Web based dynamic modeling by means of PHP and JavaScript part II

Transkript

1 Web based dynamic modeling by means of PHP and JavaScript part II Jan Válek, Petr Sládek Pedagogická fakulta Masarykova Univerzita Poříčí 7, Brno

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 2

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 3

4 Modely HEJNOVÁ, E., Didaktika pro 2. st. ZŠ 1. díl, 2010 (str ) 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.) 4

5 Modely VACHEK, J., LEPIL, O., Modelování a modely ve vyučování fyzice, 1980 (str ) 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 5

6 Modely FENCLOVÁ, J., Úvod do teorie a metodologie didaktiky fyziky, 1982 (str ) 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. 6

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 7

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 8

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 9

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

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 11

12 Dynamické modelování Cílem není uživatelské využití vytvořeného programu, ale analýza fyzikální podstaty zkoumaného děje Přístupný web 12

13 Výzkumné šetření 13

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 , ISSN , /j.sbspro 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 14

15 Použité výzkumné metody Počet respondentů dotazníku za období leden - březen 2013 byl 109 (nyní ) 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? 15

16 Použité výzkumné metody Použité statistické nástroje χ kvadrát Znaménkové schéma kontingenční tabulky Stupně závislosti - Koeficienty kontingence 16

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. 17

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? 18

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) 19

20 Průběh a výsledky výzkumu 80% Computer-Equipped classroom with a projector, which is taught physics 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% yes no Vybavení škol ICT je na dostatečné úrovni a není překážkou pro nasazení DM do výuky fyziky 20

21 Průběh a výsledky výzkumu 70% 80% 60% 70% 50% 60% 40% 50% 30% 40% 20% 30% 70% 60% 10% 50% 40% 20% 30% 0% 50% 45% 40% 35% 30% 25% Frequency Age Frequency distribution of creation of use of computer teachers-model identical Age development models distribution of makers teachers-model depends makers on 80% environments length of at teaching university experience and in practice 70% Frequency of use of identical development environments at university and in practice 20% 15% 10% 5% 20% 10% 0% 0% At the university did Less not At least than one environment 1 develop in practice yes at the same university in 0% practice 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% years 39 years and over At the university did not At least one environment The environment is develop in practice 1-2 yes The environment years at the is 3-5 same years university 6-10 years in completely different 16 years to completely different to year the university and in practice the years university and and over in practice years 39 years and practice over 21

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) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Frequency of creation of computer models depends on length of teaching experience Less than 1 year 1-2 years 3-5 years 6-10 years years Frequency of use of identical development environments at university and in practice At the university did not develop in practice yes At least one environment at the same university in practice Age distribution of teachers-model makers years 39 years and over 16 years and over The environment is completely different to the university and in practice

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) 23

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 24

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 25

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: 26

27 Děkujeme za pozornost PhDr. Jan Válek Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání PdF MU Poříčí 7, Brno, ČR valek@ped.muni.cz doc. RNDr. Petr Sládek, CSc. Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání PdF MU Poříčí 7, Brno, ČR sladek@ped.muni.cz Telefon: