Ústav teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU Učitelství fyziky versus fyzika aneb Zpět ke kořenům? Aleš Lacina a Jana Musilová

Osnova Kdo chce dnes být učitelem fyziky – – „statistika” Přírodovědecké fakulty MU Vysokoškolské studium (učitelství fyziky) před „modernizací” a nyní Matematika jako součást studia učitelství Zásady fyzikálního vzdělávání Skylla a Charybda fyzikálního vzdělávání: 1) učebnice, 2) „popularizace” a Internet Fyzikální myšlení současných adeptů učitelství fyziky Řešení? Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Kdo chce dnes být učitelem? bakalářské studium magisterské studium 1. rok 2. rok 3. rok 4. rok MF XF 2010 6 4 5 1 - 7 2 2011 9 2012 11 3 2013 15 2014 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Studium před „modernizací” a nyní Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Studium na PřF MU dříve a nyní podstatné odlišnosti dříve nyní studium pětileté tříleté + dvouleté program pevný cca z ¼ volný postup studiem pevná návaznost kumulace kreditů řešení neúspěchů opakování ročníku opakované předměty výuka veškerá povinná přednášky nepovinné Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Učitelství M-F 1966 - 1969 2014-2015 !! Společný základ učitelství 6/1 34 Kurs obecné fyziky 20/10 17/8 ! Kurs fyzikálního praktika 0/9 0/20 Kurs teoretické fyziky 19/7 8/4 Další fyzikální předměty 4/2 Odborné didaktické předměty F 13/3 4/6 Pedagogická praxe – blok 2 týdny 30 Kurs matematické analýzy 19/10 8/8 Kurs algebry a geometrie 21/10 9/10 Další matematické předměty 25/5 11/8 Odborné didaktické předměty M 2/12 8/18 Pedagogická praxe - blok

Společný základ pro učitelství 1966 - 1969 2014/15 1 Inspiratorium pro učitele 0/2 2 Obecná a alternativní didakt. 1/1 3 Školní pedagogika 4 Základy psychologie 2/0 5 Pedagogika 3/0 Asistentská praxe 6 7 Branná výchova Speciální pedagogika Exkurse 4 dny Psychologie výchovy a vzděl. 8 Kurs branné výchovy 7 dní Prezentační semináře 0/4 Povinné výběry z bloků 18 6/1 34 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Fyzika ve studiu učitelství fyziky Kurs obecné fyziky 1966 - 1969 2014/15 1 Mechanika 4/2 Mechanika a molekul. fyzika 5/2 2 Termika a molekulová fyzika Elektřina a magnetismus Fyzikální proseminář 0/2 3 Kmity, vlny , optika 4 Optika Úvod do fyziky mikrosvěta 5 Atomová fyzika 4/0 20/10 17/8 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Fyzika ve studiu učitelství fyziky Kurs fyzikálních praktik 1966 - 1969 2014/15 1 Technické praktikum 0/2 2 Fyzikální praktikum I 0/4 Fyzikální praktikum 1 0/3 3 Fyzikální praktikum II Fyzikální praktikum 2 4 Fyzikální praktikum III Fyzikální praktikum 3 5 Fyzikální praktikum IV 6 Fyzikální praktikum V 7 Praktikum z elektroniky 0/20 0/9 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Fyzika ve studiu učitelství fyziky Kurs teoretické fyziky 1966 - 1969 2014/15 3 Teoretická mechanika 2/1 4 5 Teoretická fyzika 1 4/2 Kvantová mechanika I 3/2 6 Kvantová mechanika II 2/0 Teoretická fyzika 2 Teorie elektromag. pole 3/1 Teorie relativity 1/0 Termodynamika a stat. fyzika 4/1 19/7 8/4 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Fyzika ve studiu učitelství fyziky Další fyzikální předměty 1966 - 1969 2014/15 4 Zákl. kurs fyziky v příkl. 1 0/2 5 Základy fyziky pevných látek 2/1 Zákl. kurs fyziky v příkl. 2 6 Elektronika 2/0 Astrofyzika 2/2 7 Struktura a vlastnosti látek Astronomie a geofyzika 3/0 8 13/3 4/6 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Odborné didaktické předměty – F 1966 - 1969 2014/15 7 Metodika a teorie vyuč. f. 2/0 Didaktika fyziky 1 Praktikum školních pokusů 0/3 Seminář z fyziky 0/2 Didaktický seminář z fyziky 1 Průběžná pedagog. praxe 8 Didaktika fyziky 2 2/1 Didaktický seminář z fyziky 2 9 Pedagogická praxe - blok týden 30 10 4/14 4/11 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Matematika jako součást studia učitelství Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Matematika jako druhý obor Kurs matematické analýzy 1966 - 1969 2014/15 1 Matematická analýza I 4/2 Matematická analýza 1 2/2 2 Matematická analýza II 3/2 Matematická analýza 2 3 Matematická analýza III Matematická analýza 3 4 Matematická analýza IV Matematická analýza 4 5 Matematická analýza V 2/1 6 Matematická analýza VI 19/10 8/8 Souborná zkouška z M Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Matematika jako druhý obor Kurs algebry a geometrie 1966 - 1969 2014/15 1 Algebra I 2/2 Analytická geometrie I 2/1 Zobrazovací metody 1/1 2 Algebra II Lineární algebra a geometrie Analytická geometrie II Geometrie 1 1/2 3 Algebra III Geometrie 2 Analytická geometrie III 2/0 4 Algebra IV Analytická geometrie Geometrie 3 21/10 9/10 Souborná zkouška z M Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Matematika jako druhý obor Další matematické předměty 1966 - 1969 2014/15 5 Teoretická aritmetika I 2/1 Elementární teorie čísel 2/2 Variační počet 2/0 Logická výstavba mat. teorií Pravděpodobnost a statistika 3/0 6 Teoretická aritmetika Systémy počítačové algebry 1/2 Topografie, num., graf. met. Povinně volitelné předměty Matematické stroje 7 Elementární geometrie I (Elementární teorie čísel) --- Kapitoly z ODR I (Logická výstavba mat. teorií) Výběrová předn. z analýzy Inf. technologie ve sš matem. 0/2 8 Elementární geometrie II Teorie množin Kapitoly z ODR II Historie matematiky 1 25/5 11/8

Odborné didaktické předměty – M 1966 - 1969 2014/15 1 Základy matematiky 2/2 seminář ze sš matematiky 1 0/2 2 Matematika kolem nás 3 Kombinatorika 6 seminář ze sš matematiky 2 4/10 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Odborné didaktické předměty – M 1966 - 1969 2014/15 7 Metodika vyučování matem. 2/0 Seminář ze sš matematiky 3 0/2 Seminář z metodiky mat. Seminář ze sš matematiky Průběžná pedagog. praxe 0/1 8 Didaktika matematiky 1 2/2 Moderní trendy ve výuce sšm 9 Didaktika matematiky 2 Pedagogická praxe - blok týden 30 10 2/12 4/8

Matematika pro učitelství fyziky s jiným oborem než matematikou 1966 - 1969 2014/15 1 Matematika I 3/0 Matematika I - seminář 0/3 2 2/0 0/2 0/0 5/5 Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Zásady fyzikálního vzdělávání Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

„Didaktické” zásady ve výuce fyziky kritérium učitel by měl fyzikální správnost (včetně obrázků!) rozumět fyzice přiměřené (stále správné) zjednodušení rozumět fyzice s nadhledem správná (vhodná) struktura výkladu rozumět fyzice v souvislostech vhodná volba pokusů a jejich výklad rozumět vazbě teorie-pokus s nadhledem vhodný způsob provedení pokusů být technicky (aspoň trochu) zručný jazyková a prezentační úroveň mluvit spisovně, srozumitelně, … zajímavost (ne „zábava” za každou cenu) znát zajímavé jevy a umět je vyložit Nikdo je (navenek) nezpochybňuje, některá (nejčastěji fyzikální správnost) však nebývají naplňována buď vůbec, nebo v nesprávném pořadí priorit.

„Skylla a Charybda” fyzikálního vzdělávání Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

(Učiteli) tradované bludy učebnic - I M. Bednařík, M. Široká: Fyzika pro gymnázia. Mechanika. Prometheus, Praha 1993, 2000, Str. 53, 54 Princip nezávislosti pohybů: Při skládání pohybů platí princip nezávislosti pohybů: koná-li hmotný bod současně dva nebo více pohybů, je jeho výsledná poloha taková, jako kdyby konal tyto pohyby po sobě, a to v libovolném pořadí. … Vystřelíme-li například šikmo vzhůru z pušky, koná střela současně dva pohyby: rovnoměrný přímočarý pohyb ve směru, kterým byla vystřelena, a rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb ve svislém směru (volný pád). Trajektorií tohoto složeného pohybu je potom křivka (část paraboly).“ Co je to princip nezávislosti pohybů? Řekla bych, že blbost. Citovaná učebnice, str. 53, text v rámečku: „Při skládání pohybů platí princip nezávislosti pohybů: koná-li hmotný bod současně dva nebo více pohybů, je jeho výsledná poloha taková, jako kdyby konal tyto pohyby po sobě, a to v libovolném pořadí. … Vystřelíme-li například šikmo vzhůru z pušky, koná střela současně dva pohyby: rovnoměrný přímočarý pohyb ve směru, kterým byla vystřelena, a rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb ve svislém směru (volný pád). Trajektorií tohoto složeného pohybu je potom křivka (část paraboly).“ Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

Jak tomu (ne)rozumět: šikmý vrh zavádějící „poučka“: …jako kdyby konal tyto pohyby po sobě (??), a to v libovolném pořadí… Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

(Učiteli) tradované bludy učebnic - I x   ?? řešení soustavy rovnic ?? nebo soustavy rovnic Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

(Učiteli) tradované bludy učebnic – II F FG FT α x l O (Učiteli) tradované bludy učebnic – II Proč právě pět stupňů? Proč ne deset, nebo jeden? str. 34, obr.1-21b) „Harmonické kmitání jsme zavedli jako přímočarý pohyb. Aby tato podmínka byla přibližně splněna i u kyvadla, musí být výchylka tak malá, že oblouk, po němž se těleso pohybuje, můžeme považovat za úsečku. To je dostatečně splněno, jestliže úhel α nepřekročí 5o.“ Která síla je pak ale „příčinou“ zakřivení trajektorie? “Příčinou kmitavého pohybu kyvadla je síla F (obr. 1-21b)), která je výslednicí tíhové síly FG a tahové síly Ft , kterou působí vlákno závěsu na těleso. Str. 34, obr. 1-21b):“Příčinou kmitavého pohybu kyvadla je síla F (obr. 1-21b)), která je výslednicí tíhové síly FG a tahové síly Ft , kterou působí vlákno závěsu na těleso.“ O. Lepil: Fyzika pro gymnázia. Mechanické Kmitání a vlnění. Prometheus, Praha 1994, 2001.

Správný výklad je tak jednoduchý… silové působení gravitační síla, tahová síla charakteristika pohybu nerovnoměrný … tečné zrychlení křivočarý … normálové zrychlení α 2. NZ, pohybové rovnice α Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

Zábavnost za cenu správnosti HRW, Fundamentals of Physics, 8. vyd. 2007, překlad VUTIUM 2013 Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

Problémy se správností obrázků HRW, Fundamentals of Physics, 8. vyd. 2007, překlad VUTIUM 2013 Tradiční omyly ve výuce mechaniky 27. 4. 2015

Zábavnost diskutabilní HRW, Fundamentals of Physics, 8. vyd. 2007, překlad VUTIUM 2013

Úskalí popularizace a Internetu Jevy snadno vysvětlitelné „populárně”, ale přesto správně, nebývají „atraktivní” a jsou tedy pro „přilákání” zájemců nepříliš vhodné. Jevy efektní spadají často do obtížnějších oblastí fyziky. Není-li „populární” výklad z fyzikálního hlediska propracován (často to ani nelze), bývá zavádějící. Příklad: (Nez)kreslená věda – Aerodynamika (AV ČR) Výklad doprovázející zábavnou „show” se rád a nevratně fixuje, včetně fyzikálních chyb. Triviální tvrzení, správná i chybná, se ráda fixují. „Odvykací kůra” v případě chybných („princip” nezávislosti pohybů, matematické kyvadlo, „akce a reakce”,…) je málo úspěšná. … Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Fyzikální myšlení současných adeptů učitelství fyziky Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Mezi maturitou a státnicí – a potom? fyzikální znalosti maturita SZZ bc SZZ mgr praxe? čas Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Ukázka z písemné části SZZ - I určit tlakové síly podlahy určit tahovou sílu spojovací šňůry α α Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Ukázka z písemné části SZZ - II Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory

Řešení? Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 27. - 29. duben 2015 - Kašperské Hory