Didaktika fyziky Prekoncepce/miskoncepce žáků ve fyzice Martina Kekule

Klíčové pojmy Koncepce Prekoncepce Miskoncepce Difficulties

koncepce/prekoncepce/miskoncepce/difficulties Koncepce – žákovo pojetí, představa Prekoncepce - získané před školním vzděláváním/mimo školní vzdělávání intuitivní, z každodenní zkušenosti Miskoncepce – chybná Difficulties - problémy s konkrétní úlohou Intuice:knowledge z každodenní zkušenosti Evidentní, netřeba autority, aby ji sdělila Výzkumy zaměře na fce víc než na grafy (Piaget – implicitně kvaltitativní popis funkčního vztahu od 3,5 let) Misconcepce: nesprávné rysy students’ knowledge, které jsou explicitní a opakované! U grafů typicky vycházejí spíš z nesprávně naučeného/vysvětleného formalismu. Difficulties: vztahují se k nějakému konkrétnímu grafu, nějaké konkrétní úloze, specifické!

Typické znaky prekoncepcí trvalost a odolnost nezávislost na typu školy, národnosti a státní příslušnosti nezávislost na věku, studijních výsledcích nedůslednost využívání prekoncepcí v různých situacích někdy kopírují vývoj fyzikálního poznávání Mandíková, Trna: Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky, Paido 2011. Mandíková, Trna str. 18

Diagnostika Didaktickým testem, Rozhovorem Pojmovými mapami…

Odstraňování miskoncepcí Ano? Ne? Ne. V běžném životě si vystačí s intuitivními představami. Které tomu slouží a byly tak i vytvořeny. Ano. Neměli by zaostávat v ontologickém vývoji. Je důležité ukázat převratnost myšlenek!

Matthews, Some insights from cognitive science Matthews, Some insights from cognitive science. Science&Education, 9 (2000), 507-535 Ne. V běžném životě si vystačí s intuitivními představami. Které tomu slouží a byly tak i vytvořeny. Ano. Neměli by zaostávat v ontologickém vývoji. Je důležité ukázat převratnost myšlenek!

Odstraňování miskoncepcí - jak Analogie Kognitivní konflikt Autoreflexivní aktivní učení žáka Kotva Přemosťující příklady Cílový problém Žáci intuitivně chápou Žáci intuitivně řeší špatně Příklady viz Mandíková, str. 60

Odstraňování miskoncepcí - jak Bezpečná atmosféra!

Chybné představy - grafy

Úloha 1 Graf vpravo zobrazuje pohyb člověka podél nějaké cesty (souřadnice x). Popište tento pohyb. Typická chybná odpověď: jde o „pohyb zrychlený“, nebo dokonce „pád“, „pohyb klesající“ nebo „šikmý vrh“ .

Úloha 2 - sprinteři Typická chybná odpověď: 1 a 3 zpomalovali. Graf vpravo (závislost souřadnice na čase) ukazuje jeden z rozběhů sprinterů. Počátek souřadnice byl zvolen na startu. Pro každého závodníka rozhodněte, zda zrychloval či zpomaloval. Typická chybná odpověď: 1 a 3 zpomalovali. 2 1 4 3

Úloha 3 Na obrázku je graf závislosti souřadnice na čase. Která z následujících závislostí rychlosti na čase v(t) popisuje tentýž pohyb? (v je rychlost ve směru osy x.) Výsledky průzkumu: 780 žáků SŠ v ČR 35,6% 34,1% 16,7% 3,0% Nevyplnilo 10,6 % Typická chybná odpověď: a) příp. i c)

Úloha 4 Graf závislosti dráhy na čase zobrazuje dva pohybující se objekty označené A a B (třeba kamarády Andělu a Boříka). Který z nich se pohyboval rychleji na konci 8. sekundy? Který z nich se pohyboval rychleji na konci 2. sekundy? Typická chybná odpověď: A B

Úloha 5 - mravenci 2. Výpočet průměrné rychlosti mravence F1 v jednotlivých intervalech. Obtížnost úlohy: Nejlehčí Obtížnější Nejobtížnější

Miskoncepce/chybné představy Graf jako obrázek (iconic interpretation) Studenti často vnímají graf jako obrázek či náčrt dané situace, ne jako abstraktní matematickou reprezentaci.

Miskoncepce/chybné představy Nerozlišování mezi výškou a směrnicí grafu (slope/height confusion) Studenti často nevědí, zda se požadovaná informace získá ze směrnice či výšky grafu.

Miskoncepce/chybné představy Křivky grafů časových závislostí kinematických veličin zobrazujících stejných jev vypadají stejně nebo podobně. Studenti věří na „podobnost“ křivek pro různé grafy popisující stejný děj.

Miskoncepce/chybné představy Zaměňování intervalu a bodu (interval/point confusion) Studenti mají problémy s určením směrnice (často počítají jako hodnotu z jednoho bodu) Studenti nerozpoznají, zda se po nich požaduje intervalová nebo bodová hodnota. Tendence interpretovat graf tzv. pointwise!

Diagnostika Testing student interpretation of kinematics graphs Robert J. Beichner Citation: American Journal of Physics 62, 750 (1994); doi: 10.1119/1.17449 Česká verze: Blanka Trulikova v rámci bakalářské práce.

Co s tím? Důraz na kvalitativní interpretaci/konstrukci grafu! aneb describe the pattern! which pattern make sense? Získal vzdálenost během nulového času. Lze diskutovat reálnost takto „zalomených“ křivek v grafu a potřebu někdy idealizace. Reverzní čas nebo v jednom okamžiku se osoba nachází ve dvou různých pozicích  (pro milovníky sci-fi reálný graf).

Co s tím? Úlohu doplnit obrázkem s vyznačením klíčových úseků!

Co s tím? Při interpretaci: Pokládat otázky globální / kvalitativní před otázkami lokálními /kvantitativními. Úloha s Otylem

Co s tím? Prezentace jednoho pohybu v grafu x(t) s různou volbou počátku soustavy souřadné. Úloha „učebnice“ Úloha trenér Využití dataloggerů – např. sonar, force plate…

Literatura Leindhart G., Zaslavsky O., Stein M. K. (1990): Functions, Graphs, and Graphing: Tasks, Learning, and Teaching. Review of Educational Research, Vol. 60, č. 1, str. 1-64 Heck, A.: Perspectives on an Integrated Computer Learning Enviroment. Amsterdam, Can Uitgeverij, 2012. Kekule, M. Disertační práce, MFF UK Praha, 2009. Goldsworthy A., Watson R., Wood-Robinson V. (1999): Getting to grips with graphs. The Association for Science Education, Hatfield Schnotz, Kurschner: External and internal representations in the acquisition and use of knowledge: visualization effects on mental model construction. Instr. Sci (2008) 36:175-190

Chybné představy - termodynamika

Teplo a teplota Teplo a teplota a Pojmy teplo a teplota Teplo je nějaká látka. Teplota je vlastnost než plast. Teplota předmětu menší a větší kostku Teplo a teplota a Teplota je vzdálenost Teplota je vnitřní S rostoucí teplotou Při ohřívání předmětu a tím se studenými. Rychlý pohyb Když se částice

Chybné představy - termodynamika se součet počá- na své pů- a voda se ohří- povrchu vlastnostech dodáváme-li, vodě

Co s tím? Pokusy, videa Viz disertační práce Petra Kácovského.

Diagnostika Introductory Thermal Concept Evaluation: Assessing Students’ Understanding Shelley Yeo and Marjan Zadnik THE PHYSICS TEACHER ◆ Vol. 39, November 2001 Česká verze: Petr Kácovský v rámci disertační práce.

Úlohy obtížné pro žáky na SŠ Disertační práce Kekule Tomáš, Tvorba testů pro středoškolskou fyziku a jejich ověřování, 2008 Úlohy s vysokou obtížností: Vnitřní energie, práce, teplo Var B: 5, 8, 10 Struktura a vlastnosti plynů Var A: 5,6,10 Var B: 5,7 Struktura a vlastnosti pevných látek a kapalin Var A: 6,10 Var B: 2,5,7 Změny skupenství Var A: 1,6, 10,11 Var B: 5,6,10,11

Literatura Mandíková, Trna (2011). Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky. Paido. Petr Kácovský - pkacovsky@centrum.cz Hye-Eun Chu, David F. Treagust, Shelley Yeo & Marjan Zadnik (2012): Evaluation of Students’ Understanding of Thermal Concepts in Everyday Contexts, International Journal of Science Education, 34:10, 1509-1534 Kekule Tomáš, Tvorba testů pro středoškolskou fyziku a jejich ověřování, Disertační práce MFF UK, 2008