 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Przegląd prasy | Dla nauczycieli | Dla młodzieży | Przyroda | Video-fizyka | Fizyka współczesna | Projekt FCHGo | Innowacyjna fizyka | Projekt E4 |
"Fizyka to radość" - nowy (10/02/2023) artykuł prof. G. Karwasza i mgr Katarzyny Wyborskiej dotyczący innowacyjnych metod dydaktycznych, nie tylko w fizyce. Artykuł w wersji angielskiej: MDPI Open Access
O artykule słów kilka... Szeroka dostępność informacji utrudnia jej selekcję, ale jednocześnie pozwala na konstruowanie nauczania bez szczególnej wcześniejszej wiedzy studentów. Wymaga to jednak od nauczycieli nowego - znacznie szerszego ujęcia przedmiotu, wyjaśnienia błędnych rozwiązań oraz znajomości sposobów myślenia i potrzeb psychicznych uczniów (treści wiedzy pedagogicznej). W artykule przedstawiliśmy przykłady takiego nauczania fizyki, w kilku, dość różnych środowiskach uczenia się: od klas szkolnych, przez warsztaty dla 3-4-letnich dzieci, interaktywne wykłady dla Uniwersytetu Dziecięcego, doraźne wyjaśnienia w muzeach nauki dla uczniów szkół średnich, po wykłady publiczne z dydaktyki na międzynarodowych kongresach.
Artykuł pokazuje, że każde środowisko uczenia się wymaga innego podejścia, ale treść może pozostać podobna: innowacyjne, konstruktywistyczne i interaktywne podejście zapewnia pomyślny wynik w każdej sytuacji. Dokonaliśmy przeglądu szeregu działań podejmowanych przez nas na przestrzeni około dwudziestu lat w celu zwiększenia atrakcyjności fizyki jako przedmiotu szkolnego (a co za tym idzie, także liczby studentów tej dyscypliny). Pytanie badawcze brzmi: czy możemy przełożyć zasady fizyki wysokiego poziomu, jako (i) naukę interdyscyplinarną, (ii) opartą na eksperymentach, ale (iii) pracującą nad abstrakcyjnymi pojęciami, na poziom poznawczy dzieci i młodzieży? Jakie formy i treści należy opracować, aby zachować trwałe zainteresowanie publiczności / klasy szkolnej / ogółu społeczeństwa? Czy to zainteresowanie jest opłacalne z punktu widzenia wiedzy o fizyce, poza zwykłą fenomenologią? Eksperymentowaliśmy na wiele sposobów, a odpowiedź jest złożona, ale ogólnie rzecz biorąc, brzmi "tak!". Zapraszamy do lektury! 1. Motywacja: "Fizyka nie była moim ulubionym przedmiotem" (wybrane fragmenty) Pomimo postępu technologicznego współczesne szkoły stają przed nowymi, wysokimi wymaganiami; Nie jest to przekazywanie wiedzy, ale raczej kształtowanie złożonych kompetencji. Obejmują one przede wszystkim rozumowanie i umiejętność selekcji i oceny dostępnych informacji, ale także metakompetencje, jako umiejętność organizowania współpracy, prezentowania własnej wiedzy itp., tj. zarówno kompetencje społeczne, jak i osobiste. Zostało to dokładnie sformułowane przez Sheer [1]: The mandate of schools is to unfold the personality of every student and to build a strong character with a sense of responsibility for democracy and community. This implies developing skills of reflection, interpretation of different information and other complex meta-competences. Fizyka odegrała kluczową rolę w kształtowaniu się zarówno starożytnej, jak i współczesnej nauki. Cztery "elementy" określone przez Empedoklesa (i przypomniane przez Arystotelesa w Metafizyce 988a, 26) są nadal nauczane jako takie w dzisiejszych szkołach. Natura czasu i przestrzeni, będąca główną treścią Fizyki Arystotelesa, jest nadal punktem wyjścia dla popularnonaukowych bestsellerów, takich jak Porządek czasu Carlo Rovellego [2] (i podobne książki Rogera Penrose'a i Stephena Hawkinga [3], Chrisa Ransforda [4] itp.). Galileusz w swojej dyskusji na temat przyspieszonego ruchu (Dialogo dei Massimi Sistemi [5]) przedstawił podstawy tego, co nazywamy współczesną nauką: powtarzalny eksperyment i jego matematyczny opis (zobacz angielską Wikipedię dla przymiotników przypisanych Galileuszowi jako założycielowi nowoczesnej nauki). Newton nie tylko sformułował matematyczne prawa natury, ale, jak stwierdził Robert Crease, uczynił świat racjonalnym.... Pomimo swojej historycznej i kulturowej roli (a może właśnie z jej powodu), fizyka w szkole nie jest łatwym przedmiotem, a jej tradycyjne nauczanie wydaje się nie pasować do postulatów Sheer [1]. Powszechna opinia brzmi: "fizyka nie była moim ulubionym przedmiotem w szkole". To subiektywne stwierdzenie jest poparte badaniami edukacyjnymi..... W Polsce fizyka jest przedmiotem obowiązkowym w szkole podstawowej i średniej. W ostatnim (opublikowanym w styczniu 2023 r.) badaniu Polskiego Towarzystwa Fizycznego [9], przeprowadzonym na próbie 350 naukowców i nauczycieli, 73% respondentów postulowało zmiany w nauczaniu fizyki, aby uczynić je atrakcyjnym na poziomie uniwersyteckim. Podobny odsetek potwierdza negatywny obraz fizyki w społeczeństwie. W tym samym badaniu aż 82% respondentów wskazało zdolność analizowania faktów i wyciągania wniosków jako główną cechę fizyków. Trudności w nauczaniu fizyki wykryto około pół wieku temu, więc fizycy, nauczyciele i naukowcy podjęli cały szereg działań, aby uatrakcyjnić swój przedmiot. Już w latach 1960. powstały pierwsze instytucje zajmujące się rozpowszechnianiem nauki, takie jak Exploratorium w San Francisco [13,14]. Ośrodki te gromadzą ogromną liczbę zwiedzających (np. "Centrum Nauki Kopernik", które zostało otwarte w Warszawie w 2010 roku i w pierwszym roku działalności odwiedziło 1 mln osób), a głównym wątkiem wiodącym jest tam fizyka [14]. Jednak mimo to głównym celem są grupy szkolne; wpływ na sposoby nauczania (i uczenia się) fizyki jest w Polsce wciąż marginalny. 2. Potrzebujemy nowych rozwiązań! (wybrane fragmenty) Szybko postępujący rozwój cywilizacyjny wymaga wypracowania nowego podejścia do nauczania. Obserwując uczniów w szkole, zdajemy sobie sprawę, że zapamiętywanie reguł czy definicji jest w dzisiejszych czasach bezcelowe. Zwiększenie motywacji ucznia do dalszej pracy może nastąpić jedynie poprzez zadawanie pytań i samodzielne konstruowanie wiedzy w oparciu o własne doświadczenia, co z kolei doprowadzi do zrozumienia omawianych zjawisk lub pojęć fizycznych.
Hiperkonstruktywizm Proponujemy, przede wszystkim jako praktyczne zastosowanie, w różnych środowiskach, nowe podejście, które łączy trzy fundamenty: konstruktywizm, kognitywizm i PCK. Nazwa, której używamy dla tej nowej metodologii [28,32,33,34] to "hiperkonstruktywizm" (H-C). Krótko mówiąc, składa się z kierowanego, zbiorowego odkrywania praw / zjawisk / faktów, w celu sformułowania prawidłowego zrozumienia w umyśle każdego ucznia. Spośród dziewięciu specyficznych dla nauki podejść do treści pedagogicznych w nauczaniu nauk ścisłych, które obejmują między innymi płaskie przekazywanie pojęć, rygorystyczne nauczanie akademickie, rozwijanie umiejętności, skoncentrowanych na aktywności, odkrywaniu itp. [35], nasza metodologia jest najbliższa ukierunkowanemu dochodzeniu, które "stanowi społeczność uczących się". W metodzie H-C wiedza zostaje skonstruowana w sposób spontaniczny. Nauczyciel jest odpowiedzialny za wyznaczenie właściwej ścieżki, którą uczniowie powinni podążać. Nauczyciel jest do pewnego stopnia tylko obserwatorem, koordynatorem i oferuje pomoc, jeśli uczniowie jej potrzebują. Konstruowanie wiedzy może opierać się na zbiorze informacji, które uczniowie posiadają, a w razie potrzeby na odwoływaniu się do własnych źródeł (podręczników, innych materiałów drukowanych lub Internetu). Lekcja hiperkonstruktywizmu jest z konieczności oparta na interakcji w klasie. Żaden eksperyment nie zostanie pokazany, dopóki klasa nie wyrazi swojej opinii na temat jego wyniku. Nie ma większego znaczenia, czy odpowiedź jest dobra, czy zła; Potrzebujemy hipotezy roboczej, aby rozpocząć proces dedukowania i weryfikowania krok po kroku. Jak zauważono w przypadku demonstracji podczas wykładów uniwersyteckich z fizyki [40], jeśli nie zadano żadnego przewidzenia wyniku eksperymentu, poziom poprawnych odpowiedzi jest niski (0,58) i wzrasta do 0,8–0,85, jeśli studenci poczynili jakieś przewidywania (nawet jeśli się mylili). Neorealizm Biorąc pod uwagę wirtualizację życia (zwłaszcza po okresie kształcenia na odległość), ważne jest, aby w tworzeniu wiedzy i budowaniu prawidłowych relacji międzyludzkich "dotykać" prawdziwych eksponatów. Prawdziwe przedmioty zapewniają uczniom pełne wrażenia zmysłowe - z ich wagą, kolorem i dźwiękiem - podczas pluskania. Tradycyjne eksperymenty przynoszą nie tylko oczekiwane roziązanie, ale także niezliczone "nieudane" wyniki. Wszystkie te nieudane wyniki stają się okazją do wyjaśnienia, że w świecie rzeczywistym (fizycznym, chemicznym) wiele czynników, nie tylko tych przewidywanych, wpływa na wynik eksperymentu. Idąc tym tropem, naszym pierwszym zaleceniem jest oparcie dydaktyki na rzeczywistych obiektach. Ponieważ dzieje się to w czasach zdominowanych przez świat wirtualny, nazywamy to podejście neorealizmem (N-R). Przedmioty użyte podczas lekcji są znane uczniom; Zazwyczaj są to proste, małe obiekty, które nie odwracają ich uwagi od omawianych praw i zjawisk fizycznych. Na przykład dwie podobnej wielkości piłki, ale o różnych masach (kauczuk i ping-pong lub tylko dwie różne nakrętki) są zrzucane z tej samej wysokości i spadają (prawie, ale z niewidoczną różnicą) w tym samym czasie. W ten sposób możliwe jest wykazanie niezależności przyspieszenia grawitacyjnego od masy, lub wyjaśnienie wymiany energii między dwiema spadającymi kulami w wyniku zderzenia (patrz nasze klipy multimedialne [44])... Wykorzystanie eksperymentów nie jest oczywiście niczym nowym w nauczaniu fizyki; Jest podstawą wielu metodologii jako samodzielne laboratoria lub jako część lekcji w klasie. Przykład: [46,47]. Ponadto wykazano, że demonstracje w sali wykładowej są istotnym czynnikiem wyzwalającym zainteresowanie fizyką [48]. Jednak nasze eksperymenty tworzą ciąg dydaktyczny. Często w naszym podejściu taka sekwencja powinna odtwarzać historyczny rozwój koncepcji fizycznej. Powiedzmy, że lekcja grawitacji zaczyna się od "teleologicznego" stwierdzenia Arystotelesa, następnie przechodzimy do eksperymentu, który jest najpierw jakościowy, powtarzalny, ale także abstrahowany od szczegółów ("zamknij oczy i słuchaj odbijającej się piłki, proszę!"), następnie do pomiaru ("spójrz i sprawdź, proszę"), a następnie do pomylenia uproszczonych wyników ("teraz dwie kule spadną ze znacznie większej wysokości"), pozostawiając słuchacza z heurystycznym niepokojem. 3. Różne środowiska uczenia się (wybrane fragmenty) Od szkoły podstawowej po interaktywne wystawy i pokazy dla szerokiej publiczności. Wprowadziliśmy nauczanie H-C najpierw w szkole podstawowej, w pierwszej klasie (8 lat), prowadząc lekcje o elektryczności. Zrezygnowaliśmy jednak z typowej organizacji zajęć, prowadząc coś w rodzaju warsztatu, w którym dzieci mogą dotykać wszystkich (bezpiecznych) przedmiotów. Eksperymenty do tych lekcji obejmowały przedmioty codziennego użytku, takie jak plastikowe tuby, kawałki metalu, lampy, baterie itp.
Fot.1.Interaktywna lekcja z uczniami w wieku 8 lat. (a) Pomoce dydaktyczne (tradycyjne, interaktywne, multimedialne) zostały dobrane w taki sposób, aby mogły odwoływać się do wiedzy, którą uczniowie w tym wieku już posiadają i tych, które pomogły pogłębić tę wiedzę. Używaliśmy baterii, owoców, panelu słonecznego, dynama, balonów, słomek i wielu innych; b) praca z ogniwami słonecznymi w małych zabawkach. Pokazujemy, że tradycyjna lampa (tj. wytwarzająca również promieniowanie podczerwone, a więc przypominająca widmo słoneczne) jest bardziej wydajna niż "nowa", czyli LED i świetlówki o podobnej jasności. Nauczyciel: KW, (C) dla zdjęć: KW.
W artykule również opisaliśmy efektywnośc nauczania metodą H-C w takich środowiskach jak: lekcje dla szerokiej publiczności, wystawy interaktywne, praca z nauczycielami, fizyka na placu zabaw. Prawdziwym wyzwaniem (ale z drugiej strony szansą) jest prowadzenie spotkań z publicznością, w których uczestniczą nie tylko uczniowie, studenci, ich rodzice i nauczyciele, ale także osoby z lokalnej administracji, władz i pasjonaci nauki. Takie wydarzenia realizujemy głównie poprzez festiwale nauki, które organizowane są przez władze lokalne we współpracy ze szkołą zapewniającą logistykę. Publiczność na takich spotkaniach jest ogromna; Stanowią kilkaset osób. Trudno jest co roku przygotować różne przedmioty, które są również interesujące dla osób o różnych zainteresowaniach. Takie ogólne tematy to, na przykład, "Pracowita doktorantka" (o Marii Skłodowskiej-Curie), "Brzmi dobrze" – o dźwiękach i różnych, dziwnych instrumentach, "Daleko, daleko", studium różnych krajobrazów na Ziemi, a także tematy takie jak praktyczna międzynarodowa współpraca naukowa i tak dalej. Inicjatywy te trwają latami, udowadniając, że przekazywane komunikaty edukacyjne i sposoby, w jakie je prezentujemy, spotykają się z wieloletnią akceptacją. Należy pamiętać, że najlepszym miejscem do spotkań z ogółem społeczeństwa są małe i średnie miasta, które są raczej peryferyjne w stosunku do dużych miast.
Fot.2.Głębokie zaangażowanie emocjonalne młodych uczniów po lekcji elektryczności. Zielona Góra, październik 2010, Źródło: opracowanie własne, fot. Maria Karwasz.
Prowadzenie lekcji dla szerokiej publiczności jest męczące, ale szybka i płynna narracja odpowiednio przeplatana eksperymentami pozwala również na to, by takie środowisko wzbudziło zainteresowanie, a na koniec także zaangażowało publiczność. Oczywiście scenariusze muszą być w zasięgu ręki i muszą oferować nietrywialne eksperymenty. Publiczność liczy do kilkuset osób na takich wykładach; Miarą sukcesu wykładów jest nie tylko przyciągnięta uwaga, ale także (częste) pragnienie nastolatków, aby zrobić sobie zdjęcie z profesorem. Więcej o "Toruńskim poręczniku do fizyki. Mechanika" na stronie http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/nowa_strona/?q=node/163 4. Dyskusja (wybrane fragmenty) Metoda H-C rozwija myślenie naukowe oparte na zadawaniu pytań, planowaniu procesu badawczego i wyciąganiu wniosków z przeprowadzonych eksperymentów. Celem jest sam proces uczenia się, a nie ostateczna koncepcja; W lekcji o spadających obiektach dochodzimy do pojęcia "energii", a nie do stwierdzenia, że "obiekty spadają z powodu grawitacji". Jest to pierwsza trudność w ilościowym porównaniu H-C z tradycyjnym nauczaniem. Standardowa ocena efektywności dydaktycznej podejścia H-C jest trudnym zadaniem. Jeśli na początku interaktywnej przygody o odkrywaniu pojęcia energii zadeklarujemy "Dzisiaj zdefiniujemy potencjał i energię kinetyczną", cała możliwa ścieżka heurystyczna zniknie, zanim jeszcze ją rozpoczęliśmy. Dodatkowo w tradycyjnym nauczaniu powinniśmy deklarować, że "dzisiaj będziemy mówić o grawitacji, a także dowiemy się o potencjale i energii kinetycznej". Te dwa sposoby nauczania są do pewnego stopnia niekompatybilne. Podejście H-C jest bardziej fascynujące, ale formalne aspekty wiedzy mogą być zagrożone; Zdajemy sobie sprawę z tej trudności. Na przykład nie wyjaśniamy, że prąd elektryczny jest przepływem elektronów [61] (to nie jest pełna prawda, ponieważ w półprzewodnikach mówimy również o "dziurach", a w cieczach i plazmie o jonach). Bez takich (uproszczonych) pojęć nasi uczniowie prawdopodobnie nie odnosiliby sukcesów w testach szkolnych, ale z pewnością będą znacznie bardziej kreatywni niż grupa "kontrolna". W podobny sposób nie walczymy z tak zwanymi błędnymi wyobrażeniami uczniów [62]; zamiast tego używamy takiej wstępnej wiedzy jako punktu wyjścia dla ścieżki H-C. W naszym nauczaniu nie ma złych odpowiedzi. 5. Wnioski (wybrane fragmenty)
Podsumowując, fizyka nie musi być nudna ani niepopularna, ale musimy zmienić sposoby nauczania przedmiotu, aby to osiągnąć, szczególnie poprzez dostosowanie się do specyficznych środowisk uczenia się, przy jednoczesnym zachowaniu podstawowych cech fizyki jako nauki, która jest eksperymentalna (Galileusz), racjonalna (Newton) i filozoficzna jednocześnie. Nauczanie musi angażować uczniów w sposób konstruktywistyczny i szanować ich potrzeby pedagogiczne. Warunki te są trudne do spełnienia, ale naszym zdaniem niezbędne, aby nauczanie fizyki było nie tylko żywe, ale także zabawne. Bibliografia i cały artykuł w wersji angielskiej dostępne na stronie https://www.mdpi.com/2227-7102/13/2/195
|
|||
![]("C:\Users\wybor\Pictures\1.jpg")
Niniejsza praca, początkowo pomyślana jako prezentacja metodyki nauczania, przekształciła się w przegląd tych metod i ich zastosowań w różnych środowiskach dydaktycznych. Zarówno metody neorealizmu, jak i hiperkonstruktywizmu zaczęły się jako nasza praktyczna działalność; pierwsza z nich rozpoczęła działalność jako dydaktyka uniwersytecka, w ramach procesu bolońskiego w Trydencie (1993–1994), następnie rozwinęła się w interaktywne wystawy we Włoszech (1994) i w Polsce (1998), które następnie doprowadziły w ciągu kilku lat do powstania ośrodków nauki (w Gdańsku w 2009 r. i w Warszawie w 2010 r.). H-C rozwijał się głównie jako metoda nauczania na uniwersytetach dziecięcych (od 2009 r.) oraz na wystawach interaktywnych (od 2008 r.). Teraz, dzięki "poręcznikom", rozszerzyliśmy dydaktykę N-R i H-C na programy szkolne. Ten ciągły rozwój działań świadczy o sukcesie obu podejść.
