Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta DIZERTAČNÍ PRÁCE 2005 Jaromír Kekule

2 Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta Moderní metody výuky Využití výpočetní techniky pro výuku na střední škole DIZERTAČNÍ PRÁCE Autor: Mgr. Jaromír Kekule Školitel: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc. Pracoviště: Katedra elektroniky a vakuové fyziky Obor: f-12 Obecné otázky fyziky Praha, 2005

3 Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat svému školiteli prof. Milanovi Tichému za cenné rady a pomoc a za trpělivost a ochotu, s jakou se mi po celou dobu postgraduálního studia věnoval. Dále bych chtěl též poděkovat svým kolegům učitelům a studentům za cenné připomínky a konzultace, které mi poskytli během vytváření a ověřování mé práce. 2

4 Obsah 1 Úvod a cíl práce...chyba! Záložka není definována. 2 Některé teorie vzdělávání...chyba! Záložka není definována. 2.1 Jan Ámos Komenský...Chyba! Záložka není definována. 2.2 Technologické teorie vzdělávání...chyba! Záložka není definována. 2.3 Výhody multimédií ve vzdělávání...chyba! Záložka není definována. 3 Zahraniční zkušenosti s moderními metodami výuky...chyba! Záložka není definována. 3.1 Projekt univerzity v Gentu...Chyba! Záložka není definována. 3.2 Physlets...Chyba! Záložka není definována. 3.3 Just in Time Teaching...Chyba! Záložka není definována. 4 Příklad kurzu...chyba! Záložka není definována. 5 Hodnocení multimédií...chyba! Záložka není definována. 5.1 EUPEN...Chyba! Záložka není definována. 5.2 NTNU Virtual Physics Laboratory...Chyba! Záložka není definována. 5.3 MERLOT...Chyba! Záložka není definována. 5.4 Ostatní organizace...chyba! Záložka není definována. 6 Požadovaný rozsah učiva tématu elektřina a magnetismuschyba! Záložka není definována. 7 Vytvořené materiály...chyba! Záložka není definována. 7.1 Obsah webu a orientace v něm...chyba! Záložka není definována. 7.2 Použití materiálu...chyba! Záložka není definována. 7.3 Hodnocení webu studenty...chyba! Záložka není definována. 7.4 Shrnutí hodnocení...chyba! Záložka není definována. 8 Ukázka z vytvořeného webu...chyba! Záložka není definována. 9 Závěr a shrnutí...chyba! Záložka není definována. Použitá literatura...chyba! Záložka není definována. A Seznam publikací...chyba! Záložka není definována. B Přiložené publikace...chyba! Záložka není definována. B.1 Multimediální výukový materiál na téma elektřina a magnetismuschyba! Záložka není definov B.2 Výuka elektroniky moderními metodami...chyba! Záložka není definována. B.3 Výuka elektřiny a elektroniky na střední škole...chyba! Záložka není definována. 3

5 1 Úvod a cíle práce Svět se v posledních několika desítkách let překotně vyvíjí a tento rozvoj se neustále zrychluje. Moderní technika hraje v našem životě stále větší roli. Málokdo si už dnes dokáže představit život bez vymožeností, které přineslo 20. století. Většina oborů, a to nejen technických, se zavedením nových technologií proměnila k nepoznání. Těch, které zůstaly vývojem nedotčeny, mnoho nezbývá. Často se však zdá, že jedním z těchto nedotčených oborů je školství. Bohužel, výuka ve školách mnohdy vypadá velice podobně jako před padesáti i více lety. Učitel přijde do třídy a předává své znalosti žákům. Ti pilnější si je hned zapisují do sešitu a někdy, je-li výklad dostatečně pomalý, stačí sem tam i něco pochopit. Ti méně pilní rezignují a věnují se jiným věcem. Po hodině si potom poznámky svých spolužáků okopírují a doma dumají nad tím, co má tohle znamenat a jak je možné, že úloha vyšla takto. A o čem vlastně vůbec byl ten záhadný pokus, který pan učitel předváděl? Jak vyšel? O tom není v sešitě ani slovo, ach jo, pomyslí si žák, ještě chvilku se snaží a pak jde raději hrát počítačové hry. Ráno před vyučováním se látku naučí nazpaměť a je příjemně překvapen,že to stačí na dvojku. A tak to jde dál a student je celkem spokojen. Nicméně na některých školách, a to zejména za hranicemi naší republiky, se prosazuje i jiný vzdělávací přístup, při kterém se široce využívá počítačová technika. Žáci mají k dispozici multimediální učební materiály, vytvořené obvykle na základě HTML textů, se spoustou fotografií, Java aplety dynamickými simulacemi jevů, videoukázkami pokusů a reálných jevů, tabulkami, grafy a dalšími materiály. Ty mohou používat při hodinách i doma, dělat si do nich i své vlastní poznámky a soustředit se tak plně na pochopení látky. Na mnohých vysokých školách se ještě navíc píšou i testy a domácí úkoly přes Internet a studenti mohou této technologie využívat i pro domluvu mezi sebou vzájemně nebo mezi sebou a vyučujícím. Na středních školách u nás zatím stále přetrvávají problémy se samotnou dostupností sítě Internet pro učitele i pro žáky, nedostatkem rychlejších počítačů a projekční techniky, ale situace se už snad postupně mění k lepšímu. Vyvstává tedy potřeba mít na Internetu materiály použitelné pro výuku. Samozřejmě, už dnes existuje na síti spousta stránek zaměřených na středoškolskou fyziku, ale jejich kvalita je mnohdy pochybná a většinou jsou navíc cizojazyčné. Kromě toho nejde o materiály ucelené, které by obsahovaly alespoň jednu kompletní partii fyziky, ale pouze o jednotlivé aplety nebo texty, případně návody na pokusy. Cílem mé práce proto bylo seznámit se s metodami a výsledky zahraničních pracovišť, která se tímto oborem zabývají, a posléze zpracovat web, který poskytne na středoškolské úrovni všechny potřebné materiály pro výuku důležitého a obsáhlého tématu elektřiny a magnetismu, a to se speciálním důrazem na elektroniku jakožto obor, který je základem naprosté většiny moderních technologií. Zájemce zde najde vše pohromadě včetně grafů, obrázků, videí, apletů a dalších součástí. Dalším cílem bylo vyzkoušet vytvořené materiály ve výuce na střední škole. Práci jsem používal jak v pravidelné výuce v hodinách fyziky, tak i v nepovinném kroužku, kam docházeli pouze zájemci o fyziku. Na následujících stránkách budou nejprve stručně rozebrány některé teorie zabývají se vzděláváním, a to zejména za pomoci moderních technologií. Dále zmíním světové zkušenosti s takovouto výukou a některé zahraniční projekty založené na ICT (informačně komunikačních technologiích). Místo bude též věnováno problému, který 4

6 se se vzrůstajícím počtem www stránek věnovaných výuce ukazuje jako čím dál tím naléhavější. Jedná se o hodnocení multimediálních materiálů. Jeho účelem je, aby uživatel věděl, jestli se na informace uvedené na stránkách může spolehnout a jestli vůbec má smysl vynakládat čas a úsilí na studium právě těchto konkrétních materiálů. Dále popíši a rozeberu svou práci, ukážu příklady a v závěru se zmíním o svých zkušenostech získaných při ověřování a hodnocení mé práce studenty. 5

7 2 Některé teorie vzdělávání 2.1 Jan Ámos Komenský I když se to zdá být téměř neuvěřitelné, i moderní vzdělávání stojí z velké části na zásadách, které stanovil již před téměř čtyřmi sty lety velký český pedagog Jan Ámos Komenský. Rád bych se tedy v úvodu této kapitoly zmínil o některých principech, které lze nalézt v jeho díle [1] a o nichž se domnívám, že jsou velmi zajímavé a navíc stále platné. Správně vyučovati znamená způsobovati, aby se žák učil hbitě, s chutí a důkladně. Učiti se znamená kráčeti k znalosti věci neznámé přes nějakou známou. Žák tedy vždy potřebuje někoho, kdo by ho vedl, napomínal a opravoval (na rozdíl od Komenského se však dnes nedoporučuje opravit žákovu chybu hned, ale je lépe mu nechat příležitost, aby ji odhalil a opravil sám). Učitel a žák jsou ve vzájemném vztahu; při vyučování nemůže chyběti ani jeden ani druhý. Na učiteli se žádá schopnost vyučovatelská, aby znal, mohl a chtěl vyučovat, a podobně na učícím se (žáku) se žádá učenlivost, jež záleží v tom, aby mohl, znal a chtěl býti vyučován. Neboli kdo nedbá, aby byl vyučován, toho budeš marně vyučovati, dokud u něho neprobudíš vřelý zájem o učení. S tím úzce souvisí i dnes velmi diskutovaná otázka motivace. Komenský nabádá: Přistupuj k učení jen tehdy, bylo-li žáku náležitě doporučeno. Musíš se tedy všemožně zasaditi o to, aby žák učení, k němuž přistupuje, pojímal jako cosi hodného obdivu. (Tento obdiv zažehne chuť, chuť touhu a touha píli.) To způsobíš tím, že upozorníš na něco půvabného, příjemného a snadného v předmětu, kterému počínáš vyučovati. Je totiž přirozené chtíti raději vše než část. Závěrem je rada přistupuj k učení jen tehdy, byla-li u žáka silně podnícena chuť k učení. Stejně tak aktuální je otázka aktivní účasti žáka při vyučování. Komenský tvrdí, že žáku přísluší práce, učiteli řízení. Jedinou možností kvalitní výuky je, aby se všemu vyučovalo příklady, poučkami a jejich používáním nebo napodobením., jinými slovy, aby se učebný materiál přednášel žáku před oči, přednesený vysvětloval a on, aby se snažil vysvětlenou a pochopenou látku vyjádřiti novou představou, až by jí uměl vyjádřiti. Všemu se vyučuje a učí příklady, ukázkami a cvičeními. Velmi důležitý je i další bod: Nechť je mezi vším, čemu má býti vyučováno, trvalá souvislost. Další věty se týkají uspořádání učiva: Snadnému se učíme snadněji, nesnadnému nesnadněji. V hromadě věcí, kterým se musíme učiti, jsou vždy některé snadnější než druhé. Vždy tedy (v hromadě věcí, kterým se musíme učiti) je nutno začínati od snadnějších a postupovati k nesnadnějším. Pro používání multimédií ve výuce je jistě zajímavé konstatování, že čím větším počtem smyslů se vtiskne nějaká představa do duše, tím jistěji se s ní seznamujeme a pevněji si ji podržujeme. Rozumová znalost věcí obsahuje tři složky: pochopení, rozsuzování a zapamatování. Pochopení je poznání toho, jaká je ve své vnitřní stavbě věc, které smysly porozuměly zvenčí. Posudek jest úvaha o věci, zda jest náležitá. Paměť je uschování pochopené a posouzené věci pro budoucí použití. Znáti příčiny věcí znamená znáti podstatu věcí. Musíme přihlížeti k tomu, aby vše, čemu se vyučuje, bylo průhledně pravdivé. Musíme se starati o to, aby vše, čemu se vyučuje, bylo přijímáno s pozorností. Musíme pečovati o to, aby vše, čemu se vyučuje, bylo chápáno nejdříve jako celek, potom po částech, po pořádku a odděleně. 6

8 Části každé věci mohou a také bývají ukazovány, prohlíženy a poznávány trojím způsobem: 1. rozbíráním (analysa) 2. skládáním (synthesis) 3. srovnáváním s jinými (synkrinis) Metoda analytická, synthetická a synkrinická musejí býti nezbytně spojeny tam, kde se požaduje úplné poznání věcí. Na závěr ještě několik krátkých a jasných konstatování, na která je třeba při výuce i tvorbě výukových materiálů pamatovat. To, co se má svěřiti paměti, budiž uspořádáno. První vtisknutí představy nejlépe utkvívá. Vtisknutá představa, učiněná bezprostředně z věcí samých, je nejlepší. Opakování je protilékem zapomínání. Zapisování je pokladnicí opakování. Pochopení věci ať jakékoli - je světlem paměti. Poslední zajímavá věc zvláštní připomenutí k tomu, jak vyučovati rychle, příjemně a důkladně. Stálé příklady napomáhají velice rychlosti, jasné poučky napomáhají velice příjemnosti a nepřetržité použití důkladnosti. 2.2 Technologické teorie vzdělávání Na konci dvacátého století, kdy se ukázalo, že počítač je použitelný ve školní výuce, se rozvinula řada pedagogických teorií zabývajících se problémem výuky s použitím počítače. Příkladem jsou hypermediální teorie, které vznikly na základě zkušeností s používáním médií pro výuku. Prvním zdrojem jejich inspirace byla teorie komunikace, jejíž počátky lze nalézt už ve třicátých letech dvacátého století. Pedagogická komunikace je chápána jako činnost, která má být systematizována a zefektivněna. Druhým zdrojem byla kybernetika. Pedagogická kybernetika chtěla vědecky studovat vztahy mezi procesem vyučování a jeho účinky na učení. Na vzdělávání se nahlíželo jako na skutečnou technologii automatizace učebních procedur, uskutečňovaných pomocí algoritmů. Na konci šedesátých let se začaly vytvářet informační programy pro výuku. Postupně byly vytvořeny i programy, které se dokázaly žákovi přizpůsobit. Otevřela se široká paleta možností organizace výuky, která je v [2] klasifikována takto: kurikulum je zcela strukturováno do jednotlivých cvičení žák má plnou kontrolu nad systémem žák nebo systém kladou otázky a jeden či druhý odpovídá na způsob sokratovského dialogu žák formuluje hypotézy a počítač vytváří simulace, které pomáhají hypotézy ověřit nebo vyvrátit počítač zadá problém a pomáhá ho vyřešit počítač analyzuje řešení, například metodou případových studií počítač je průvodcem žáka, který reaguje na jeho aktivity, ať už je jejich povaha jakákoliv počítač vykonává diagnostickou funkci - odhaluje a analyzuje žákovy omyly 7

9 žák klade otázky a počítač mu odpovídá, přičemž podává příslušná vysvětlení Třetím zdrojem pro hypermediální tendence jsou psychologické teorie chování a procesů poznávání. Hlavní principy pro uspořádání hypermediálního prostředí jsou následující [2]: Rozmanitost interakcí tj. vytvoření co nejširší škály možností komunikace mezi počítačem a studentem; př. počítač produkuje automaticky problémy k výuce nebo hodnocení; analyzuje omyly žáka a přináší řešení; předává obsahy; nabízí zpětnou vazbu; klade žákovi otázky a přizpůsobuje se jeho vlastnostem. Vytváření otevřených modelů prostředí vychází ze žáka, nikoliv z učební látky; má rychle reagovat na studentovy požadavky. Prostředí nezávislé na předávaných obsazích napřed se vybuduje prostředí, teprve potom se naplňuje obsahem. Kooperativní výuka snaha integrovat do výuky příležitosti k sociální spolupráci (interakce mezi učitelem a studentem nebo mezi několika studenty najednou). Multimediální prezentace informací schopnost vysvětlit jedno téma více způsoby; student může kdykoliv žádat o vysvětlení v kterékoliv formě. Technologická teorie má však jeden zásadní problém: učitel nemá kontrolu nad vzdělávacím procesem. 2.3 Výhody multimédií ve vzdělávání Důvodem pro zaváděním multimédií do vzdělávání byly samozřejmě jejich výhody proti klasickým postupům. Učitelé si uvědomovali, že všichni žáci nejsou stejní a způsob učení, který vyhovuje jednomu, nemusí vyhovovat jinému. Např. [3] rozeznává tři základní typy studentů. První z nich, vizuální typ, je nejlépe stimulován tím, co vidí. Druhý typ, posluchačský, nejraději přijímá informace poslechem. A konečně třetí typ, taktický, preferuje výrobu modelů, laboratorní práce, hraní rolí apod. Jelikož asi šedesát procent studentů patří k vizuálnímu typu, je užití multimédií k podpoře tradičního vzdělávání velmi výhodné. Tito studenti si z multimediální prezentace dokáží mnoho odnést. Výhody užití médií ve výukovém procesu shrnuje [3] do čtyř bodů: 1. multimédia pomáhají našemu učebnímu procesu (užití různých způsobů komunikace učiní hodinu dynamičtější) 2. hodiny jsou interaktivnější (například v laboratorních cvičeních se může pracovat s virtuálními objekty a provádět s nimi experimenty, které nelze udělat ve skutečnosti) 3. hypertext usnadňuje lidem učení 4. hypertext podporuje propojování poznatků (pomocí odkazů se dá přeskakovat jinam) Jsou tu ovšem i problémy. Zejména při procházení textu studenti jen pasivně klikají na odkazy. Učitel by měl ukázat správnou a aktivní navigaci uvnitř dokumentu. 8

10 3 Zahraniční zkušenosti s moderními metodami výuky 3.1 Projekt univerzity v Gentu Univerzita v belgickém Gentu prosazuje už od počátku devadesátých let moderní přístupy k výuce fyziky. Důvod pro odklon od tradičních postupů je jednoduchý zájem o fyziku pro nefyziky začal dramaticky klesat a byla též redukována určená hodinová dotace. Ke zmírnění dopadů tohoto opatření vytvořili pracovníci CRIPE (Centre for Research and Innovation in Physics Education) učební prostředí na bázi webu, nazvané Phys4All ([4]). Toto prostředí nejen využívá výhod moderní techniky, ale obsahuje i množství pedagogických přístupů, které mají studentům usnadnit učení. Jeho základní vlastností měla být podpora aktivních a konstruktivních osvojovacích procesů u studentů, stejně jako se musí pokoušet rozvíjet aktivnější strategie učení u pasivních čtenářů. S touto myšlenkou začalo vytváření prostředí Phys4All v roce Hypermédia částečně vyhovují různým učebním stylům. Ve výuce fyziky se učební styly dají rozdělit podle několika kritérií: vedený/nezávislý, abstraktní/konkrétní a geometrický/algebraický. Studenti si musí vytvořit různé metody porozumění a zvládnout též přechody mezi nimi, například od rovnice ke grafu, od grafu ke slovnímu popisu, od tabulky ke grafu apod. Musí umět používat algebru i geometrii a umět plynule přecházet mezi konkrétním a abstraktním. Na internetu dnes existuje značné množství učebních materiálů, ale většina z nich stojí samostatně a není integrována do nějakého uceleného prostředí. Naopak, existující prostředí jsou primárně orientována na text. Na trhu byly i komerční nástroje pro vytváření prostředí, ale autoři [4] uvádějí, že nebyly vhodné pro jejich potřebu. Vytyčené požadavky na prostředí byly následující: musí být možno snadno vložit již existující materiály musí od učitele vyžadovat minimální údržbu musí vytvářet materiály pro studenty ve formě publikovatelné na webu. Nakonec byla zvolena databáze pro vkládání a výstup ve formě html stránek pro studenty. Díky tomu se daly ihned využít materiály, které byly k dispozici v papírové formě. Počátečním cílem projektu bylo optimálně spojit moderní technologie (ICT) s tradičním přístupem. Jelikož na straně studenta je potřeba jen prohlížeč, nepředstavuje tato forma pro studenta žádné dodatečné náklady. Neméně důležitou věcí je skutečnost, že student prohlížeč dobře zná a umí s ním zacházet. Z předchozích zkušeností totiž plyne, že studenti velmi neradi využívají nová, neznámá prostředí, byť jakkoli dobře udělaná. Díky své různorodosti je studium v tomto prostředí motivující i pro méně dobré studenty, kteří jinak předčasně odpadají. Je nutno také podotknout, že ačkoli jednotlivé webové komponenty mohou být použity i pro distanční vzdělávaní, docházka na univerzitu, kde jsou studenti obklopeni prostředím nasyceným fyzikou, je nenahraditelná. A co konkrétně obsahuje učební prostředí? Je vybudováno na serveru Windows Databáze je vytvořena programem FileMakerPro, který dokáže výborně vytvořit konečné www stránky bez dalších zásahů. K materiálům je možno se dostat ve třech hlavních přístupových módech instruktor, student a veřejnost. 9

11 Instruktor má přístup do všech částí prostředí a může vkládat materiály. Může též kontrolovat výsledky studentů, kdy chce, což je výhodou zvláště pro ty učitele, kteří používají metodu JiTT ([5]). Dají studentům před přednáškou otázky a na základě jejich odpovědí se pak při přednášce zaměří na specifické problémy. Databáze obsahuje i veškeré informace o studentech osobní údaje, postup studia a způsob řešení úloh. Student dostane na začátku školního roku své heslo, se kterým se dostane k přesně vymezeným materiálům. Má k dispozici databázi, která obsahuje všechny druhy otázek a kterou může používat i na self-testy. Je též používána i pro jeho hodnocení. Otázky mohou být zadávány náhodně, všechny výsledky studentů se ukládají a učitelé je mohou kontrolovat. Dále je studentům přístupná databáze studentských FAQ (frequently asked questions), vytvořená na základě jejich ových dotazů. Poslední přístupový mód je určen široké veřejnosti. Na webové stránce lze najít tu část materiálů, která je volně přístupná (obr. 3.1, 3.2). Zde lze většinu věcí prohlížet i stahovat; nevýhodou pro cizince je jen to, že skoro všechny materiály jsou v holandštině. Obrázek 3.1: Úvodní stránka kurzů fyziky univerzity v Gentu 10

12 Obrázek 3.2: Nabídka apletů s fyzikální tematikou na webu univerzity v Gentu Velký důraz je též kladen na vnější podobu prostředí. Materiál je na obrazovce počítače uspořádán tak, aby přitahoval pozornost studenta k tomu nejdůležitějšímu. Každá lekce je rozsekána na drobnější kousky tak je zabráněno kognitivnímu přepracování studenta, učení je snadnější a motivace vyšší. Délka každého kousku je jedna, maximálně dvě obrazovky při rozlišení 800x600 bodů. Studentům je doporučeno, v jakém pořadí mají materiály procházet, ale mohou si zvolit i vlastní cestu. K motivaci studentů a vzbuzení jejich zájmu jsou používány základní koncepční otázky z dané oblasti fyziky. Ve všech modulech jsou také specifikovány požadované předchozí znalosti a poskytnuty odkazy na jiné fyzikální www stránky. Aby se studenti v prostředí neztráceli, pomocí Java scriptu se na každé stránce generuje navigační strom (obr. 3.3). Uživatel tak vidí, kde se zrovna nachází. Na základě požadavku studentů je k dispozici i tištěný materiál, který obsahuje základy učiva celého kurzu. Hypertext se od klasické knihy liší tím, že student je aktivním účastníkem děje, nikoli jen pasivním konzumentem předkládaných informací. Prostředí obsahuje nejen texty a standardní zvukové a obrazové soubory, ale i Physlety jednoduché java aplety, které přibližují dynamické jevy daleko lépe než zdlouhavý popis nebo obrázek (viz dále). Závěry z užívání prostředí Phys4All jsou potěšující: výsledky studentů u zkoušek se proti dřívějšku významně zlepšily. Všichni studenti materiál pravidelně používali. Studenti navíc mají na moderní fyziku lepší náhled než dříve; soudě podle počtu ústních i ových dotazů, zvýšil se i jejich zájem o fyziku. 11

13 Obrázek 3.3: Navigační strom tématu Elektromagnetické vlny 3.2 Physlets V devadesátých letech byly na Davidson College v USA vyvinuty jednoduché Java aplety, které dostaly název Physlets Physics applets [6]. Jsou to malé, flexibilní aplety, které mohou jednoduše tvořit součást www stránek. Jelikož jsou malé, je možné je stahovat i s pomalým připojením k internetu, díky jejich flexibilitě s nimi lze zase pracovat prakticky ve všech prohlížečích. Mají všechny tři vlastnosti, které musí mít efektivní počítačová simulace. 1. Jsou autentické zobrazují reálnou situaci. Studenti mohou látku vyučovanou s jejich pomocí jednoduše pochopit. 2. Jsou adoptovatelné učitel je může snadno zařadit do výuky a student se je snadno naučí ovládat. 3. Jsou adaptabilní dají se poměrně snadno modifikovat a nastavit přesně tak, jak vyučující chce. Jsou schopny pracovat v různých prostředích a prohlížečích. 12

14 Obrázek 3.4: Část seznamu Physletů ke stažení na stránkách Davidson College V [6] je též rozebráno, čím počítačové simulace obohacují výuku. Zde je uvedeno několik aktivit, při kterých mohou být simulace efektivně používány. 1. Simulace pomáhají studentům pochopit přechody mezi různými reprezentacemi reality (př. slova, rovnice, grafy, diagramy, tabulky, vektorová pole, ). Studenti často mají těžkosti nejen s jejich vytvářením, ale i se souvislostmi mezi nimi. Animace může převádět jeden typ reprezentace na jiný a významně tak studentům pomoci s rozvojem jejich schopností používat jednotlivé reprezentace. 2. Simulace pomáhají studentům porozumět rovnicím a vztahům mezi měřeními. Studenti často nahlížejí na soustavy rovnic jen jako na cestu, jak jejich řešením získat nějaká čísla. Ale rovnice ve fyzice ukazují vztahy mezi různými pozorováními a měřeními. Změnou parametrů simulace může student pozorovat výsledek těchto změn, což může významně obohatit jeho náhled na roli rovnic ve fyzice. 3. Simulace mohou studentům pomoci ve vytváření mentálního modelu fyzikálního systému. Někdy studenti nejsou schopni představit si a vytvořit souvislosti mezi tím, co čtou ve skriptech, co slyší na přednášce a co se dozví z dalších zdrojů. Učí se střípky, ale uniká jim ucelený obraz. Ve fyzice má mnoho z těchto ucelených obrazů charakter mentálního modelu představy interagujících objektů, které mají jisté vlastnosti a měřitelné charakteristiky. Simulace vytvoří obraz, který tyto vlastnosti ukáže a pomůže tak studentům ve vytváření vlastního mentálního modelu. 13

15 4. Simulace podporují aktivní učení studentů. Bylo již mnohokrát ukázáno, že studenti se učí mnohem efektivněji, když mají učení pod svou kontrolou. Užitím simulací může student zákonitosti objevovat sám, což k aktivnímu učení významně přispívá. 5. Simulace může sloužit studentům jako objekt, na kterém si mohou látku vzájemně vysvětlovat. Výzkumy ukazují, že studenti si dokáží navzájem vysvětlovat problémy velmi dobře. Dva až tři studenti, ve skupině odpovídající na otázky se simulacemi, mohou tedy vytvořit velmi efektivně pracující tým. Několik desítek již hotových Physletů je možné stáhnout na webových stránkách Davidson College [7] (obr. 3.4). Jejich šíření pro nekomerční použití je volné. V [8] se popisuje jejich didaktické použití. 3.3 Just in Time Teaching Just in Time Teaching (JiTT) je moderní výuková metoda vyvinutá rovněž na Davidson College ([5]). Tento pedagogický přístup je vybudován na spojení high-tech a low-tech elementů. Základem high-tech čáti je World Wide Web, který je používán jako zdroj multimediálních materiálů pro studenty a kromě toho slouží i jako prostředek pro elektronickou komunikaci mezi studenty a školou. Na straně low-tech je kladen důraz na prostředí ve třídě, kde se rozvíjejí osobní vztahy a vazby mezi studenty a učiteli a mezi studenty navzájem. Klíčovým elementem je zpětná vazba mezi činnostmi prováděnými přes Web a aktivitami ve třídě. Jak již bylo řečeno, JiTT zahrnuje dvě důležité složky: aktivní učení ve třídě a užívání technologických zdrojů na podporu učení a vyučování. Jeden z přístupů k aktivnímu učení je nazýván interactive engagement. Důležité je, aby byl tento přístup aplikován ve všech částech kurzu a tyto části byly mezi sebou propojeny. Neméně důležité je dobře motivovat studenty, aby brali tento způsob výuky vážně. Rád bych zde zmínil několik konkrétních příkladů uplatnění tohoto přístupu v praxi. Peer Instruction (Mazur, 1996) Při tomto přístupu je čas ve třídě stráven tím, že se studenti pokouší porozumět fyzice zodpovídáním otázek typu multiple-choice (otázky s mnohonásobným výběrem odpovědi). Učitel předloží studentům otázku z látky, která dosud nebyla probrána, a nechá jim čas na individuální odpověď. Potom mu studenti, buď přímo nebo elektronickou cestou, odevzdají svá řešení. Třída je následně informována o skladbě odpovědí a na několik minut se rozvine diskuze o problému. Učitel pak má stručný výklad k otázce, přičemž se zaměří na označení nesprávných odpovědí a na důležité body vedoucí ke správnému řešení. Je užitečné, když si učitel včas připraví vhodné dotazy pomocí JiTT. Workshop Physics (Laws, 1991) Metoda je založena na výzkumu. Studenti mají mnoho vlastních výzkumných aktivit, dělají kvantitativní pozorování fyzikálních jevů, sběr a analýzu dat a laboratorní měření, problémy modelují a řeší. Typický průběh výuky je takový, že student napřed pozoruje nebo experimentuje s problémem a pak vytváří model, který pozorování vysvětluje. Heslem tohoto přístupu je, že studenti se učí fyziku tím, že ji dělají. Tutorial-based instruction (McDermott, 1991) Základem této metody jsou připravené pracovní listy, se kterými studenti pracují v malých skupinkách. Instruktor je obchází a diskutuje s nimi tam, kde je to třeba. 14

16 Klíčem k úspěchu metody jsou dobře připravené pracovní listy a zkušení instruktoři. Aktivity ve třídě se u JiTT dají rozdělit do dvou základních kategorií The Interactive Lecture a The Collaborative Recitation. The Interactive Lecture Studenti dostanou v dostatečném předstihu před hodinou otázky ( Warm Up Exercises, viz dále) a elektronicky na ně odpoví. Průběh vyučovací hodiny je pak určen těmito odpověďmi, učitel vysvětluje nejasnosti a studenti diskutují. Použití Webu rozhodně nešetří čas učitele, ale zvyšuje počet studentů aktivně zapojených do výuky. Role učitele je zde naopak ještě důležitější než v tradiční výuce. Cílem tohoto přístupu je povzbudit studenty k řádné přípravě na hodinu a pomoci učiteli najít problémy žáků. Snahou je vybudovat interaktivní prostředí ve vyučovací hodině a pomoci žákům vytvořit si potřebu vědět. The Collaborative Recitation Na začátku vyučovací hodiny je minut věnováno shrnutí domácího úkolu, přičemž důraz je kladen na základní myšlenky, které jsou společné pro více úloh, a na řešení technických problémů. Nejsou probírána detailní řešení. Potom studenti pracují ve skupinkách po dvou až čtyřech lidech na řešení neznámých úloh, se kterými se ještě předtím nesetkali. Každá ze skupin píše své řešení na jednu z tabulí, které jsou po obvodu místnosti. Sousední skupinky spolu mohou volně diskutovat, mezitím obchází několik učitelů a opět diskutují se studenty. Metoda vytváří úzkou vazbu mezi fakultou a studenty, vztahy s učiteli jsou bližší, studenti se neostýchají pokládat otázky, odpovídat na ně a komunikovat. Webová část JiTT pomáhá studentům připravit se na hodinu a myslet i mimo rozsah látky kurzu. Web obsahuje učební materiály potřebné k přípravě studentů (materiály obsahují rovněž Physlety), on-line domácí úkoly a prostředí pro předávání informací studentům a komunikaci s nimi a mezi nimi. Učební materiály obsahují množství otázek motivovaných tím, co se studenti mají naučit. Nenásilnou formou je uvádí do technických termínů a konfrontuje jejich představy se skutečností. Studenti by měli poznat, že jejich chápání slov a myšlenek může být nesprávné nebo neúplné. Jejich představy jsou porovnávány s aktuálními poznatky a studenti si tak zlepšují pochopení učiva. Srdcem JiTT jsou tzv. Warm Up Exercises. Jedná se o úlohy, které studenti vidí poprvé. Řeší je v klidu doma a své výsledky posílají elektronickou poštou učiteli. Soubor odpovědí je podkladem pro hodinu. Učitel je přečte, žáci poznávají své odpovědi a diskutují o nich. Diskuze nemusí končit ani s koncem hodiny může pokračovat mailem mezi učitelem a určitým žákem. Od doby, kdy výuka probíhá tímto způsobem, se zvýšila účast na hodinách, takže se studentům tento způsob zřejmě líbí. Důležité také je, že chápání látky studenty se znatelně zlepšilo. WarmUps mohou obsahovat tři části: Essay questions jedná se o otázky z reálného světa, formulované běžným jazykem. Student si je musí přeložit, najít správnou odpověď a přeložit ji zpátky do běžného jazyka. Estimate questions otázka, ve které chybí nějaké důležité informace (konstanty apod.), které musí student dohledat jinde. 15

17 Multiple-choice questions distraktory ukazují studentům další možné (ale chybné) pohledy na věc a časté chyby. Jeden příklad otázky Warm Up: Výkon na rezistoru protékaném proudem I, mezi jehož svorkami je napětí U, je dán jako P = UI. Jestliže na rezistoru platí Ohmův zákon, U = RI, je výkon také dán vztahy P = I 2 R nebo P = U 2 /R. Znamená to, že výkon P je přímo úměrný R, nepřímo úměrný R, ani jedno z toho nebo obojí? Vysvětlete. Druhou částí webu JiTT jsou obecně položené otázky Puzzles. Svým pojetím tyto otázky mohou přesahovat vymezenou látku. Mají sloužit k zopakování již probraného učiva. Příklad: Už pravděpodobně víte, z knih a díky řešení úloh na pohyb střely, že střela má maximální dolet při elevačním úhlu 45. To je pravda v případě, že místa výstřelu i dopadu jsou ve stejné výšce. Co když je ale místo dopadu níže než místo výstřelu? Je optimální úhel stále 45? Jestliže ne, je to více? Méně? Třetí částí jsou úlohy s Physlety. Student musí například získat data potřebná pro řešení úlohy ze simulace. Tyto úlohy jsou blíže reálným experimentům. Čtvrtou část tvoří rozšiřující materiály. Stránky obsahují množství informací fyzikální novinky, vysvětlení zajímavých jevů,, historický vývoj fyzikálního poznání, technologie a přístroje používané v reálném životě a další. Fungují zde stránky nazvané What is Physics good for?, které obsahují výklad praktických problémů a cvičení k nim. Pátou částí jsou informační a komunikační stránky, které zabezpečují komunikaci mezi studenty a fakultou i mezi studenty navzájem, jejich prostřednictvím je možno vznášet dotazy, podávat návrhy apod. Poslední důležitou složkou jsou on-line domácí úkoly. Dělí se na dvě skupiny, exercises (příklady na procvičování, podobné se už počítaly při hodině) a problems (dosud neznámé úlohy). V zadáních úloh se automaticky generují náhodná čísla. Studenti tak nemohou od sebe přímo opisovat výsledky (i když mohou samozřejmě sdílet postupy). Do daného data se student může pokoušet o řešení tolikrát, kolikrát chce. Automatický systém zajišťuje okamžitou zpětnou vazbu a vrátí špatná řešení, ale nepenalizuje je. Student nezná výsledek úlohy, nemůže tedy zkoušet řešit způsobem kombinace známých čísel. A jak konkrétně vypadá vyučovací hodina s použitím JiTT? Předně, učitel musí mít velice dobře rozvržen čas hodiny, mít připravené statistiky odpovědí studentů na otázky WarmUps a musí se snažit aktivně zapojit do hodiny maximum studentů. Je možné samozřejmě klást konkrétní otázky i jen jednomu studentovi, ale je třeba mu nechat dostatek času na rozmyšlenou. Nebo může být otázka položena všem a studenti o ní v malých skupinkách diskutují. Podnětem k diskuzi může být i experiment. Po zhodnocení domácích úkolů řeší malé skupinky studentů obtížnější úlohy, které jsou podobné jako úlohy v domácích úkolech, ale studenti musí používat i starší znalosti. Učitel prochází mezi nimi a naslouchá, ale zasahuje jen tam, kde nevidí vůbec žádný postup, nebo na požádání. Řešení jedné takové běžné úlohy (2-3 úrovňové) trvá cca. 40 minut. Skupiny schopnějších studentů je samozřejmě třeba zaměstnat ještě navíc, aby se nenudily. 16

18 4 Příklad kurzu Konkrétním příkladem kurzů, které hojně využívají webových materiálů a výše uvedených prvků, jsou kurzy na Davidson College, kde vzniklo JiTT i Physlets (obr. 4.1)[9]. Obrázek 4.1: Úvodní stránka souborů kurzů na Davidson College Za všechny zde uvedu kurz fyziky profesora Wolfganga Christiana [10]. Kurz probíhá prezenčně třikrát týdně, vždy 50 minut. Jeho webová stránka obsahuje všechny potřebné informace organizaci kurzu, povinnou literaturu, sylabus,.... Každému týdnu je pak věnována jedna stránka, kde jsou vždy vyvěšena organizační oznámení, specifikován stránky v povinné literatuře, s jejichž obsahem se mají studenti seznámit, popsány provedené pokusy, zadána JiTT otázka (později se objeví i její řešení) a zadán domácí úkol (viz obr. 4.2). Speciální stránky jsou věnovány laboratorním pracím. Všude je hojně používáno Physletů viz obr

19 Obrázek 4.2: Stránka věnovaná jednomu týdnu jednoho z kurzů profesora Christiana Obrázek 4.3: Zadání úlohy s využitím Physlets 18

20 5 Hodnocení multimédií Multimediálních materiálů s nejrůznějším obsahem neustále přibývá. Je samozřejmé, že všechny nejsou stejně dobré. Na web lze umístit úplně cokoliv a většina stránek není kromě svého tvůrce nikým systematicky kontrolovaná. Jak poznat, který materiál je kvalitní a který nikoliv? A podle čeho je vůbec hodnotit? Ve snaze zodpovědět tyto i další navazující otázky se jedním z hlavním témat mezinárodního workshopu Multimedia in Physics Teaching and Learning, který se konal v září 2003 v Praze, stalo hodnocení multimédií. Na workshopu osobně vystoupili vedoucí představitelé dvou organizací, které se hodnocením multimédií zabývají Hans-Jörg Jodl z univerzity v Kaiserslauternu v Německu a Bruce Mason z USA. Profesor Jodl je důležitým členem organizace EUPEN (European Physics Educational Network), profesor Mason pak MERLOT (The Multimedia Educational Resource for Learning and Online Teaching). V následujícím textu se pokusím rozebrat přístup těchto dvou organizací k hodnocení multimédií a konkrétní kritéria, podle kterých se postupuje. 5.1 EUPEN Jakým způsobem hodnocení u EUPEN probíhá? Celý proces se skládá ze čtyř kroků [11]. V první řadě je třeba vytvořit seznam kritérií, podle kterých se bude hodnotit. Následuje dohoda hodnotitelů o standardech a jako třetí probíhá hodnocení jednotlivých multimediálních materiálů podle těchto kritérií a standardů. Čtvrtým a posledním krokem je vytvoření závěrů a vydání doporučení. Konkrétně třetí krok vypadá následovně: jednotlivé materiály dostanou přiděleny k hodnocení jednotliví členové týmu. Každý materiál přitom hodnotí minimálně dvě osoby. Výsledkem jsou obecné připomínky a vybrání několika (velmi málo) prací, které jsou jako výborné doporučeny k použití ve školách. Velmi zajímavý je seznam kritérií, podle kterých se hodnotí [11]. V hodnocení jsou tři důležité kroky. První z nich zahrnuje otázku, zda je přístup k multimediálnímu materiálu dostatečně snadný a bezproblémový a jestli je podpořena ochota uživatele s ním pracovat. Je-li uživatel hodnotitel stále motivován, přechází se k druhému kroku, kterým je prozkoumání obsahu. U třetího kroku se odhlíží od motivace i od obsahu a zkoumá se použití materiálu ve výuce, metody a výukové prostředí. Podrobněji představuje jednotlivé kroky tabulka 5.1. Motivace Příjemnost uživatelského prostředí Atraktivita Jasný popis účelu a pracovního úkolu Obsah Relevantnost Rozsah Správnost Metody Flexibilita Přiřazení cílové skupině Realizace Dokumentace Tabulka 5.1: Seznam hodnotících kritérií organizace EUPEN Nyní bych trochu podrobněji popsal jednotlivé body. Příjemnost uživatelského prostředí o Je snadné začít materiál používat? o Je design srozumitelný a mají obrázky uspokojivou kvalitu? 19

21 Atraktivita o Je funkce ovládacích prvků zřejmá? o Jsou softwarové požadavky jasné a adekvátní? o Je rozvržení (uspořádání) materiálu přitažlivé? o Je tu motivační úvod? o Jsou obsaženy interaktivní prvky? o Je téma zajímavé (odkazy na každodenní praxi, aplikace, vysvětlení jevů)? o Je materiál aktuální a doplňovaný? Jasný popis účelu a pracovního úkolu o Je účel materiálu zřejmý? o Ví uživatel, co se od něj očekává? o Jsou tu příklady, které může uživatel řešit, nebo problémy, nad kterými může přemýšlet? Relevantnost Rozsah Správnost Flexibilita o Je téma důležité? o Má smysl vůbec používat multimédia (například, je-li třeba představit nějaké dynamické procesy)? o Jde obsah do hloubky? o Je téma představeno v celé šíři (obsahuje obecné závěry i speciální případy)? o Je obsah věcně správný? o Jsou překládána zjednodušení? o Je materiál vhodný pro širokou cílovou skupinu (včetně uživatelů studujících samostatně)? o Je možné materiál používat v různých situacích při výuce? o Dovoluje materiál, aby bylo k tématu přistupováno z různých úhlů pohledu? Přiřazení cílové skupině Realizace o Je skutečnost rozumně didakticky zjednodušena? o Jsou vysvětleny odborné termíny? o Jsou cíle přiměřené? o Je celkový přístup vhodný k prezentaci látky a realizaci cílů daného materiálu? o Je typ multimédií volen rozumně (videa, simulace, animace)? 20

22 Dokumentace o Je obsluha zřejmá nebo alespoň dobře vysvětlená? o Jsou multimédia zřejmá sama o sobě nebo doplněná dodatečnými vysvětlujícími texty? o Jsou tu odkazy na další literaturu pro hlubší studium? o Jsou tu nějaké návrhy na použití materiálu ve výuce? Skupina EUPEN hodnotila několik set kurzů a materiálů dostupných na internetu z oblasti výuky optiky na středoškolské i univerzitní úrovni. Ukázalo se, že hodnocené materiály mají zejména následující vlastnosti: skoro všechny stránky jsou přístupné a obsahují pracovní materiály většinou nejsou stránky přitažlivé a navigace v nich je obtížná URL stránek jsou příliš dlouhé a tajemné několik stránek obsahuje obtěžující reklamy a pop-up okna jen málo stránek dovoluje volnou registraci většina stránek je jen souborem materiálů z jiných zdrojů často je špatný koncept výběru a doručování materiálů 80-90% stránek je zaměřeno na standardní témata (např. v optice Youngův pokus s dvojštěrbinou) mnohokrát není využito možností, které multimédia nabízí většina materiálů (95%) jsou aplety materiály jsou často příliš jednoduché a nepříliš poučné některé materiály jsou kvalitní, ale nelze je doporučit k samostudiu kvůli chybějícím návodným komentářům aplikace zabývající se technickými nebo biologickými jevy by mohly plně využívat potenciál multimédií mnohé produkty jsou elegantním řešením pro speciální použití (například pro použití svým tvůrcem nebo proškoleným učitelem), ale nemohou sloužit pro všeobecné použití většina multimédií je přinejlepším průměrné kvality kdo začíná vytvářet multimediální materiál, měl by se napřed podívat, jestli už něco podobného neexistuje zatím byly hodnoceny pouze materiály v anglickém jazyce; uvažuje se i o hodnocení materiálů v dalších jazycích všechny stránky byly zkoumány za použití rychlého internetového připojení; při použití modemu se může projevit pomalé načítání v některých materiálech jsou obsaženy dobré myšlenky, které by měly být využity v nových produktech 5.2 NTNU Virtual Physics Laboratory Z celkem více než dvou set stránek hodnocených EUPEN bylo vybráno jako doporučeníhodných pouze pět. Jak takové stránky, které lze doporučit, vypadají? Abych 21

23 odpověděl na tuto otázku, rád bych se zde trochu blíže zmínil o jedné z nich, stránce NTNU Virtual Physics Laboratory [12], kterou vytvořil profesor Fu-Kwun Hwang z National Taiwan Normal University. Na hlavní stránce (obr. 5.1) nalezneme odkazy na 18 témat rozdělené do dvou skupin. První skupinou jsou fyzikální simulace, druhou pak jednoduché Java aplety. V každé skupině je látka rozdělená podle jednotlivých oborů fyziky (kinematika, dynamika, vlnění, termodynamika, elektromagnetismus, optika a různé; ve skupině obsahující jednoduché aplety je ještě zastoupena moderní fyzika). Zaměříme-li svou pozornost na elektromagnetismus, vidíme seznam konkrétních témat z této oblasti (obr. 5.2). Většina stránek obsahuje pouze jeden aplet a popis jeho funkce a ovládání (obr. 5.3); jen některé stránky obsahují i teoretický rozbor problému. U většiny stránek se také zobrazují poslané názory čtenářů. Na stránkách se lze zdarma zaregistrovat; pak je možné všechny aplety stáhnout pro offline použití - jsou zaslány jako soubory *.zip na zadanou ovou adresu; soubor obsahuje vlastní aplet i html stránku s popisem apletu. Kromě toho je též možné odesílat a editovat příspěvky a komentáře ke stránkám. Obrázek 5.1: Úvodní stránka NTNU Virtual Physics 22

24 Obrázek 5.2: Seznam témat v sekci elektromagnetismus Obrázek 5.3: Příklad konkrétní stránky základní funkce osciloskopu 23

25 5.3 MERLOT MERLOT přistupuje k hodnocení multimédií trochu odlišným způsobem [13]. Jeho recenze se sestává z následujících částí. 1. popis materiálu 2. základní vlastnosti (pro jakou úroveň je materiál určen, jak se používá) 3. stupnice 0-5 hvězdiček pro tři kritéria Dimensions (kvalita obsahu, snadnost použití, možná efektivita) a. 5 úrovní obecného hodnocení i. 5 Výjimečný materiál, který naprosto vyhovuje naprosté většině hodnotících kritérií. Velice užitečný zdroj pro výuku daného tématu. ii. 4 Velmi dobrý materiál, který je výjimečný v některých kritériích. Lze doporučit. iii. 3 Dobrý materiál, může být dobře použitý v kurzech. Je hoden pozornosti. iv. 2 Materiál s chybami, ale může být v jistých případech použit za předpokladu, že se o chybách ví a uživatel se jim vyhne. v. 1 Špatný materiál, nelze doporučit. vi. 0 Hodnocení je pojato jen jako komentář. Má jen informativní povahu, je neutrální. b. 5 úrovní pro každé kritérium Dimensions i. 5 Vyhovuje většině z hlavních hodnotících kritérií tak, že splňuje většinu jejich podkritérií. ii. 4 Vyhovuje většině z hodnotících kritérií tak, že splňuje u většiny 1-2 podkritéria. iii. 3 Vyhovuje dvěma nebo více kritériím a v žádném dalším není hodnocen vysloveně negativně. iv. 2 Je hodnocen negativně v jednom až dvou kritériích, ale v ostatních je hodnocen pozitivně. v. 1 Je hodnocen negativně v několika kritériích nebo velmi negativně v jednom až dvou. 4. silné a slabé stránky každého kritéria Dimensions 5. souhrnné komentáře 6. komentáře autora Recenze se zpracovává podle následujících kritérií (kritéria Dimensions ). 1. kvalita obsahu zkoumá fyzikální obsah materiálu, důležitost a úroveň prezentace materiálu a. Předkládá materiál věcně správné pojmy, modely a výsledky? 24

26 i. Pro materiály zabývající se výpočty: jsou číselná řešení správná a jsou v souladu s grafy a obrázky? ii. Pro materiály zabývající se kvalitativními úvahami: jsou závislosti správné (tj. při zdvojnásobíme-li vstupní hodnoty u lineární závislosti, zdvojnásobí se i výstupní hodnoty)? iii. Jsou texty správné a přesné? iv. Používá se přesně definovaného fyzikálního zápisu a dohodnutých konvencí? b. Předkládá materiál důležité fyzikální pojmy nebo modely? i. Zabývá se materiál klíčovými částmi fyzikálního vzdělávacího kurikula? ii. Jedná se o učivo, které je obtížné vyučovat nebo se učit? iii. Jedná se o učivo, které je nutné pro další studium obtížnější látky? iv. Je obsah unikátní, dosud nezpracovaný ve standardních databázích výukových materiálů? c. Pomáhá materiál rozvíjet koncepční porozumění fyzice? i. Používají se v materiálu různé přístupy k jednomu problému? ii. Prezentuje materiál originální přístup ke zpracovanému tématu? iii. Je materiál interaktivní, má student zpětnou vazbu? Uvidí, co se stane, jestliže změní vstupní parametry u problému? d. Používají se v materiálu efektivně obrázky a multimédia? i. Jsou obrázky atraktivní? ii. Ilustrují obrázky a média efektivně fyzikální veličiny? e. Je materiál flexibilní? i. Může být materiál používán k práci v mnoha různých fyzických systémech, nebo je použitelný jen k práci s jedním nebo několika málo fyzickými systémy? ii. Je možné nastavit počáteční stav systému a další důležité fyzikální parametry? iii. Je materiál modulární, tj. může být adaptován na různé fyzikální problémy? 2. snadnost použití pro učitele a studenty - zkoumá navigaci, dokumentaci a úsilí potřebné k používání materiálu ve třídě; je dán typ použití a. Funguje materiál pochopitelným způsobem? i. Je možno materiál zavést do standardního počítačového systému a spustit ho způsobem, který je pro zkušeného uživatele průhledný? ii. Může být materiál používán studenty s různou znalostí práce s počítačem a webem? iii. Jaká je očekávaná křivka osvojování znalostí pro studenty a fakultu? 25

27 iv. Ztratí se studenti v materiálu nebo budou zmateni při jeho používání? b. Je obecný vzhled a rozvržení materiálu konzistentní a intuitivní? i. Je design atraktivní a láká studenty k tomu, aby materiál používali? ii. Mají tlačítka, posuvníky a další prvky obvyklý význam a jsou funkční? iii. Dají se vstupní a výstupní elementy snadno pochopit, je možné s nimi jednoduše pracovat? c. Poskytuje materiál efektivní zpětnou vazbu? i. Jsou informace poskytovány způsobem, který je studentům důvěrně známý? ii. Jsou informace poskytovány graficky? iii. Je zpětná vazba okamžitá, probíhá v době, kdy uživatel pracuje s materiálem? d. Je materiál dokumentován a je v něm obsažen návod k použití? i. Obsahuje materiál fyzikální vysvětlení, rovnice a odvození? ii. Jsou dokumentace a instrukce vhodné a snadno pochopitelné? iii. Je zde interaktivní nápověda? iv. Je nutná technická podpora pro vyučující nebo studenty? v. Popsaly autoři možné technické problémy, které se mohou při používání vyskytnout? 3. možná efektivita materiálu jako výukového prostředku zdaleka nejobtížnější kritérium. Hodnotitelé se pokoušejí představit si nejlepší použití materiálu (tak, aby co nejvíce podporovalo učení). Způsob, jakým je materiál používán, a místo materiálu v kontextu kurzu je jasně stanoven v hodnocení, spolu s komentáři o dalších možných použitích (dobrých i špatných). a. Zlepšuje materiál schopnost učit se (u studentů) a vyučovat (u učitelů)? i. Demonstruje materiál efektivně fyzikální pojmy? ii. Je materiál poutavý a/nebo zábavný? iii. Povzbuzuje materiál studenty, aby věci zobecňovali nebo vytvářeli předpoklady? b. Podporuje a/nebo používá materiál efektivní strategie učení? i. Podporuje materiál aktivní práci studentů? ii. Pomáhá rozvíjet schopnost kritického myšlení? iii. Je materiál vhodný pro skupinové projekty? iv. Podporuje materiál vlastní objevy studentů? c. Může být materiál ihned integrován do fyzikálního kurikula? i. Vyhovuje materiál standardní prezentaci fyziky? 26

28 ii. Může být materiál používán se standardními učebnicemi a sbírkami úloh? iii. Doplňuje materiál podání učiva v klasických učebnicích? iv. Může být materiál integrován se standardními doplňujícími materiály (pracovní sešity, soubory testů atd.) d. Může být materiál používán různými způsoby? i. Existují způsoby použití, kterým materiál dobře vyhovuje (př. přednáška/výuka s demonstracemi, skupinové projekty, domácí úkoly, výukové programy ii. Existují způsoby použití, pro které materiál vyhovuje velmi špatně nebo vůbec? iii. Mohou být materiály použité během kurzu různým způsobem? e. Jsou výukové cíle snadno identifikovatelné? i. Jsou stanoveny specifické výukové cíle pro každou položku? ii. Jestliže nejsou explicitně stanovené, jsou výukové cíle pro položky snadno pochopitelné? iii. Mohou být položky použity k dosažení výukových cílů stanovených učitelem? iv. Existují doplňující materiály, které by mohly pomoci dosažení výukových cílů? MERLOT pořádá od roku 2002 každoročně soutěž o nejlepší materiál v jednotlivých vzdělávacích oblastech, z nichž jsou následně vybrány ty, které se stanou ukázkovými materiály pro všechny obory [14]. V úvodním roce 2002 vyhrál v kategorii Fyzika Wolfrang Christian s již zmíněnými Physlety [7]. O rok později byly úspěšné anglicko-francouzské stránky Applets for Quantum Mechanics od Manuela Joffrea [15], které představují soubor pěkných apletů s komentáři (obr. 5.4). Na stránkách není obsaženo nic jiného, ani otázky nebo cvičení. V roce 2004 byly v kategorii Fyzika oceněny stránky Rona Greena z University of New Orleans nazvané Physics Illuminations [16]. Jedná se o sbírku pěkných Java apletů s popisy, které ukazují různé způsoby reprezentace pohybů pomocí pohybových diagramů. Interaktivní položky poskytují okamžitou zpětnou vazbu. Matriály jsou rozděleny na pět témat kinematika pohybu po přímce, kinematika pohybu v rovině, dynamika, práce a energie, vektory (tato kapitola popisuje jednoduché matematické operace s vektory). Kapitoly jsou dále rozděleny na dílčí témata. Stránky mají jednotný vzhled a příjemné a jednoduché ovládání (obr. 5.5). Obsahují též testy, kde si student může vyzkoušet, nakolik látku pochopil (obr. 5.6). 27

29 Obrázek 5.4: Stránky Applets for Quantum Mechanics aplet Youngův pokus Obrázek 5.5: Stránky Physics Illuminations jedna z demonstrací 28

30 Obrázek 5.6: Stránky Physics Illuminations selftest 5.4 Ostatní organizace Kromě EUPEN a MERLOT existují i další oficiální organizace, které vytvořily svá kritéria pro hodnocení multimédií [17]. Z těch hlavních a oficiálních to jsou následující. EASA European Academic Software Award. Jedná se o soutěž pro tvůrce akademického softwaru organizovanou European Knowledge Media Association. Produkty se hodnotí podle obecných kritérií, hodnotících kritérií a jazykových kritérií. Všeobecná kritéria se zaměřují na formality (většinou technické), správnost a inovaci. Do hodnotících kritérií patří škála od designu a přenositelnosti až po pedagogiku a výzkum. A nakonec, z hlediska jazykového, musí být médium v angličtině nebo alespoň do angličtiny snadno přeložitelné. Nejdůležitější z těchto všech kritérií jsou ale technické aspekty. Media-prix. Jde rovněž o každoroční soutěž pro mediální projekty s didaktickým zaměřením pořádanou Die Gesselschaft für Medien in der Wissenschaft. Hodnocení projektů je třístupňové. Tzv. KO kritérium zahrnuje inovaci a správnost obsahu, product-oriented kritérium hodnotí didaktický přístup, příjemnost uživatelského prostředí a motivaci a process-oriented kritérium modularitu a stabilitu. Hodnocení probíhá podle standardizovaného systému a říká, jak dalece hodnocený produkt naplňuje citovaná kritéria. Databáze SODIS. SODIS je konsorcium institucí zabývající se médii ve spolkových zemích Německa, Rakouska i v dalších státech. Tato skupina vytvořila rozsáhlý seznam 65 kritérií pro hodnocení multimédií. Hlavními kategoriemi jsou profesionální a didaktické aspekty, didaktické aspekty média a technické aspekty. Každá kategorie je rozdělena na čtyři až šest bodů s až jedenácti otázkami ke každému bodu. Je vidět, že existuje více systémů hodnocení, každý se svými silnými i slabými stránkami. Jejich porovnáním lze zjistit, že jejich základní kostra je společná a obsahuje následující kritéria: 29