Interaktivni naini pouavanja fizike

Interaktivni naini pouavanja fizikeMaja Planini

Fiziki odsjek, Prirodoslovno-matematiki fakultet, Zagreb

1 Zato je teko predavati fiziku?

Svaka je nastava, pa time i nastava fizike, u sutini oblik komunikacije. Nastavnik eli komunicirati odreene sadraje uenicima. No, ne radi se samo o pukom prijenosu (transmisiji) injenica. U fizici mi elimo puno vie od toga: elimo razviti odreeni nain razmiljanja, razviti razumijevanje temeljnih koncepata (koji nisu jednostavni, iako su temeljni) i osposobiti uenike za primjenu tih koncepata u problemskim situacijama. To su vrlo zahtjevni ciljevi!Istraivanja pokazuju da sluanje predavanja, itanje udbenika i rjeavanje standardnih uvrsti-u-formulu zadataka, kao ni izvoenje pokusa prema detaljnim uputama nisu uinkoviti naini za postizanje tih ciljeva [1]. Uenje fizike zahtijeva visok stupanj intelektualnog angamana od uenika, a to se u tipinoj predavakoj nastavi najee ne ostvaruje. Halloun i Hestenes su pokazali da je uinak predavake nastave gotovo neovisan o predavau [2]. Usporedili su uinke predavake nastave etiriju amerikih sveuilinih profesora, koji su bili razliitog iskustva i pristupa. Profesor A bio je teorijski fiziar, koji je veliku panju pridavao paljivim definicijama i logikim argumentima. Ostala su trojica bila eksperimentalni fiziari. Profesor B izvodio je jako puno demonstracijskih pokusa i nastojao razviti kod studenata fizikalnu intuiciju, a dvaput je bio nagraen kao izuzetni profesor. Profesor C naglaavao je rjeavanje zadataka i pouavao pomou primjera zadataka, kojih je veliki broj rijeio na predavanjima. Profesor D bio je novi predava, koji je prvi puta predavao i strogo se drao udbenika. Studenti ovih profesora bili su testirani istim konceptualnim testom iz mehanike na poetku i na kraju semestra. Za svaku je skupinu studenata izraunat srednji faktor prirasta (g-faktor) [1], koji moe poprimiti vrijednost izmeu 0 i 1, kao

Uinci nastave ovih etiriju profesora izraeni preko g-faktora bili su praktiki jednaki i vrlo niski (Tablica 1).

Tablica 1. Uinci nastave etiriju amerikih profesora izraeni kroz g - faktore [2].

profesorABCD

g0,270,270,260,23

I druga su istraivanja potvrdila da je uinak predavake nastave praktiki neovisan o predavau [1]. Zato je tome tako?Uenici i studenti su na predavakoj nastavi veinom pasivni, te se za vrijeme same nastave rijetko dogaa znaajno uenje. Uenje poinje tek kad uenici pred test ili ispit krenu sami prouavati i procesirati sadraje, no ono je tada bitno ogranieno sposobnou svakog pojedinca i pomoi koja mu je dostupna. U konanici, uenici su u tom tipu nastave preputeni sami sebi i nije udno da uinak takvog uenja najee nee biti zadovoljavajui. Rjeenje ovog problema je uiniti uenike aktivnima na samoj nastavi, kako bi se ve tu poeo odvijati proces uenja. 2 to je to interaktivna nastava?

Edukacijska istraivanja u fizici pokazala su da je interaktivna nastava fizike puno uinkovitija od predavake nastave, osobito u razvijanju konceptualnog razumijevanja, ali i u razvijanju sposobnosti rjeavanja zadataka. Studija amerikog fiziara R. Hakea [1] pokazala je na uzorku od 6500 amerikih studenata i srednjokolaca da je prosjena uinkovitost interaktivne nastave otprilike dvostruko vea od prosjene uinkovitosti predavake nastave u razvijanju uenikog konceptualnog razumijevanja mehanike.

No, dok je predavaka nastava jedna dobro definirana metoda, interaktivna nastava s druge strane obuhvaa cijeli niz razliitih metoda, a uinkovitost joj dosta ovisi o vjetini nastavnika.Ono osnovno to njome elimo postii je intelektualna angairanost uenika za vrijeme nastave ili aktivno uenje. Postoje uenici koji su sposobni samostalno aktivno uiti. Oni sami sebi postavljaju pitanja, stalno testiraju svoje znanje i razumijevanje u raznim kontekstima, u stanju su evaluirati vlastito razumijevanje i prepoznati podruja u kojim je ono manjkavo. No, ti su uenici rijetki (moda ih ima do 5% u populaciji). Takvi e uenici biti meu najboljima, a vrlo e esto upravo oni postajati znanstvenici ili profesori. Profesori koji potjeu iz ove skupine bit e skloni pretpostaviti da su njihovi uenici ili studenti slini njima po stilu uenja, dok e to u stvarnosti biti vrlo daleko od istine. Veina uenika, pa i studenata, nije sposobna samostalno aktivno uiti. U sutini, oni ne znaju koja pitanja da si postave i potrebno im je znaajno voenje od strane nastavnika [3]. Potrebna je, dakle, interakcija uenika i nastavnika. Interaktivnu nastavu stoga moemo definirati kao svaki tip nastave koji promie aktivno uenje kroz interakciju nastavnika i uenika i interakciju uenika meusobno.3 to nije interaktivna nastava?Dosta esto se u razredu odvija tkz. simulirana interakcija, kod koje nastavnik postavlja uenicima pitanja, koja zapravo ne vode aktivnom uenju. U takvom se tipu nastave tipino postavljaju pitanja koja ispituju samo injenino znanje, sugestivna ili retorika pitanja, ili se od uenika trai da nadopune nastavnikovu reenicu. Takav nain komunikacije ne potie kreativno razmiljanje i ne vodi kvalitetnijem uenju. Nasuprot tome, u interaktivnoj bi nastavi nastavnik trebao otvoriti problem na poetku sata, ime postie motivaciju i ukljuenost uenika, zatim prikupiti njihove ideje pomou tkz. divergentnih pitanja, a potom ih usmjeravati prema rjeenju problema tkz. konvergentnim pitanjima. esta je pojava da nastavnici sami odgovaraju na svoja pitanja. To je vrlo loa praksa - uenicima treba dati vremena da promisle i daju odgovor, a ukoliko on ipak ne stie, pitanje treba dodatno pojasniti ili postaviti potpitanja. Pitanja trebaju biti takva da potiu razmiljanje i trae kao odgovor cijelu misao (reenicu), a ne samo jednu rije. Bitne stvari iz uenikih odgovora treba dodatno istaknuti i naglasiti, a ukoliko uenici ne uspijevaju sami doi do zakljuka, treba im pomoi dodatnim pitanjima i usmjeravanjem razmiljanja. Jako je vano stvoriti pozitivnu atmosferu u razredu, te prihvatiti s uvaavanjem svaki odgovor, bez obzira da li je toan ili ne. Tek tada e se uenici odvaiti na iskazivanje svojih miljenja. Treba imati na umu da razmiljanje zahtijeva vrijeme, te treba ii polako, kako bi uenici mogli smisleno sudjelovati u nastavi.

3 Vanost konceptualnih pitanjaU svim oblicima interaktivne nastave kljunu ulogu igra tip pitanja i problema koji se postavljaju pred uenike, a koji potiu aktivno uenje. Naglasak je na konceptualnim pitanjima, koja su jako vana za razvoj razumijevanja fizikalnih koncepata, ali to je moda jo i vanije, za razvoj sposobnosti zakljuivanja. Da bi bila produktivna za nastavu ta pitanja ne smiju biti trivijalna, ali niti preteka, ne smiju biti trik pitanja, a dobro je ako ponueni odgovori nude neke este tipine pogreke u rezoniranju. Na Harvard University je 1991. uvedena nova metoda nastave na uvodnim kolegijima fizike, nazvana peer instruction poduka vrnjaka [4]. Metoda se sastoji u tome da su klasina predavanja zamijenjena kratkim segmentima predavanja nakon kojih slijedi konceptualno pitanje povezano s glavnom temom tog dijela predavanja. Studenti daju svoj odgovor pomou elektronskog sustava za odgovore, to nastavniku odmah daje povratnu informaciju o tome koliko su studenti razumjeli. Nakon to su dali svoje odgovore, studenti su pozvani da diskutiraju sa svojim susjedima (2-4 min) i objasne im zato su odabrali ba taj odgovor i kako su zakljuivali. Tijekom diskusije nastavnik krui dvoranom i slua diskusije studenata. Nakon zavrene diskusije studenti ponovno odgovaraju na isto pitanje. Ukoliko nije postignuta zadovoljavajua raspodjela odgovora nastavnik ne prelazi na novu temu, nego pomae studentima u razmiljanju, te im daje novo pitanje vezano uz isti koncept. Vano je napomenuti da se konceptualna pitanja pojavljuju i na ispitima, to poveava motivaciju studenata da se ukljue u njihovo rjeavanje. Nakon uvoenja metode dolo je do velikog skoka u rezultatima studenata na dijagnostikim testovima, ali i na ispitima. Na Slici 1 prikazani su srednji normalizirani g-faktori na poznatom konceptualnom FCI testu iz mehanike [5], tijekom 10 godina primjene metode [6]. .

Slika 1. Srednji normalizirani g - faktor na FCI testu na Harvard University. Tamni stupci oznaavaju interaktivnu nastavu, a svijetli predavaku nastavu [6]. Metoda se u meuvremenu jako rairila i puno se koristi u SAD, ali i drugdje. Razvijena je i radikalnija verzija ove metode [4] u kojoj su predavanja gotovo posve uklonjena, a nastava ide iskljuivo preko velikog broja konceptualnih pitanja.Iako je razvijena za fakultet, varijanta ove metode primjenjiva je i u koli. Konceptualna se pitanja mogu i trebaju koristiti u kolskoj nastavi fizike, a odgovore uenici mogu davati pomou kartica u boji oznaenim slovima A, B, C, D. Vano je traiti uenike da istovremeno podignu kartice, kako bi se izbjeglo prerano gledanje tuih odgovora. Na taj se nain moe aktivirati svakog uenika da dade odgovor, nastavnik dobiva informaciju o stupnju razumijevanja koncepta kod uenika, a diskusija o pitanju meu uenicima i s nastavnikom pomae razviti sposobnost zakljuivanja kod uenika, te produbljuje njihovo razumijevanje koncepata. 4 Izvoenje pokusa

Premda nema dvojbe da je nastava fizike bez pokusa vrlo siromana i nepotpuna, razoaravajua je spoznaja da pokusi sami po sebi (ma kako bili atraktivni i vjeto izvedeni), ukoliko ih uenici samo pasivno promatraju, nee proizvesti nikakav napredak u njihovom razumijevanju fizike. Da bi posluili uenju pokusi ne smiju biti samo ilustracija i posebni efekti, nego sutinski dio nastave, u koji uenici moraju biti jako ukljueni. Pokusi mogu sluiti upoznavanju pojave i otvaranju problema (na poetku sata) ili rjeavanju problema (u kasnijim fazama sata). U svim je sluajevima potrebno uenicima objasniti eksperimentalni postav i opisati to e se napraviti. Da bi se dobila njihova pozornost i ukljuenost, vano je pitati ih to predviaju da bi se moglo dogoditi, a nakon izvoenja pokusa pitati ih to su opazili, te tada krenuti u interaktivno tumaenje pokusa. Praksa nekih nastavnika fizike iz osnovnih kola pokazuje da je jako dobro traiti od uenika da zapiu svoja predvianja i da samostalno opiu pokus, a potom prozvati nekolicinu njih da proitaju to su zapisali. Ako pokus slui rjeavanju problema, vano je potaknuti uenike da ga sami osmisle (npr. kako istraiti o emu ovisi period matematikog njihala). Tu se prua prilika za razvijanje izuzetno vanih vjetina poput sposobnosti identifikacije relevantnih varijabli i kontrole varijabli, a istovremeno se postie i aktivna ukljuenost uenika u nastavu. Ako se radi o mjerenju, vano je ispisati na plou rezultate svih grupa i diskutirati ih.5 Kooperativno rjeavanje zadataka u grupama

Rjeavanje zadataka tradicionalno zauzima dosta vremena u nastavi fizike. Uobiajeno je da svaki uenik rjeava sam za sebe, a onda se nekoga prozove da rjeenje napie na ploi. Veina uenika koji ne znaju rijeiti zadatak bit e u tom procesu pasivna i nee znati rijeiti zadatak niti nakon prepisivanja rjeenja. Rjeavanje je zadataka (ukoliko se ne radi o vrlo rutinskim uvrsti-u-formulu zadacima) vrlo kompleksna vjetina, koja ukljuuje puno koraka i zahtijeva od uenika razne sposobnosti. To uenici u pravilu nee razviti sami od sebe potrebno im je izloiti glavne korake u pristupu fizikalnom problemu i dati im priliku da aktivno sudjeluju u rjeavanju. Grupa iz University of Minnesotta razvila je interaktivnu nastavnu metodu rjeavanja zadataka u grupama [7, 8, 9].Glavni koraci rjeavanja su sljedei:1) vizualizirati, prepoznati i razumjeti problem (nacrtati skicu, oznaiti poznate veliine, uoiti to se zapravo trai)2) dati fizikalni opis problema (razumjeti fizikalnu situaciju, opisati je pomou npr. dijagrama sila ili sl., prepoznati fizikalni model koji odgovara toj situaciji)3) dati matematiki opis, planirati rjeenje (napisati jednadbe koje odgovaraju fizikalnoj situaciji)4) provesti rjeavanje 5) evaluirati rezultat (provjeriti jedinice, procijeniti realnost i smislenost rezultata)Uenike treba uputiti u ovih pet koraka, formirati skupine od (idealno) troje uenika razliitih sposobnosti i dati im zadatak koji nije trivijalan, ali niti prezahtjevan, te koji zahtijeva razmiljanje, a ne samo puko uvrtavanje u formulu. Pokazalo se dobrim povremeno koristiti zadatke s kontekstom (engl. context rich problems), u kojima nije eksplicitno navedeno koja se fizikalna veliina trai, a moe biti dano vie podataka nego li je potrebno za rjeavanje, te uenici sami moraju procijeniti koji su podaci relevantni, a koji nisu. Primjeri ovakvih zadataka dostupni su na internetu [10].Uloga je nastavnika da obilazi skupine i pomogne, ako pojedina skupina zapne, te da se na kraju rjeavanja prodiskutiraju rjeenja, kao i tipini problemi u rjeavanju na koje su uenici nailazili. Rjeavanje zadataka u skupinama pomae i loijim i boljim uenicima. Loiji uenici imaju priliku sudjelovati u misaonom procesu pristupa problemu boljih uenika, slobodnije postavljaju pitanja i izraavaju svoje potekoe u razgovoru s kolegama, nego u razgovoru s nastavnikom. Bolji uenici dobivaju pak priliku da pouavaju, da posvijeste i verbaliziraju svoj pristup zadatku i time takoer napreduju. Pokazuje se da uinak skupine redovito nadmauje uinak najboljeg lana skupine [7, 8]

6 Interaktivne metode koje se osnivaju na koritenju raunala

U svijetu su osmiljene mnoge raunalne interaktivne metode za uenje fizike, no kako veinom nisu dostupne u Hrvatskoj, nee biti ovdje diskutirane. Vano je napomenuti da te metode same za sebe nemaju visoku uinkovitost u poveanju konceptualnog razumijevanja [11, 12]. Tek njihovim kombiniranjem s drugim interaktivnim metodama, poput poduke vrnjaka ili kooperativnog rjeavanja zadataka, postie se vea uinkovitost [12]. Vjerojatan je razlog niske uinkovitosti nedostatak verbalizacije ideja kod iskljuivo raunalnih metoda, koji je nuan za razvoj razmiljanja i postizanje konceptualne promjene. 7 Vole li uenici interaktivnu nastavu?

U poetku moe biti otpora prema promjeni metode. Nakon to se naviknu na interaktivnu nastavu, veina uenika i studenata dobro prihvaa takav rad, jer osjeaju da im on donosi korist. Ipak treba napomenuti da razni autori napominju kako obino postoji oko 10% uenika ili studenata koji su nezadovoljni [3]. Razlozi njihovog nezadovoljstva najee lee u njihovoj elji da im se daju gotovi rezultati, koje e oni memorirati - oni ne ele sami dolaziti do zakljuaka, jer smatraju da je uenje akumuliranje tonih odgovora. Ti uenici i studenti jednostavno nisu zainteresirani za kvalitetnije uenje. Da bi se uenike motiviralo na ovakav rad potrebno im je na poetku objasniti kako e se i zato provoditi interaktivna nastava, napomenuti im da e na takav nain postii bolje razumijevanje fizike, te da e se to razumijevanje i ocjenjivati. Takoer je vano pokuati im posvijestiti to zapravo znai uiti, usmjeriti ih prema aktivnom uenju, te pokuati utjecati na njihove stavove prema uenju.8 Zakljuak

Edukacijska istraivanja u fizici ukazuju na to da interaktivne nastavne metode mogu znaajno poveati uinak nastave u odnosu na tradicionalnu predvaku nastavu. No, nuno je napomenuti da je interaktivnost nuan, ali naalost ne i dovoljan uvjet za to. Jako je bitno kakva se pitanja i problemi postavljaju, te kakva je kvaliteta ostvarene interakcije.

Nije presudno koja e od pojedinanih interaktivnih metoda biti odabrana, a najee se u praksi koriste kombinacije vie metoda.

Klju je uspjeha postii intelektualnu aktivnost uenika na nastavi i usmjeriti je prema konstrukciji i razumijevanju fizikalnih koncepata. Primjena interaktivnih metoda zahtijeva moda poetno vei angaman nastavnika u pripremi nastavnog sata, nego li je to sluaj kod predavake nastave, ali isto tako osim veeg uinka nastave prua i veu satisfakciju kako nastavnicima, tako i veini uenika.Literatura[1] Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand- student survey of mechanics test data for introductory physics courses. Am. J. Phys. 66, 64 74.

[2] Halloun, I. A. & Hestenes, D. (1985). The initial knowledge state of college physics students. Am. J. Phys. 53, 1043 1055.

[3] Meltzer, D. E. & Manivannan, K. (2002). Transforming the lecture hall environment: The fully interactive physics lecture. Am. J. Phys. 70(6), 639-653.[4] Mazur, E. (1997). Peer Instruction. A users manual. Prentice Hall: Upper Saddle River NJ.[5] Hestenes, D., Wells, M. & Swackhammer, G. (1992). Force Concept Inventory. The Physics Teacher 30, 141 158.

[6] Crouch, C. H. & Mazur, E. (2001). Peer Instruction: Ten years of experience and results.

Am. J. Phys. 69 (9), 970 - 977.[7] Heller, P., Keith, R. & Anderson, S. (1992).Teaching problem solving through cooperative grouping. Part 1: Group versus individual problem solving.Am. J. Phys., Vol. 60, No. 7, 627-636.

[8] Heller, P. & Hollabaugh, M. (1992).Teaching problem solving through cooperative grouping. Part 2: Designing problems and structuring groups.Am. J. Phys., Vol. 60, No. 7, 637-644.

[9] Opis kooperativnog rjeavanja zadataka u skupinama: http://groups.physics.umn.edu/physed/Research/CGPS/CGPSintro.htm

[10] Primjeri zadataka s kontekstom:

http://groups.physics.umn.edu/physed/Research/CRP/on-lineArchive/ola.html[11] Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement methods in introductory mechanics courses.

http://www.physics.indiana.edu/~sdi/IEM-2b.pdf[12] Cummings, K., Marx, J., Thornton, R. & Kuhl, D. (1999). Evaluating innovation in studio physics. Phys. Educ. Res. Am. J. Phys. Suppl. 67(7), S38 - S44.Primjer zadatka s kontekstom [10]: Angairani ste kao tehniki savjetnik za novi film o Jamesu Bondu. U jednoj sceni 007 progoni zloinca i dospije na vrtuljak. Zloinev ortak pokrene vrtuljak u nadi da e zbaciti Bonda s vrtuljka u pokrajnji bazen pun gladnih morskih pasa. Odredite kako se brzo vrtuljak moe okretati, a da kaskader ne padne u bazen s morskim psima (koji nisu pravi, no publika to ne zna). Izmjerili ste promjer vrtuljka i utvrdili da iznosi 50 m. Odredili ste faktor statikog trenja izmeu Bondovih cipela i povrine vrtuljka, koji iznosi 0,7 dok je faktor kinetikog trenja 0,5.

U kvalitetnoj interaktivnoj nastavi nastavnik treba:

otvoriti problem

poeti s divergentnim i ii prema konvergentnim pitanjima

pokuati angairati sve uenike

optimalno ekati na odgovor i ne odgovarati sam na svoja pitanja

pozitivno se odnositi prema uenicima

izbjegavati retorika pitanja i pitanja na koja se odgovara jednom rijei

dodatno naglasiti i povezati uenike odgovore

pomoi uenicima da dou do zakljuka

odgovarati pitanjima

pohvaliti odgovore (ne samo tone!)

ii polako

_1302605921.unknown