Web based dynamic modeling by means of PHP
and JavaScript – part II
Jan Válek, Petr Sládek
Pedagogická fakulta Masarykova Univerzita Poříčí 7, 603 00 Brno
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 2
Úvodem
• Rozvoj ICT s sebou nese:
– Zásadní ovlivnění učitelova + studentova postoje ke vzdělávacímu procesu => výraznější zavádění ICT
– Společnost od škol žádá aby studenty všestranně rozvíjela a motivovala k dalšímu vzdělávání mimo jiné také s ICT
– Současní studenti používají ICT intuitivně již od raného věku => ICT implementovat do výuky jako integrální součást, ne jenom jako nástroj
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 3
Úvodem
– Učíme se na základě interakce myšlení + vlastní aktivita bez ohledu na ICT
– Jednou z možností, jak sloučit prostředky PED + DID + TECH v jeden efektivní výstup je dynamické modelování (DM)
• DM pomáhá v RVP ZV nebo G – úspěšnému naplnění klíčových kompetencí a zařazení
průřezových témat do vzdělávacího procesu
– vytváří mezipředmětové vazby
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 4
Modely
HEJNOVÁ, E., Didaktika pro 2. st. ZŠ 1. díl, 2010 (str. 42 - 44)
• Modely se používaly od samého vzniku fyziky jako jeden z nejvýznamnějších prostředků velmi efektivního budování fyzikálních teorií i k jejich názornému výkladu
• Termín model se rozšířil teprve v 19. století, ale mnohé modely vytvářeli fyzikové již dříve (např. Galileo, Newton aj.)
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 5
Modely
VACHEK, J., LEPIL, O., Modelování a modely ve vyučování fyzice, 1980 (str. 14 - 19)
• Modely materiální
– Prostorově podobné - makety, zmenšeniny, zvětšeniny
– Fyzicky podobné - napodobují dynamiku modelovaného procesu
– Matematicky podobné - modelují funkční závislost fyzikálních veličin
• Modely ideální
– Obrazové (ikonické) - ilustrují neznámý nebo nedostupný předmět nebo jev
(idealizace / analogie)
– Smíšené (obrazně – znakové) - magnetické indukční čáry, schémata
– Znakové (symbolické) - pro myšlenkové experimenty
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 6
Modely
FENCLOVÁ, J., Úvod do teorie a metodologie didaktiky fyziky, 1982 (str. 116 - 118)
• Prostředek vědeckého zobrazení a poznávání
• Model v přírodních a technických vědách
– Používá se již více než 300 let
– „Model je nahrazení komplexního systému systémem, který je pokládán za jednodušší a o němž se předpokládá, že má jisté vlastnosti, které jsou shodné s těmi, které byly vybrány pro studium na originálním komplexním systému.“
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 7
Dynamické modelování
• Zobrazení jevů pomocí modelů => lepší pochopení základních matematických operací a fyzikálních podstaty jevů studenty
• Vyvrácení studentských prekonceptů
• Metoda dynamického modelování umožňuje sledování (nejenom) časového vývoje
• Metoda „relativně“ mladá
– Jeden z prvních R. P. Feynman
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 8
Vlastní implementace DM
• Volíme příklady, které studenti znají z běžného života
• Modelování samotných situací není stěžejní otázkou
– Pro účely modelu jde pouze o vygenerování čísla výsledku dané situace => analýza dané situace
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 9
Vlastní implementace DM
• Cílem používání DM je
– Rozvoj znalosti studentů o řešení příslušných situací
– Studenti sami umí budoucí problémové situace řešit
– Analýza fyzikální podstaty zkoumaného děje
• Cílem používání DM není
– Uživatelské využití vytvořeného programu, ale analýza fyzikální podstaty zkoumaného děje
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 10
Dynamické modelování
• Kdy nasadit DM?
– Výpočet je nad rámec schopností studentů, ale:
• Jsou schopni problém částečně si uvědomit
• Dokáží ohraničit rozsah hodnot některých IN/OUT veličin
• Základní představa o možných výsledcích
• Mohou nastat při používání DM problémy?
– Sledovat vývoj/měnit pouze jednu veličinu
– Můžeme studenty přehltit informacemi - mnoho změn
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 11
Dynamické modelování
• Proč právě PHP a JavaScript?
– Výpočty, MAT operace a MAT konstanty
– On-line dostupnost modelů
– Editor – poznámkový blok
– Pro práci s modely – internetový prohlížeč
• Co přidává PHP navíc?
– Tvorba obrázků
– Skripty prováděny na straně serveru
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 12
Dynamické modelování
• Cílem není uživatelské využití vytvořeného programu, ale analýza fyzikální podstaty zkoumaného děje
• Přístupný web
www.ped.muni.cz/modely
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 13
Výzkumné šetření
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 14
Východiska
• Malá úspěšnost žáků v šetřeních 2011, 2012 – BEDNÁROVÁ, R., VÁLEK, J., SLÁDEK, P., Graphs and Dynamic Modeling
as a Motivating Tool in Teaching Physics, Procedia - Social and Behavioral Sciences, Volume 69, 24 December 2012, Pages 1827-1835, ISSN 1877-0428, 10.1016/j.sbspro.2012.12.133.
– VÁLEK, J., BEDNÁROVÁ, R., SLÁDEK, P., Grafy a dynamické modelování používané jako motivační nástroj ve vyučování fyziky. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 2012 (will be published)
• Z dotazování před výzkumem vyplynulo, že vyučující by toto médium ve výuce rádi využívali
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 15
Použité výzkumné metody
• Počet respondentů dotazníku za období leden - březen 2013 byl 109 (nyní 165 + 26)
• Zaměřeno na ZŠ, SŠ, OU a G
• Výzkumné šetření cíleno na DM v kontextu procesu výuky
• Hlavní otázkou: Jak učitel začleňuje do výuky dynamické modelování a zda s ním vůbec pracuje?
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 16
Použité výzkumné metody
• Použité statistické nástroje
– χ kvadrát
– Znaménkové schéma kontingenční tabulky
– Stupně závislosti - Koeficienty kontingence
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 17
Výzkum
• Cíl výzkumu
Cílem výzkumu je charakteristika učitele jako tvůrce nebo uživatele počítačových modelů ve výuce fyziky na školách a současně identifikace vlastního procesu tvorby počítačových modelů a jejich zasazení do výuky. Za účelem dosažení vytyčeného výzkumného cíle byly stanoveny následující výzkumné otázky a hypotézy.
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 18
Výzkum
• Výzkumné otázky/výzkumné problémy O1: Existuje vztah mezi délkou praxe učitelů a tvorbou počítačových modelů?
O2: Existuje vztah mezi délkou praxe učitelů a používáním počítačových modelů ve výuce?
O3: Vytvářejí si učitelé vlastní počítačové modely pro podporu výuky fyziky?
O4: Vytvářejí digitální nativci počítačové modely častěji než digitální imigranti?
O5: Je důležité, jakou aprobaci mají učitelé vystudovanou pro tvorbu počítačových modelů? Je důležité, jaké předměty učitelé na škole učí pro tvorbu počítačových modelů?
O6: Má vliv na tvorbu počítačových modelů výuka na vysoké škole, tedy s jakými vývojovými prostředími budoucí učitelé pracovali během studií a v jakých vývojových prostředích vytvářejí počítačové modely během učitelské praxe?
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 19
Výzkum
• Hypotézy H1: Učitelé s aprobacemi fyzika+matematika nebo fyzika+informační
výchova používají počítačové modely ve výuce fyziky častěji než učitelé s aprobací fyzika+ostatní předměty.
H2: Četnost vytváření počítačových modelů závisí na délce pedagogické praxe.
H3: Učitelé, kteří vyučují fyziku a Informační a komunikační technologie nebo Informatiku nebo jim ekvivalentní předmět, vytvářejí počítačové modely častěji, než učitelé vyučující fyziku a jiné předměty.
H4: Učitelé, kteří vytvářejí počítačové modely, používají pouze ta vývojová prostředí, se kterými se naučili pracovat na vysoké škole.
H5: Četnost vytváření počítačových modelů závisí na roku, kdy učitelé absolvovali vysokou školu.
H6: Učitelé do 39 let věku včetně (tzv. digitální nativci) vytvářejí počítačové modely častěji než starší učitelé. (vztaženo k 2013)
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm ICTE 2013 20
Průběh a výsledky výzkumu
Vybavení škol ICT je na dostatečné úrovni a není překážkou pro nasazení DM do výuky fyziky
Computer-Equipped classroom with a projector, which
is taught physics
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
yes no
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm ICTE 2013 21
Průběh a výsledky výzkumu
Age distribution of teachers-model makers
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
25-39 years 39 years and over
Frequency of use of identical development
environments at university and in practice
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
At the university did not
develop in practice yes
At least one environment
at the same university in
practice
The environment is
completely different to
the university and in
practice
Frequency of creation of computer models depends on
length of teaching experience
0%
5%10%
15%
20%25%
30%
35%
40%45%
50%
Less than 1
year
1-2 years 3-5 years 6-10 years 11-15
years
16 years
and over
Frequency of use of identical development
environments at university and in practice
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
At the university did not
develop in practice yes
At least one environment
at the same university in
practice
The environment is
completely different to
the university and in
practice
Age distribution of teachers-model makers
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
25-39 years 39 years and over
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 22
Průběh a výsledky výzkumu
• Hypotéza H2 nebyla jednoznačně potvrzena – Četnost vytváření počítačových modelů závisí na
délce pedagogické praxe.
• Hypotéza H4 potvrzena – Učitelé, kteří vytvářejí počítačové modely,
používají pouze ta vývojová prostředí, se kterými se naučili pracovat na vysoké škole.
• Hypotéza H6 potvrzena – Učitelé do 39 let věku včetně (tzv. digitální
nativci) vytvářejí počítačové modely častěji než starší učitelé. (vztaženo k 2013)
Frequency of creation of computer models depends on
length of teaching experience
0%
5%10%
15%
20%25%
30%
35%
40%45%
50%
Less than 1
year
1-2 years 3-5 years 6-10 years 11-15
years
16 years
and over
Age distribution of teachers-model makers
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
25-39 years 39 years and over
Frequency of use of identical development
environments at university and in practice
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
At the university did not
develop in practice yes
At least one environment
at the same university in
practice
The environment is
completely different to
the university and in
practice
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 23
Závěry
• Ukazuje se, že DM může částečně nahradit nedostatečný MAT aparát
• DM posiluje schopnost identifikovat FYZ pozadí jevů, které známe z každodenního života, bez ohledu na úroveň studentova analytického a logického myšlení (vlastní šetření ve výuce na ZŠ)
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 24
Závěry
• Výzkum ukazuje, že učitelé jen velmi zřídka vytváří počítačové (dynamické) modely pro svou pedagogickou praxi
– Může to být důsledkem toho, že s modely na VŠ vůbec nepracovali - případ 30 % respondentů + 10 % kdy byla prostředí zcela odlišná
• Během přípravy učitelů na VŠ, by se studenti měli seznámit s různými nástroji pro vývoj počítačových modelů
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 25
Závěry
• Začínající učitelé používají modely ve výuce méně než profesně starší kolegové
• Úskalí virtuálních světů spočívá v předkládání stejného vizuální obraz světa mnoha jedincům
• Je na učitelích, aby se uvedli digitální světy s fyzikálně technickou realitou do souladu
– Vhodnou pomůckou pro nápravu některých je používání dynamického modelování ve výuce
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 26
Závěry
• Diskutovat se studenty zdrojový kód
• Základem je naučit studenty pracovat s grafy a jejich tvorbě
• Implementace aktivního kreslení (HTML5)
– Chybí celková podpora napříč prohlížeči
• Uvedený model a další jsou volně dostupné na adrese:
www.ped.muni.cz/modely
10.9. - 12.9. - Rožnov pod Radhoštěm
ICTE 2013 27
Děkujeme za pozornost
PhDr. Jan Válek
Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání PdF MU
Poříčí 7, 603 00 Brno, ČR
E-mail: [email protected]
doc. RNDr. Petr Sládek, CSc.
Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání PdF MU
Poříčí 7, 603 00 Brno, ČR
E-mail: [email protected]
Telefon: + 420 549 496 841