ISLE – co to je a proč Leoš Dvořák, Irena Dvořáková

Úvod: co je ISLE Investigative Science Learning Environment Ne jen „prostředí“ = laboratoř, ale specifický přístup Odlišnosti od (a styčná místa s): - tradiční výuky, - vyvracení miskoncepcí, - peer instruction, - IBSE, … Pro nás: - poučení, - inspirace, - další zdroje, … - rozšíření spektra přístupů Co je ISLEKDF MFF UK,

Kdy to začalo Kořeny: 90. léta A. van Heuvelen: Learning to think like a physicist, Am. J. Phys. 59, 891 (1991) A. van Heuvelen: The Workplace, Student Minds, and Physics Learning Systems, Am. J. Phys.69, 1139 (2001) Začátek: ~ 2000 E. Etkina, A. Van Heuvelen: Investigative Science Learning Environment: Using the processes of science and cognitive strategies to learn physics. In Proceedings of the 2001 Physics Education Research Conference. (Rochester, NY, 17-21, 2001). Co je ISLEKDF MFF UK,

Kdo za tím stojí Alan van Heuvelen – Ph.D. 1964, Colorado, začínal jako fyzik – Od 80. let -> PER – Spoluautor CSEM – Millikan Award 1999 – … Eugenia Etkina – Učitelka fyziky v Moskvě – Od 1995: Rutgers Univ., New Jersey – Zvané přednášky: GIREP 2010 (Remeš) ICPE 2013 (Praha) – Millikan Award 2014 – práce s učiteli fyziky… Co je ISLEKDF MFF UK,

První pohled na ISLE Objevování (guided inquiry)... „jako detektivka“ Příklad: Přijdete ke mně domů a vidíte, že mám ve vstupní hale…. 10 televizí ! Jaké to může mít vysvětlení? (Nějaké nápady, třeba i bláznivé?) Všechna vysvětlení nebudou současně pravdivá… Co je ISLEKDF MFF UK,  pozorování (bez předpovídání !)  tvorba hypotéz (více) předpovědi  testování testovací pokusy ne/zamítání hypotéz ?

ISLE cyklus Co je ISLEKDF MFF UK, Zdroj: E. Etkina: Physware 2015 handouts

ISLE cyklus Propojuje přístupy: Induktivní Deduktivní (hypoteticko- deduktivní) Co je ISLEKDF MFF UK, Observační experiment Vysvětlení (kvalit., kvant.) Testovací experiment porovnání s předpovědí Kontrola sběru dat, předpokladů, úprava vysvětlení předpovídání + předpoklady „vzorce chování“ ne víc dat navrhni jiné Další testy Aplikace ověř, zlepši… ano

Lze to zkusit i u nás? Příklady: Elektrické obvody (úvod) - hodně se podobá cyklu ISLE Archimedův zákon… Co je ISLEKDF MFF UK,

Podobnosti … Co je ISLEKDF MFF UK, Observační experiment Vysvětlení (kvalit., kvant.) Testovací experiment porovnání s předpovědí Kontrola sběru dat, předpokladů, úprava vysvětlení předpovídání + předpoklady „vzorce chování“ ne víc dat navrhni jiné Další testy Aplikace ověř, zlepši… ano Konkrétní zkušenost Reflexe Abstraktní konceptualizace Aktivní experimentování Kolbův cyklus Konkrétní zkušenost Reflektivní pozorování Abstraktní hypotéza Aktivní testování Zull (učení)

„Jemná struktura“ ISLE: co se rozlišuje Experimenty: – Observační – Testovací – Aplikační Rozlišovat: – Hypotézy (vysvětlení, ideje) – Předpoklady – Předpovědi (když platí hypotéza … a za předpokladu … a já udělám …, pak bude výsledek …) Pozn.: Cyklus lze nejdříve „otočit“ kvalitativně, pak kvantitativně Co je ISLEKDF MFF UK, Observační experiment Vysvětlení Testovací experiment Kontrola, úpravy předpovídání Aplikace předpoklady

Odlišnosti… (jaké a proč) Ne evokace existujících znalostí Ne předpovídání observačního experimentu Ne zvláštní důraz na miskoncepce (kognitivní konflikt) Ne učení předem Ne klasický výklad Co je ISLEKDF MFF UK, Observační experiment Vysvětlení Testovací experiment Kontrola, úpravy předpovídání Aplikace

Příklad (z workshopu Physware 2015) Baterie a LED s rezistorem – jak se chová? Možná vysvětlení (na „inženýrské úrovni“) : – ?? Testujeme vysvětlení (navrhněte pokusy, předpovězte) – ?? … a pak kvantitativně (závislost I na U) … Co je ISLEKDF MFF UK,

Další důležitý prvek ISLE: Vícenásobné reprezentace Grafické reprezentace (Náčrtky, grafy, diagramy (síly,, …), sloupcové diagramy pro energii a toky…) Slovní popis Matematický zápis Nácvik práce s vícenásobnými reprezentacemi ! A navíc: – Pečlivá práce s jazykem – Pečlivá práce se symboly Co je ISLEKDF MFF UK, konzistence různých reprezentací !

Třetí podstatný prvek ISLE: rozvoj vědeckých kompetencí Trocha názvosloví: – scientific abilities (USA); scientific competencies (EU) vědecké kompetence, dovednosti, návyky (habits) Důležité pro 21. století (důraz i jinde: TIMMS, PISA) Je třeba je hodnotit! – Důraz na formativní hodnocení – Ještě lepší: sebehodnocení -> „rubriky“ Co je ISLEKDF MFF UK,

Vědecké kompetence: kategorie rubrik AReprezentovat informace různými způsoby (11) B Navrhnout a provést observační experiment (9) C Navrhnout a provést testovací experiment (8) D Navrhnout a provést aplikační experiment (9) F Komunikovat vědecké myšlenky (2) G Sbírat a analyzovat data z experimentů (5) I Ohodnotit modely, rovnice, řešení a tvrzení (6+4) Co je ISLEKDF MFF UK,

Rubriky - příklady RUBRIC B: Ability to design & conduct an observational experiment Scientific AbilityMissingInadequate Needs improvement Adequate B7B7 Is able to identify a pattern in the data No attempt is made to search for a pattern The pattern described is irrelevant or inconsistent with the data The pattern has minor errors or omissions. Terms proportional are used without clarity- is the proportionality linear, quadratic, etc. The patterns represents the relevant trend in the data. When possible, the trend is described in words. Co je ISLEKDF MFF UK, RUBRIC C: Ability to design & conduct an experiment to test an idea/hypothesis/explanation or mathematical relation Scientific AbilityMissingInadequateNeeds improvementAdequate C3C3 Is able to distinguish between a hypothesis and a prediction No prediction is made. The experiment is not treated as a testing experiment. A prediction is made but it is identical to the hypothesis. A prediction is made and is distinct from the hypothesis but does not describe the outcome of the designed experiment. A prediction is made, is distinct from the hypothesis, and describes the outcome of the designed experiment.

Rubriky – k čemu a jak Ukazují, v čem se lze zlepšovat Přenositelnost Fungují, ale nutno trénovat (studenti si na ně zvykají 6-8 týdnů) Podobné způsoby hodnocení v ČR např.: H. Košťálová, J. Straková: Hodnocení. Důvěra, dialog, růst. SKAV 2008 Co je ISLEKDF MFF UK,

Vztah k dnešní „módě“: IBSE Studenti potřebují oporu („scaffolding“): – Konceptuální (lze otázkami učitele) – Procedurální (rubriky: i pro sebehodnocení) Co je ISLEKDF MFF UK, IBSE badatelsky orientovaná výuka open … chaos …  guided řízená  cookbook není inquiry 

Motivace a teoretické základy ISLE (kombinace podnětů z různých oblastí) Potřeby 21. století (needs of 21th century workplace) Vědecká epistemologie (scientific epistemology) Výzkumy mozku, neurovědy (brain research) Výzkumy v oblasti učení (research on learning) Co je ISLEKDF MFF UK,

ISLE kombinuje podněty z různých oblastí (část tabulky z článku z r. 2007) Co je ISLEKDF MFF UK,

ISLE: funguje to ? Výsledky testů: – FCI (gain 0,6 ; 0,64) – CSEM (posttesty: 63% až 74 %) … srovnatelné s jinými „reformními přístupy“ Další výzkumy a šetření – Užívání vícenásobných reprezentací – Zlepšení vědeckých kompetencí – Posun ve vědeckém uvažování (dedukce oproti naivním přístupům) Co je ISLEKDF MFF UK,

Pro koho použitelné Uvádějí, že skoro pro všechny…: – Velké i malé skupiny – Algebra based i calculus based – VŠ i SŠ Dlouhodobě využíváno v přípravě učitelů Co je ISLEKDF MFF UK,

Jak ho využívají Skupinová práce: – Optimální skupiny po 3 – Optimální monogenderové skupiny Pomůcky a metody: – Whiteboardy apod. (na Physware velké papíry…) – Odpovědi ve velkých skupinách lze hlasovátky… Přednášky („large room meetings“), cvičení, laboratoře – propracované, viz: E. Etkina, A. van Heuvelen: Investigative Science Learning Environment - A Science Process Approach to Learning Physics. In: Reviews in PER, Vol.1., Eds.: E.F.Redish, P.J.Cooney, Co je ISLEKDF MFF UK,

Naše zkušenosti z Physware 2015 Co je ISLEKDF MFF UK,

Zdroje informací E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen: College Physics, Pearsons (Addison-Wesley) 2013 E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen: Active Learning Guide for College Physics, Pearsons rubriky, úlohy, … a 45 článků videa pokusů k ISLE cyklu (>160) Co je ISLEKDF MFF UK,

Závěr – zajímavé momenty ISLE Důraz na neohrožující přístup Staví na pokusech, hodně z nich vytahuje (indukce + dedukce, kvalitativní + kvantitativní, vícenásobné reprezentace…) Snaha o široký myšlenkový základ Nejen koncepty, ale hlavně „vědecké návyky“ Formativní hodnocení a sebehodnocení (rubriky) --- a to je (zatím) vše, přátelé… --- Co je ISLEKDF MFF UK,