AKTIVIZUJÚCE METÓDY PRE ŽIAKOV GYMNÁZIA, APLIKOVATEĽNÉ V OBLASTI MECHANIKY

Transcription

1 AKTIVIZUJÚCE METÓDY PRE ŽIAKOV GYMNÁZIA, APLIKOVATEĽNÉ V OBLASTI MECHANIKY Marek Balážovič Gymnázium Ľ. Štúra vo Zvolene Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína filozofa v Nitre Abstrakt: V kontexte dosahovania cieľov edukačného procesu v oblasti fyzikálneho vzdelávania, v ktorých ide o viac ako o sprostredkovanie informácií, alebo nadobudnutie kompetencií potrebných pre uplatnenie na trhu práce, predstavujeme niekoľko dokumentov, ktoré spočívajú v pracovných listoch a metodických návodoch pre prácu žiakov a učiteľov. Dokumentačný materiál sa zameriava na oblasť mechaniky na úrovni vyššieho sekundárneho vzdelávania, pretože mechanika spravidla tvorí bázu pre celé ďalšie fyzikálne vzdelávanie. Pri testovaní aktivít z pracovných listov medzi žiakmi gymnázia bola zisťovaná didaktická účinnosť ich použitia, a to skúmaním konceptuálneho pochopenia vzťahu medzi silou a pohybom. Kľúčové slová: experiment, mechanika, bádateľské metódy, konceptuálne testy Úvod Pri definovaní cieľov fyzikálneho vzdelávania nachádzame v základných pedagogických dokumentoch, t.j. v štátnom vzdelávacom programe spektrum cieľov, výstupný súbor znalostí a zručností, kompetencií, ktorými má absolvent tohto vzdelávania disponovať. Akcent sa v duchu reformy formálne preniesol na získavanie schopností a zručností, aplikovateľnosť poznatkov, ktoré majú dominovať nad súborom teoretických znalostí. Táto idea vychádza zrejme z vízie, v ktorej sa vzdelávací aparát stáva nástrojom produkcie absolventov dobre uplatniteľných na trhu práce, čo je konzekvencia redukcie vzdelávania na profesné vyučenie. Aj keď tento samotný redukcionizmus a kapitalizácia obsahu vzdelávania nedáva vždy dôraz na skutočné poznávanie v duchu gréckeho gnóthi seauton, predsa len prináša metódy a spôsoby, ktoré (paradoxne) prehlbujú samotné poznávanie, motiváciu a vedú aj k hlbšiemu porozumeniu sprostredkovaných súvislostí. Príkladom je vlna vzdelávacích aktivít pre učiteľov, ktoré sa snažia implementovať prvky nových prístupov a vzdelávacích metód do prostredia našich škôl. Tieto inovatívne metódy sú však vo svojej podstate rehabilitáciou hlboko tradičného spôsobu ku vzdelávaniu, v ktorom škola nepredstavovala inštitúciu životnej nutnosti pod tlakom relevancie a užitočnosti osvojených vedomostí pre ďalšie zamestnanie, ale vytvárala priestor pre slobodné myslenie a uvažovanie (pôvod. význam gréckeho scholé voľno, prerušenie práce). (Liessmann 2011). Pre rozvíjanie jedinca je v tomto smere hodnotná aplikácia metód objavovania, v ktorých sa stretáva s problémom, tvorí hypotézy a predpokladá jeho riešenia, realizuje samotné skúmanie prostredníctvom empirických metód a následne vyhodnocuje a diskutuje o výsledkoch svojej činnosti. Analogické kroky nachádzame aj vo vedeckom prístupe, ktorý tak možno s určitým zjednodušením transponovať do edukačného procesu na rôznych stupňoch vzdelávania. Takýto spôsob vzdelávania možno nazvať aj objavným vyučovaním (v angl. IBSL Inquiry Based Science Learning). Práve túto metódu vyučovania sme sa rozhodli posilniť vytvorením súboru aktivít a metodických pokynov pre prácu žiakov a učiteľa. Obsahové zameranie sme zúžili na oblasť vyučovania mechaniky, ktorá je najčastejšie úvodnou časťou fyzikálneho vzdelávania, a kde si žiaci osvojujú spôsoby nadobúdania fyzikálnych súvislostí. Didaktickú efektívnosť použitia vytvorených materiálov sme sa rozhodli ilustrovať konceptuálnym testom na pochopenie vzťahu medzi silou a pohybom. Pri tomto spôsobe prezentácie kvality vybranej metódy však zdôrazňujeme skôr jeho ilustratívny, nie plnohodnotne dôkazný charakter, keďže bádateľský prístup rozvíja v žiakoch omnoho viac ako len samotnú úroveň pochopenia faktov 8

2 a vzťahov fyzikálnych veličín, a pre váhovanie a posudzovanie kvality spôsobu učenia nepovažujeme za primárne dôležitú úroveň percentuálnych bodov v národných, alebo nadnárodných testovaniach. 1 Domyslené podmienky alebo dômyselný Don Quijot S posilnením idey získavania rozličných pre prax potrebných kompetencií žiaka v procese výučby, ostávajú učitelia v očakávaní vytvorenia podmienok na činnosti, ktoré by umožnili dosiahnutie stanovených cieľov. Stále totiž na väčšine škôl bojujú s obrami v podobe nedelených hodín, neumožňujúcich efektívnu prácu s menšou skupinou žiakov, s expanziou preddefinovaného rozsahu, pripadajúceho na jednu vyučovaciu hodinu, s historicky rekordne nízkym počtom hodín, nesúladom medzi redukovanými novými cieľmi základného kurzu fyziky a konečnými výstupnými požiadavkami, napríklad pre maturantov z fyziky, chýbajúcimi pomôckami, alebo slabou motiváciou. Tieto nedostatky boli medzi edukátormi fyzikálneho vzdelávania opakované už toľkokrát, že v podstate zľudoveli, ale želateľné legislatívne úpravy nepriniesli a to ani v inovatívnom štátnom vzdelávacom programe z roku S niektorými z týchto aspektov však je možné popasovať sa aj napriek tomu, iné zas ostanú garantovane bojom s veternými mlynmi. 2 Výučbové materiály Uvedená potreba bádateľských aktivít v edukačnom procese nás viedla k tvorbe učebných textov, zameraných na riešenie problémových úloh, otvorených otázok spojených s experimentálnou bádateľskou činnosťou pre žiakov, a to s prihliadnutím na existujúce limitné negatívne aspekty, podmienky na školách. Pre prácu učiteľa bola vytvorená metodická príručka, ktorá súvisí s pracovnými listami žiakov. Podporou pre efektívne použitie týchto materiálov bolo tiež vytvorenie edukačných videí. 2.1 Pracovné listy žiaka Pracovné listy predstavujú súbor aktivít a úloh, ktoré majú umožniť žiakom bádanie a jeho časti so zameraním na pohyb a silu. Všetky aktivity sú rozdelené do dvoch základných častí kinematika a dynamika. Štruktúra súboru aktivít je nasledovná: KINEMATIKA (1 Určovanie polohy, 2 Rýchlosť, 3 Padajúce telesá, 4 Riešenie úloh), DYNAMIKA (5 Zákon zotrvačnosti, 6 Hybnosť a zákon zachovania hybnosti, 7 Zákon sily, 8 Skladanie síl, 9 Zákon akcie a reakcie, 10 Trecia sila, 11 Odstredivá sila). Každá aktivita a úloha má svoje označenie. Aktivity s označením obsahujúcim písmeno D sú odporúčané na realizáciu v domácom prostredí, ale podľa cieľov hodiny, resp. podmienok, ktoré má vyučujúci k dispozícii môžu byť niektoré z nich realizované aj priamo na hodine. Okrem označenia aktivít a úloh, obsahuje každý pracovný list číslo kapitoly, meno, zadanie, priestor pre spracovanie (tabuľky, grafy), tvorbu alebo výberu záverov. Pracovné listy majú žiaci riešiť na základe pokynov učiteľa. Označenie umožňuje odovzdávať ich priebežne na kontrolu učiteľovi a môžu byť použité ako súčasť celkového hodnotenia žiaka. 2.2 Metodické listy učiteľa Metodické listy majú dve hlavné časti. V prvej časti je stručná charakteristika bádateľských metód vo vyučovaní fyziky a tiež spôsob organizácie vyučovania pre efektívnu aplikáciu týchto metód. Taktiež tu nachádzame stručný návrh hodnotenia žiaka, ktorý môže učiteľ použiť pri zostavovaní si vlastných kritérií, foriem a metód hodnotenia predmetu. Druhou časťou sú samotné metodické listy pre vyučovanie kinematiky a dynamiky. Tu sú bližšie špecifikované ciele hodiny, časová náročnosť a rozdelenie aktivít do jednotlivých hodín, pomôcky a štruktúra hodiny, riešenia vybraných úloh a otázok k aktivitám. 9

3 Obr. 1: Obalový list metodických listov pre učiteľa. 2.3 Videolekcie Nedostatok hodín vedie často učiteľa k vyučovaniu, v ktorom prevláda sprostredkovanie faktických poznatkov a práve časti vyšších znalostných dimenzií a kognitívneho procesu idú do úzadia. Oblasti kognitívneho procesu, ktoré sú tak žiakovi sprostredkované priamo na hodinách, sú však z hľadiska nadobúdania informácií pre žiaka najjednoduchšie. Preto odovzdávanie základných informácií a faktov, ktoré si má žiak zapamätať, možno ponechať na samostatnú prácu žiaka, aj v prostredí mimo školy, vo forme domácej úlohy. Tým sa uvoľní časový priestor na hodinách fyziky pre vyššie dimenzie kognitívneho procesu, aktívne učenie, objavovanie, realizáciu experimentov a podobne. Tento spôsob výučby sa nazýva tiež obrátené vyučovanie. Veľmi užitočným prostriedkom a nástrojom pre domácu prípravu žiakov je použitie videa. Obrátené vyučovanie je založené na tom, že niektoré časti obsahu vyučovania presúvame do prostredia mimo triedy. Žiak si osvojuje základné poznatky, fakty samoštúdiom v rámci domácej úlohy. Takto pripravený potom prichádza na hodinu, kde nadobudnuté informácie podrobuje skúmaniu, experimentovaniu, hľadaniu nových súvislostí a aplikácií. (Mehta 2011, The Economist 2011, Pink 2010). Týmto spôsobom sa zvyšuje aj záujem žiaka a efektivita realizovaných činností, ktoré stavajú na určitom vedomostnom základe. Výučbu v domácom prostredí možno realizovať formou online kurzov a sledovaním video prednášok. V triede sa otvára priestor na individuálne poradenstvo pri práci s učiteľom a väčšiu interaktivitu na úrovni učiteľ žiak, ale aj žiak žiak. (Hallberg 2010). Študenti a žiaci pri samoštúdiu danej témy zvyčajne používajú video lekcie pripravené učiteľom alebo tretími stranami. (Ronchetti 2010, Topp 2011) Dopňujúcim výučbovým materiálom k metodickým návodom a pracovným listom sa tak aj v našom prípade stali videolekcie. Na voľne dostupnej webovej stránke Youtube bol vytvorený pre žiakov videoblog, ktorý obsahuje edukačné videá k jednotlivým témam z oblasti kinematiky a dynamiky. Z kinematiky to bolo celkovo 9 krátkych videí a z oblasti dynamiky 5 videí, ktoré mali žiakom priniesť základné informácie z jednotlivých tém. Pre vyhotovenie videí bol použitý program Microsoft PowerPoint Vopred pripravené prezentácie boli okomentované, zaznamenávané a uložené do videoformátu, ktorý bol následne nahratý na webovú stránku. 10

4 Žiaci mali za úlohu podľa pokynov učiteľa v druhom roku výskumného testovania sledovať jednotlivé videá, pred tým ako sa pristúpilo k jednotlivým aktivitám, ktoré boli realizované na hodinách s použitím pracovných listov. Cieľom videí nebolo obsiahnuť komplexne obsah vzdelávacieho štandardu, ale skôr uviesť žiakov do danej problematiky, predstaviť im základný pojmový aparát a súvislosti medzi jednotlivými fyzikálnymi veličinami. Na základe týchto faktických poznatkov a informácií mohli žiaci následne na hodinách realizovať činnosti umožňujúce hlbšie pochopenie vzťahov a fyzikálnych javov, aplikáciu, analýzu, hodnotenie a tvorivú činnosť, ktorá s nimi súvisela. Videá tak boli podkladom, pre bádateľské aktivity a rozvíjanie preddefinovaných kľúčových kompetencií žiakov. 3 Aplikácia a testovanie didaktickej účinnosti vytvorených materiálov FCI patrí k najviac preskúmaným testom, ktorý sa zameriava na ťažkosti žiakov a ich konceptuálne pochopenie v oblasti mechaniky a to najmä porozumeniu súvislostí medzi pohybom a silou, preto bol zvolený ako nástroj zisťovania didaktickej účinnosti v oblasti konceptuálneho porozumenia fyzikálnych poznatkov obsiahnutých v aplikovaných vytvorených materiáloch. Na základe realizovaného testovania sme dospeli k názorom, že prvotné predstavy žiakov o sile a pohybe sú v prevažnej miere v rozpore s konceptom Newtonovskej mechaniky. O tejto skutočnosti svedčia veľmi nízke úspešnosti vstupných testov (pre testov), ktoré sa pohybovali na úrovni okolo 20 %. O niečo vyššie, aj keď stále podprahové hodnoty boli namerané aj vo vstupných testoch na oveľa väčších vzorkách žiakov a študentov v USA, či západnej Európe. (Hestenes 1992, Redish 2003, Savinainen 2002). Ako vyplynulo z výskumov uvedených autorov za prahovú hodnotu možno považovať hodnotu okolo 60 %, pri ktorej môže žiak efektívne pokračovať v štúdiu Newtonovskej fyziky. Pri nedosiahnutí tejto hodnoty si žiak udržuje miskoncepcie a mnohé veci sa dokáže učiť len s ťažkosťami, prípadne sa ich učí naspamäť bez hlbšieho porozumenia. Podprahové hodnoty vo vstupných testoch boli zaznamenané aj v niektorých ďalších prieskumoch (vrátane nášho krátkeho testu z mechaniky) a výskumoch, ktoré prebehli na Slovensku. Vo vzorkách skúmaných medzi žiakmi gymnázia boli hodnoty úspešnosti v FCI testoch okolo 28 %, pri študentoch fyziky na univerzite to bolo približne 44 % (Hanč 2008). Aplikácia bádateľsky orientovaného vyučovania zvýšila úspešnosť žiakov výraznejšie v ich konceptuálnom porozumení vybraných súvislostí sily a pohybu oproti aplikácii tradičného vyučovania. Priemerný normalizovaný zisk v skupinách s tradičnými metódami sa pohyboval na úrovni okolo 0,1, zatiaľ čo priemerný normalizovaný zisk v ostatných skupinách bol na intervale 0,21 0,26, čo predstavuje násobný rozdiel (nárast). Pri porovnaní mediánových hodnôt normalizovaného zisku sú tieto rozdiely ešte výraznejšie. V zhode s ostatnými výskumami v oblasti FCI testov (McDermottová 2001) prichádzame k záveru, že tradičné spôsoby výučby v zmysle spôsobov pozostávajúcich predovšetkým z expozičnej časti metódou výkladu, problémového výkladu, demonštrácií učiteľa a riešenia kvantitatívnych úloh, nevedú ku správnemu konceptuálnemu chápaniu vybraných pojmov z mechaniky. Zručnosť v riešení kvantitatívnych úloh neprináša významný efekt na úspešnosť riešení konceptuálnych úloh. Žiaci nevedia riešiť a nachádzať správne analógie v inak postavených otázkach, či úlohách z rovnakej oblasti. Prekoncepcie žiakov sa pod vplyvom tradičného vyučovania menia skôr na miskoncepcie, ako správne konceptuálne pochopenie. Aplikácia tvorivých a problémových úloh založených na vlastnom bádaní priniesla medzi žiakmi zrejmé zlepšenie. K rovnakým záverom prichádzajú aj iní autori (Hake 1998). 11

5 Graf 1: Porovnanie priemerného zisku v FCI testoch v skupinách s tradičnými metódami (A, D) a bádateľsky orientovanými metódami vyučovania (B, C, E, F) v závislosti od úspešnosti v pretestoch. 25 Priemerný zisk g (%) ,06 A 29,67 B 25,77 20,22 C 20,13 D 20,50 0 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 Pre test (%) Efektívnosť použitia materiálov sa po technickej, resp. realizačnej stránke podarilo zvýšiť zmenou organizácie práce o výraznejšiu domácu prípravu žiakov. Domáca príprava spočívala v prezretí videa, ktoré uvádzalo žiakov do danej problematiky a obsahovalo základné informácie a faktické údaje z danej témy. Dĺžka videí pre jednotlivé témy bola približne 10 minút. V domácej príprave si mali za úlohu žiaci tiež stiahnuť a prečítať materiál pre aktivitu, ktorá sa bude odohrávať na hodine. Za správne zodpovedané otázky z uvádzajúceho videa a pracovného listu mohli žiaci získať body, ktoré sa stali súčasťou celkovej klasifikácie žiaka z daného predmetu. Lepšia pripravenosť žiakov, odbúranie vysvetľovania základných pojmov a z neho tvorených poznámok sa prejavilo otvorením širšieho priestoru pre realizáciu praktických úloh v rámci hodiny. Použitie autorom zostavených materiálov pre aktívne vyučovanie mechaniky sa tak dostalo do pozície, ktorá mohla po časovej náročnosti alternovať tradičné vyučovanie, čím sa potvrdila tretia hypotéza výskumu. Použitie zostavených materiálov pre aktívne vyučovanie mechaniky bolo v praktickej aplikácii materiálne aj finančne dostupné. Materiálová náročnosť a náklady pre realizáciu spočívali len v nákupe bežných spotrebných materiálov, či tovarov a spotreby kancelárskeho materiálu. Vytvorené aktivity vychádzajú z použitia dostupných a nenáročných pomôcok. Materiály boli žiakom sprostredkované v elektronickej podobe, a to prostredníctvom e learningového portálu školy a youtube. Pre sprostredkovanie výučbových materiálov pre žiakov by mohlo byť vhodné aj použitie informačného systému edupage, ktorý dnes využíva približne 1200 škôl zo Slovenska ( Služby, ktoré ponúka systém školám a ich učiteľom umožňujú zdieľanie vytvorených materiálov v rôznych formátoch práve s vybranou skupinou, ale celou triedou žiakov. Rovnako efektívne sa dajú zdieľať materiály aj prostredníctvom sociálnych sietí (Facebook), LMS moodle, či iných systémov, ktoré obsahujú ďalšie nástroje pre sprostredkovanie, ale aj diskusiu k materiálom ku danému kurzu. Záver Bádateľské metódy by mali byť implementované do vzdelávacích materiálov pre učiteľov a ich žiakov. S cieľom posilnenia použitia týchto metód sme vytvorili dokumenty, obsahujúce pracovné listy žiaka a metodické pokyny učiteľa. Tieto materiály môžeme poskytnúť učiteľom fyziky na požiadanie. Testovanie aplikácie týchto materiálov do školského prostredia, preukázalo vplyv metódy na vyššiu didaktickú účinnosť a hlbšie porozumenie fyzikálnych súvislostí v oblasti mechaniky. Pri výskume bola preukázaná vyššia časová efektivita vzdelávania pri použití kombinácie aktivít z vytvorených materiálov a videolekcií. Tvorbu videolekcií pre vyučovanie kinematiky a dynamiky pokladáme za ďalší potenciálny prínos. Aj na základe uvedených činností a výstupov 12

6 vlastnej práce, či iných autorov sa domnievame, že pri aplikácii objavného spôsobu učenia možno očakávať zefektívnenie edukačného procesu a to nielen na úrovni pochopenia vybraných fyzikálnych javov a súvislostí, ale tiež praktických zručností a osvojenia spôsobov poznávania okolitého sveta, ako aj samého seba. Potenciál aktivít je tiež v skvalitnení kooperačných a sociálnych interakcií medzi učiteľom a žiakom, ale aj žiakmi navzájom. Literatúra LIESSMANN, K. L Teorie nevzdělanosti. 2.vyd. Praha: Academia, s. ISBN MEHTA, D Video in the class keeps savvy students engaged, The Canadian Press (Toronto). Dostupné online ( ): in the class keeps savvy students engaged/article593547/ Flipping the classroom. The Economist (2011): Dostupné online ( ): PINK, D Flip thinking the new buzz word sweeping the US, The Daily Telegraph (London). Dostupné online ( ): Pinks Think Tank Flip thinking the new buzz word sweeping the US.html. HALLBERG, S An Alternate Approach in the Application of the Thayer Concept of Teaching. Dostupné online ( ): RONCHETTI, M Using video lectures to make teaching more interactive,. In: International Journal of Emerging Technologies in Learning (ijet). Dostupné online ( ): jet/article/view/1156 TOPP, G Flipped classrooms take advantage of technology. In: USA Today, 2011, Dostupné online ( ): /flipped classrooms virtual teaching/ /1online ( ) REDISH, E.F Teaching Physics. New York: John Wiley and Sons, 2003, ISBN SAVINAINEN, A., SCOTT, P The Force Concept Inventory to monitor student learning and to plan teaching. In: Physics Education. Roč. 37 (2002), s HESTENES, D., WELLS, M., SWACKHAMER, G Force Concept Inventory. In: The Physics Teacher, roč. 30 (1992), s HAKE, R.R Interactive engagement versus traditional methods. A six thousand student survey of mechanics test data for introductory physics courses. In: Am. J. Physics, roč. 66 (1998), s HANČ J., DEGRO J., JEŠKOVÁ Z., KIREŠ M., ONDEROVÁ Ľ., ČUKANOVÁ E., KONKOĽOVÁ M. TÓTH J Štandardizované konceptuálne a postojové testy vo fyzikálnom vzdelávaní. Elektronický preprint, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach, 2008, počet strán: 182, dostupné online ( ): Adresa autora PaedDr. Marek Balážovič Gymnázium Ľ. Štúra, Hronská 3, Zvolen Katedra fyziky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína filozofa v Nitre Tr. A. Hlinku 1 E mail: balazovicm@gmail.com 13