Pohledy na výuku fyziky objektivem videokamery: metodický postup a vybrané výsledky CPV videostudie

Pohledy na výuku fyziky objektivem videokamery: metodický postup a vybrané výsledky CPV videostudie 19. 3. 2009 Tomáš Janík, Petr Najvar Centrum pedagogického výzkumu PdF MU

Obsah prezentace 1. Přehled o výzkumu založeném na analýze videozáznamu výuky (videostudie) Literatura Videostudie TIMSS, IPN, LPS, DESI, CPV Aktuální vývoj 2. Videostudie jako výzkumný design fáze sběru, analýzy a vyhodnocení dat jak se dělá videostudie 3. Metodický postup a vybrané výsledky CPV videostudie fyziky 4. Možnosti a meze využití videostudií v pedagogickém výzkumu o CPV videoweb: tvorba učebního prostředí o Výzkum zaměřený na reprezentace obsahu

Obsah prezentace Prezentace se bude opírat o tyto publikace: JANÍK, T.; NAJVAR, P. Videostudie ve výzkumu vyučování a učení. Orbis scholae, 2008, roč. 2, č. 1, s. 7-28. http://www.ped.muni.cz/weduresearch/publika ce/0034.pdf JANÍK, T.; JANÍKOVÁ, M.; NAJVAR, P.; JANÍK, T.; JANÍKOVÁ, M.; NAJVAR, P.; NAJVAROVÁ, V. Pohledy na výuku fyziky na 2. stupni základní školy: souhrnné výsledky CPV videostudie fyziky. Orbis scholae, 2008, roč. 2, č. 1, s. 29-52. http://www.ped.muni.cz/weduresearch/publika ce/0035.pdf

(1) Uvedení do videovýzkumu

Videovýzkum: Monografie Mittenecker (1987). Video in der Psychologie Methoden und Anwendungsbeispiele in Forschung und Praxis Aufschnaiter, Welzel et al. (2001). Nutzung von Videodaten zur Untersuchung von Lehr- und Lernprozessen Knoblauch et al. (2006). Video Analysis: Methodology and Methods: Qualitative Audiovisual Data Analysis in Sociology Goldman et al. (2007). Video Research in the Learning Sciences Janik, Seidel et al. (2009). The Power of Video Studies in Investigating Teaching and Learning in Classroom Janík, Miková (2006). Videostudie: Výzkum výuky založený na analýze videozáznamu

Videovýzkum: technické zprávy Jacobs et al. (2003). Third International Mathemaics and Science Study 1999 Video Study Technical Report. Volume 1: Mathematics Seidel et al. (2005). How to run a video study: Technical report of the IPN Video Study Helmke et al. (2007). Die Videostudie im DESI- Projekt: Anlage, Ziele, Kameramanual Janík, Miková (2006). Videostudie: Výzkum výuky založený na analýze videozáznamu

Videovýzkum: výzkumné zprávy Stigler, J. W. et al. (1999). The TIMSS Videotape Classroom Study: Methods and Findings from an Exploratory Research Project on Eighth-Grade Mathematics Instruction in Germany, Japan, and the United States Hiebert, J., Gallimore, R., Garnier, K. et al. (2003). Teaching Mathematics in Seven Countries. Results from the TIMSS 1999 Video Study Roth, K. J. et al. (2006). Teaching Science in Five Countries: Results From the TIMSS 1999 Video Study Seidel, T. et al. (2006). Blicke auf den Physikunterricht. Ergebnisse der IPN Videostudie

Videovýzkum: výzkumné zprávy Clarke et al. (2006). Making Connections: Comparing Mathematics Classrooms Around The World Clarke, Keitel, Shimizu et al. (2006). Mathematics Classrooms in Twelve Countries: The Insider s Perspective Klieme et al. (2006). Unterricht und Kompetenzerwerb in Deutsch und Englisch. Zentrale Befunde der Studie Deutsch-Englisch- Schülerleistungen-International (DESI) Najvar et al. (2009). Opportunites to Learn across the Curriculum in the Czech Republic: The Results from the CPV Video Study Janík, Najvar et al. (2008). Videostudie ve výzkumu vyučování a učení. Monotematické číslo Orbis scholae

TIMSS 1995 Stigler et al. 1999 TIMSS 1999 Hiebert et al. 2003 Roth et al. 2006 Videostudie IPN Seidel et al. 2006 Cíl Účast Vzorek Obory to provide a rich source of information regarding what goes on inside eighth-grade mathematics classes in Germany, Japan, and the U.S. to provide national-level pictures of teaching to investigate and describe teaching practices in eighth-grade mathematics and science in a variety of countries to analyse teaching and learning in Physics USA, Japan, Germany Australia, Czech Republic, Honkong, Netherlands Switzerland, USA, Japan 231 lessons Mathematics 638 lessons of mathematics 439 lessons of science Mathematics, Science Germany 178 lessons Physics

LPS Clarke et al. 2006ab Cíl Účast Vzorek Obory to analyse teaching and learning Australia, China, Czech Republic, Philipines, Hong Kong, Israel, Japan, South Africa, South Korea, Germany, Singapore, Sweeden, USA at least 30 lessons in every country; i.e. more than 390 lessons Mathematics DESI to describe everyday Germany 105 classes English as a Klieme et al. 2006 lessons, to analyse verbal communication within classrooms second language CPV Najvar et al. 2009 to document and describe everyday teaching, to carry out cross-curricular comparisons of teaching and learning Czech Republic 249 lessons Physics, Geography, English, Physical Education

Vývoj v oblasti videovýzkumu 1. Etnography focused etnography videography (Knoblauch 2006) 2. Od mezinárodně srovnávacích video surveys k výzkumu výuky založeném na videozáznamu (Pauli, Reusser 2006). Od povrchových struktur k hloubkovým strukturám (Seidel et al. 2006) Zohlednění žákovské perspektivy The Insider s Perspective LPS: Lerner Perspective Study (Clarke et al. 2006) Od popisu výuky k vysvětlení školního vyučování a učení videoanalýzy opřené o model nabídkavyužití (Helmke et al. 2007; Janik, Seidel et al. 2009) Propojení didaktického a kurikulárního výzkumu

Entwicklung (1) videography (Knoblauch 2006) Videography: proud etnografického výzkumu, který využívá video, analýzy lidského chování a jednání v sociální prostředí Videography: kombinace zaměřené etnografie s videem jako mikroskopem sociálních věd Etnografie by vždy měla předcházet využívání a analýze videozáznamu (Corsaro 1981) Etnografie se zaměřuje na sociální skupiny a sociální instituce, videografii více zajímá konkrétní jednání, interakce a sociální situace. Videografie si neklade za cíl postihnout velké sociální struktury (vesnice, města), zaměřuje se spíše na části (struktury a vzorce interakcí) Období sběru dat je ve videografii zpravidla kratší avšak zato intenzivnější

Vývoj (2) od popisu k vysvětlení Videostudie neslouží pouze k popisu výuky, ale také k vysvětlení účinků (efektů) vzdělávání. Do jaké míry mají určité aspekty kvality výuky vliv na nárůst výkonů či motivace žáků? Opora o modely nabídka-využití. Videostudie v kombinaci s dalšími metodami (testy, dotazníky).

Vývoj (2) od popisu k vysvětlení Helmke et al. 2007

(2) Videostudie jako výzkumný design

Plánování a realizace videostudie Vzorek Pořízení VZ Transkripce Kódování Prezentace dat Příprava Sběr dat Analýza dat Vyhodnocení

Data collection Data analysis TIMSS 95 1 teacher camera Mathematical content of lessons Organisation of instruction Processes of instruction TIMSS 99 IPN 1 teacher camera 1 whole-class camera 1 Lehrerkamera 1 Klassenkamera Structure of the lesson Mathematical content of the lessons Instructional practices Similarities and differences across seven countries Muster der Unterrichtsorganisation (Unterrichtsformen, Unterrichtsphasen) Zielorientierung, Begleitung des Lernens, Aufgreifen von Schülervorstellungen/Umgang mit Fehlern, Rolle der Experimente

LPS DESI CPV Data collection 1 teacher camera 1 whole-class camera 1 camera aimed at selected pupils 1 Lehrerkamera 1 Klassenkamera 1 teacher camera 1 whole-class camera Data analysis Verbal interaction, Mathematical norms, Repetition, Role of Seatwork, Motivational strategies, Learning tasks Aspekte der Unterrichtsqualität (Umgang mit Fehler, Effizienz der Klassenführung) Vermittlung der kulturvergleichenden Thematik Opportunities to learn Modes of classroom organisation Phases of the lesson Didactic tools and media Opportunities to talk

EXKURS: CPV videostudie Zachytit a zdokumentovat procesy vyučování-učení tak, jak se odehrávají ve školní třídě Realizovat empirickou analýzu na základě dobře zdokumentované skutečnosti Videozáznamy 249 vyučovacích hodin Propojování perspektivy předmětově didaktické, oborově didaktické, obecně didaktické (komparativní analýza napříč různými vyučovacími předměty) Využití videa v učitelském vzdělávání

EXKURS: CPV videostudie Rozšíření VS fyziky VS zeměp. VS angl. VS TV Prohloubení Fáze Formy Příležitosti k mluvení Fáze Formy Příležitosti k mluvení Fáze Formy Příležitosti k mluvení Fáze Formy Příležitosti k mluvení Experiment Učebnice Mapa Učebnice Mateřský jazyk Strategie učení Styly výuky Zdravotní aspekty

(3) CPV videostudie fyziky Teoretická východiska Teoretická východiska Výzkumné cíle a otázky Metodický postup Vybrané výsledky

CPV videostudie fyziky: teoretická východiska Nedostatek poznatků o tom, jak se reálně odehrávají procesy vyučování a učení (se) fyzice ve školních třídách. Potřeba empirické analýzy založené na dobře zachycené a dokumentované realitě CPV videostudie fyziky jako příspěvek k výzkumu realizovaného kurikula Příležitosti k učení (opportunities to learn, Lerngelegenheiten) Vyučování jako vytváření příležitostí k učení Příležitosti k učení jako potenciál pro učební aktivitu žáka Seidel & Prenzel (2006): Potenciál, který nabízí výuka žákům a který umožňuje aktivní podíl na vlastním učení. soubor předkládaných úkolů Hiebert & Wearne (1993, s. 395): to, co se žáci naučí, je závislé na úkolech, které jsou jim předkládány

CPV videostudie fyziky: východiska, cíle, otázky Kvantitativní přístup: množství času (alokovaný/vyměřený čas) přiděleného žákovi kučení (Wiley&Harnischfeger1974, Fischer et al. 1980) Carrol(1963): Příležitost kučení je pod přímým vlivem učitelea je tedy časovým potenciálem, který mají žáci k dispozici pro vlastní učení. Kvalitativní přístup: co se žáci naučí, je závislé na kvalitě toho, co je jim výukou nabídnuto (Hiebert& Wearne 1993) Kvality aktivity(task feature) kognitivní náročnost jasnost strukturovanost Popsat, vysvětlit, hodnotit povahu příležitostí k učení, které se nabízí ve výuce fyziky.

Zkoumaný soubor 19 tříd 2. stupně brněnských ZŠ 13 učitelů, 418 žáků Postup při výběru: dopisy na ředitele 40 brněnských ZŠ, zda má některý z učitelů fyziky zájem podílet se na výzkumu zájem o spolupráci projevilo 13 učitelů (7 žen, 6 mužů) všichni byli kvalifikováni pro výuku fyziky na 2. stupni ZŠ jejich praxe se pohybovala v rozmezí 1-28 let 62 vyučovacích hodin fyziky 27 hodin k tématu skládání sil (7. ročník) 35 hodin k tématu elektrický obvod (8. ročník)

Metodický postup

Metodický postup: videozáznamy

CPV vidostudie fyziky: zpracování dat Transkripce záznamů v programu Videograph Tvorba kategoriálních systémů při ověřování inter-rater-reliability (Cohen s Kappa > 0,70; přímá shoda > 85%) Kódování v programu Videograph dle kategoriálních systémů Vyhodnocení dat (statistické analýzy)

Metodický postup: míra shody Zkušební hodina Pozorované intervaly TIMSS_A 289 TIMSS_B 286 TIMSS_C 298 TIMSS_D 308 TIMSS_E 286 TIMSS_F 261 Kategorie κ (Cohen s Kappa) pozorovatel (1) a (2) Přímá shoda (%) pozorovatel (1) ua (2) Formy výuky 0,875 91% Fáze výuky 0,859 90% Formy výuky 0,843 87% Fáze výuky 0,657 71% Formy výuky 0,823 86% Fáze výuky 0,700 74% Formy výuky 0,863 89% Fáze výuky 0,923 94% Formy výuky 0,816 87% Fáze výuky 0,775 82% Formy výuky 0,733 81% Fáze výuky 0,667 73%

CPV vidostudie fyziky analýzy Formy a fáze výuky Janík, Miková (2006) Příležitosti k verbálnímu projevu Janík, Miková (2006) Používání didaktických prostředků a médií (zejm. učebnice) Janík, Najvar, Najvarová, Píšová (2007) Formy reprezentace učiva (pedagogical content knowledge) Janík, Najvar, Slavík, Trna (2007) Role experimentů Disertační projekt: Novák, Trna Učební úlohy (z hlediska osvojování dovedností) Disertační projekt: Vaculová, Trna V návaznosti na videostudii fyziky: Cílová orientace výuky fyziky (subjektivní teorie) Janík (2007) Vybrané aspekty kvality výuky

CPV videostudie fyziky: otázky V jakých formách se odehrává výuka fyziky a jaké je jejich časové zastoupení? V jakých fázích se odehrává výuka fyziky a jaké je jejich časové zastoupení? Jaké existují vztahy mezi fázemi a formami výuky?

Výsledky: formy výuky

Formy výuky ostatní 00:09 01:54 přechod 03:52 03:23 více forem současně práce ve skupinách práce ve dvojicích 00:21 01:29 01:27 02:02 02:18 01:49 samostatná práce 04:15 05:07 rozhovor se třídou 14:08 15:38 diktát 05:20 04:46 výklad/přednáška učitele 09:15 10:39 skládání sil elektrický obvod

Výsledky: formy výuky Formy výuky, v nichž vystupuje do popředí učitel (přednáší, diktuje, vede rozhovor se třídou), výrazně převažují nad formami, v nichž vystupují do popředí žáci (pracují samostatně, ve dvojicích nebo ve skupinách). Relativně v malé míře jsou používány kooperativní formy výuky založené na aktivitě žáků (práce ve dvojicích, práce ve skupinách). Mezi jednotlivými hodinami jsou však patrny výrazné odlišnosti v rozložení forem orientovaných na učitele oproti formám orientovaným na žáka. Mezi výukovými tématy (skládání sil a elektrický obvod) nejsou z hlediska forem výuky výrazné odlišnosti.

Výsledky: fáze výuky

Výsledky: fáze výuky ostatní zkoušení/prověrka/kontrola d.ú. 04:32 04:24 05:45 04:51 rekapitulace 00:26 00:45 shrnutí učiva 03:45 02:54 aplikace/prohlubování učiva 06:03 09:57 procvičování/upevňování učiva 07:43 12:56 zprostředkování nového učiva 06:33 07:41 úvod výuky 00:58 00:58 opakování učiva 03:07 04:36 skládání sil elektrický obvod

Výsledky: fáze výuky Dominovaly fáze zaměřené na práci s probraným učivem, zejména fáze procvičování/upevňování a aplikace/prohlubování. Dominantnost určité fáze ve výuce (výkladová hodina, hodina laboratorní práce, zkoušecí hodina). Ne vždy jsou všechny fáze ve všech hodinách zastoupeny. V mnoha hodinách chyběla také fáze rekapitulace. V teoriích obecné didaktiky je výuka zpravidla modelována jako sled motivační, expoziční, fixační, diagnostické a aplikační fáze. Analýza zaznamenaných hodin naznačuje, že v reálné výuce je výše uvedený sled fází často porušen. Ve skutečnosti se jednotlivé fáze výuky různě prolínaly.

Výsledky: vztahy mezi formami a fázemi

(4) Možnosti a meze videostudií

Možnosti a meze videostudií TIMSS: nelze analyzovat vztah mezi charakteristikami výuky a výkony žáků, neboť nejsou k dispozici data o výkonech těch žáků, kteří jsou na videozáznamech DESI: vedle testů zaměřených na výkon a dotazníků je výuka sledována z perspektivy pozorovatele (video) IPN: standardizace obsahu LPS: zaměřeno na žáky

Metodologický problém Problémy mezinárodní komparace Jednotka analýzy Integrace kvalitativní a kvantitativního přístupu při analýze videodat Iterativní cyklus při analýze videodat Literatura: STIGLER, J. W.; GALLIMORE, R.; HIEBERT, J. Using Video Surveys to Compare Classrooms and Teaching Across Cultures: Example and Lessons from the TIMSS Video Studies. Educational Psychologist, 2000, Vol. 35, No. 2, p. 87-100. SHIMIZU, Y. Studying Sample Lesson Rather than one Excellent Lesson: A Japanese Perspective on TIMSS Videotape Classroom Study. Zentralblatt für die Didaktik der Mathematik, 1999, Vol. 31, No. 6, p. 190-194. JACOBS, J. K.; KAWANAKA, T.; STIGLER, J. W. Integrating qualitative and quantitative approaches to the analysis of video data on classroom teaching. International Journal of Educational Research, 1999, Vol. 31, p. 717 724. LESH, R. A.; LEHRER, R. Iterative Refinement Cycles fo Videotape Analyses of Conceptual Change. In KELLY, A. E.; LESH, R. A. Handbook of research Design in mathematics and Science Education. Mahwah : LEA, 2000, p. 665 708.

Metodologický aspekty Zkoumání pohledových struktur a aspektů kvality výuky Nízko inferentní kategoriální systémy a vysoko inferentní škálování Komparativní pohled na vyučovací předměty Literatur:a WALDIS, M.; GAUTSCHI, P.; HODEL, J.; REUSSER, K. Die Erfassung von Sichtstrukturen und Qualitätsmerkmalen im Geschichtsunterricht: Methodologische Überlegungen am Beispiel der Videostudie Geschichte und Politik im Unterricht. In GÜNTHER-ARNDR, H.; SAUER, M. (Hg.). Geschichtsdidaktik empirisch: Untersuchungen zum historischen Denken und Lernen. Berlin : Lit Verlag, 2006, p. 155 188. HUGENER, I., RAKOCZY, K., PAULI, C., REUSSER, K. Videobasierte Unterrichtsforschung: Integration verschiedener Methoden der Videoanalyse für eine differenzierte Sicht auf Lehr-Lernprozesse. In RAHM, S., MAMMES, I., SCHRATZ, M. (Hrsg.) Schulpädagogische Forschung. Unterrichtsforschung. Perspektiven innovativer Ansätze. Innsbruck: Studien Verlag, 2006, p. 41-53. NAJVAR, P. et al. CPV Video Study: Comparative Perspective on Teaching in Different School Subjects. In JANIK, T., SEIDEL, T. et al. The power of video studies in investigating teaching and learning in the classroom. Münster: Waxmann, 2009.

Integrace QUAN-QUAL přístupu (iterativnost) Jacobs et al. 1999

Seidel et al. 2003

Kategoriální systémy nebo posuzovací škály? Nízko inferentní kategoriální systémy: Uchopení výukových aktivity (pohledové struktury) např. organizační formy výuky Identifikace sekvencí v rámci různých procesů (time sampling, event sampling) Vysoko inferentní posuzovací škály: Vysoko inferentní posuzovací škály: Umožňují kvalitativní hodnocení výukových jevů a procesů Nedochází zde ke třídění do apriori definovaných, kategorií, je třeba uplatnit více intepretativní procesy přitom se uplatňuje integrace a syntéza více údajů z pozorování

Komparativní pohled na školní předměty Najvar et al. 2009

CPV videoweb: tvorba učebního prostředí

3. CPV videoweb tvorba učebního prostředí Východiska Narůstající počet studentů učitelství jak v dané situaci realizovat praktickou složku profesní přípravy učitelů? Jedním z nástrojů může být elektronické učební prostředí založené na videozáznamech výuky. CPV videoweb jako jeden z prostředků využitelných v rámci konceptu reflektivní učitelské praxe.

3. CPV videoweb funkce Prostředek rozvíjení diagnostické kompetence učitelů: uživatelé (učitelé) jsou konfrontováni s videoklipy výuky jsou jim předkládány otázky a úkoly, které mají řešit Práce v prostředí videowebu je založena na řízeném objevování (guided discovery), nabízené otázky a úkoly strukturují pedagogické uvažování (budoucích) učitelů a směřují k rozvoji jejich dovedností popsat, interpretovat, objasnit a hodnotit pozorované výukové situace. Výzkumný nástroj umožňující měřit úroveň diagnostické kompetence učitelů: uživatelé při práci s videowebem generují výzkumná data tato data mohou být kvalitativně i kvantitativně analyzována Výzkumníci mohou např. analyzovat diskurs učitelových úvah nad pozorovanými pedagogickými jevy, úroveň pedagogického myšlení (budoucích) učitelů atp.

CPV videoweb je vytvářen za jednotlivé vyučovací předměty sledované v CPV videostudii: FY, ZE, AJ, TV (260 h). 1) Pojmenovat 4-6 tematických oblastí, v nichž se jeví jako potřebné vzdělávat (budoucí) učitele. Příklad za fyziku: relativně málo experimentů je založeno na práci s hypotézami 2) Ke každé z výše uvedených tematických oblastí, vyhledat videosekvence (v délce 1-2 minuty), která ji exemplárně ilustrují. 3) Ke každé z vybraných sekvencí vytvořit sadu úloh, které budou v prostředí videowebu spolu s videosekvencí předkládány učitelům k řešení. 4) Zabudovat videa a otázky do videowebu 5) Ověřovat ve výuce oborových didaktik na PdF/FSpS MU

3. CPV videoweb postup tvorby Tři typy videoúloh: a) Úlohy založené na otevřené otázce b) Úlohy založené na škálování c) Komplexní úlohy, jejichž řešení je založeno na strukturovaném postupu

Ad a) Úlohy založené na otevřené otázce Uživateli videowebu je přehrán videozáznam, následuje např. úloha typu: Napište do dialogového okna, co jste právě pozoroval/a. To, co uživatelé napíšou do dialogového okna, lze z videowebu transportovat do programů MAX QDA. Zde je možné provést kvalitativní obsahovou analýzu těchto dat (pro výzkumné účely). Kromě toho by uživatelé videowebu měli možnost konfrontovat své komentáře s komentáři dalších uživatelů (expertů oborových didaktiků nebo školních inspektorů). Váš komentář (k otázce 2) Učitel zjistil, že se děcka nechytají a dělají mu ve třídě... Aby je alespoň na chvíli zabavil, řekl si, že jim ukáže... jak skáče závaží na prohnuté tyči. Komentář učitele 007 (ten, co je na videu) Když jsem zjistil, že žáci nemají konkrétní představu o účincích síly, pokoušel jsem se demonstrovat deformační je tak, aby byly vidět.

Ad a) Úlohy založené na otevřené otázce:

Ad b) Úlohy založené na škálování Uživateli videowebu bude přehrán videozáznam, následuje např. úloha typu: Vyjádřete na škále, do jaké míry podle vás uvedené výroky vystihují situaci zachycenou na videozáznamu. Data ze škálování budou z videowebu transportována do programu SPSS. Zde bude možné provést jejich statistické vyhodnocení (pro výzkumné účely). Kromě toho by uživatelé videowebu měli možnost konfrontovat výsledky svého škálování s výsledky škálování dalších uživatelů (popř. s výsledky škálování pocházejícími od expertů oborových didaktiků nebo školních inspektorů).

Ad b) Úlohy založené na škálování 1/2:

Ad b) Úlohy založené na škálování 2/2:

Ad c) Komplexní úlohy, jejichž řešení je založeno na strukturovaném postupu Jedná se o úlohy, jejichž řešení se odehrává v několika na sebe navazujících krocích, přičemž vedle videa se využívá i jiných materiálů: učitelova příprava na výuku autentický výňatek z učebnice zápis z žákova sešitu. Hlavním smyslem zařazení těchto komplexních úloh do videowebu je snaha diagnostikovat jejich prostřednictvím didaktické znalosti obsahu uživatelů videowebu.

Ad c) Komplexní úlohy, jejichž řešení je založeno na strukturovaném postupu

Ad c) Komplexní úlohy, jejichž řešení je založeno na strukturovaném postupu

Závěr a výhled Hledání možností, jak v rámci videowebu pracovat s vlastními videi studentů učitelství. Možnost zabudování těchto vlastních videí do videowebu. Propracování možností koučování studentů na praxích s využitím videa.

VÝZKUM ZAMĚŘENÝ NA REPREZENTACE OBSAHU

Různé typy reprezentací Reprezentace hotová vs. reprezentace konstruována Reprezentace předkládaná/konstruovaná učitelem vs. reprezentace předkládaná/konstruovaná žákem Reprezentace žákovi blízká vs. reprezentace žákovi (zpočátku) vzdálená Reprezentace enaktivní, verbální, vizuální, Reprezentace enaktivní, verbální, vizuální, symbolická

Kontext oboru Různé typy reprezentací Didaktický metajazyk Kontext přirozené zkušenosti žákovi vzdálená reprezentace vyučování žákovi blízká reprezentace EXPERT učení ŽÁK Dvojdimezionálnost psychodidaktické transformace (upraveno dle Slavík, Janík 2007, s. 272; srov. také Jelemenská et al. 2003)

Manipulace s reprezentacemi ve výuce Reprezentace (A) konstruovaná učitelem (schéma el. obvodu) Reprezentace (B) konstruovaná žáky (zapojení el. obvodu) Žáci jsou uvedeni do didakticky připravené učební situace, kdy konstruují reprezentaci (B) analogickou k reprezentaci (A).

Učebnice: 142/11: Změř, jak se mění proud procházející rezistorem, když měníš napětí na svorkách. Výsledky měření zapiš do tabulky. Znázorni grafem závislost proudu procházejícího rezistorem na napětí mezi svorkami. Komplementarita vícečetných reprezentací jejich kognitivní integrace zakládá porozumění (zde: Ohmův zákon: I = U/R).

volt (V) voltmetr ampérmetr měří el. proud ampér (A) jednotkou je je fyzikální veličina, která se nazývá ohm (Ω) U I = ----- R jednotkou je el. napětí je fyzikální veličina, která se nazývá je fyzikální veličina, která se nazývá jednotkou je el. odpor měří měří ohmmetr

Hledání nového metodologického přístupu ke zkoumání vzdělávacího obsahu Jak zachytit dynamiku (re)prezentování obsahu a utváření znalostí ve výuce? Jak dodat do obsahové analýzy výuky dimenzi procesu (času) a dimenzi struktury (prostoru)? Kdy a na jak dlouho se ve výuce objevují určité obsahy? V jakých vztazích vůči sobě stojí určité obsahy? Pohled na výuku jako na proces a strukturu.

Hledání nového metodologického přístupu ke zkoumání vzdělávacího obsahu Výzkumné metody, které umožňují obsahovou strukturu výuky zachytit. Toto zachycení může mít např. podobu obsahově strukturálního diagramu zachycuje v čase obsahovou strukturu určité tematické oblasti včetně věcně logických souvislostí. Diagram je konstruován na základě analýzy videozáznamu výuky. Využití videodat audiovizuální data zachycená v dynamických situačních kontextech. (Brückmannová, Janík 2008)

2 Pojem síla (opakování) 6. třída: Co jsme se učili o síle? Čím se měří síla? Vyučovací hodina: FyS_B1_20:10-32:10 zavedení pojmu síla 20:20-20:30 a 23:40-23:50 a 24:20-24:30 3 Účinky síly deformační (demo balónek ) Demo: Učitelka mačká balónek. U: Balónek působí na? ZZ: Ruku silou. 20:30-20:40/RT 4 Účinky síly deformační (demo tyč ) Demo: Učitelka klade závaží na tyč položenou na dvou kvádrech. 20:40-21:00/RT 5 Účinky síly deformační (diskuse exp. tyč ) U: Co dělá závažíčko? ZZ: Působí silou na tyč 21:00-21:20/RT 6 Newtonovská mechanika (verbální vyjádření facka ) Z: vzájemné působení dvou těles. U: Rodiče se podívají do žákovské, vidí 5, 4, 5 a začnou působit silou. U/ZZ: Ruka působí na tvář, tvář působí na ruku. 21:20-21:40/RT 10 Účinky síly zrychlení (demo házení míčem ) Demo: Dva žáci si hodí míč. U/ZZ: Erika hodila míč, působila na něj silou, uvedla ho do pohybu; Pavel ho chytil, sílu zastavil, uvedl ho do klidu. 22:50-23:10/RT 9 Druhy síly (demo pád závaží ) Demo: Učitelka nechá spadnout závaží na stůl. U: A další síla? ZZ: Gravitační.22:30-22:50/RT 8 Druhy síly (demo magnet ) Demo: Učitelka ukazuje, jak se přitahují magnet a kov na provázku. U: Podíváme se, že opravdu existuje. 22:20-22:30/VU 7 Druhy síly (demo ebonitová tyč ) Demo: Učitelka tře ebonitovou tyč, demonstruje elektrostatickou sílu. U: Co je to za sílu? ZZ: Magnetická, přitažlivá, elektrická U: Elektrická, přesněji elektrostatická. 21:40-22:20/RT 11 Účinky síly (diskuse exp. proč to letí kopečkem ) U: Jak to, že to (míč) jde takovým kopečkem? Co to způsobuje? ZZ: Gravitační síla. 23:10-23:30/RT 12 Znázornění síly měření (verbální vyjádření siloměr ) Demo: Učitelka ukazuje siloměry. U: Sílu jsme měřili čím? Z: Newtonmetrem. Newtonem. U: Já vám dám newtonmetrem. Čím? Z: Siloměrem. 23:30-23:40/RT 13 Znázornění síly jednotka (verbální vyjádření přepočet ) U: Jakou jednotku má síla? ZZ: Newton, kilonewton, meganewton. 23:50-24:10 a 24:30-24:40 a 25:30-25:40 a 31:40-31:50/RT 14 Znázornění síly jednotka (nástěnná tabule) U: Kdybyste to zapomněli, tady je tabulka. U: Kolik je jeden newton? Z: 0,1 kilogramu. 24:10-24:20/RT 18 Znázornění síly působiště (diskuse exp. dveře ) Demo: Žák má při zavírání dveří působit silou na různých místech. U: Kde to bylo nejlepší? Z: No na té poslední (u kliky). U: Takže vidíte, že síla závisí na místě, kde působím. 27:50-28:20/RT 20 Znázornění síly směr (demo spirály v siloměru ) 17 Znázornění síly působiště (demo dveře ) Demo: Žák má při zavírání dveří působit silou na různých místech. U: Tome, já tě poprosím, abys zavřel dveře nejdřív tady u pantů, potom uprostřed a potom u kliky, a sdělil nám svoje stanovisko. Kde to bylo nejlepší? 27:30-27:50/RT 21 Znázornění síly směr (demo psi ) 16 Účinky síly zrychlení (žákovský exp. tužka ) Žákovský exp.: Žáci cvrnkají do tužky na různých místech a pozorují její rotaci. U: Cvrnkněte do pravéčásti tužky. Co se stalo s tužkou? Z: Začala se přetáčet. U: Tak a teďka zkusíme doprostřed Takže u každé jsme působili jinde, takže na čem ta síla bude záviset? Z: Na těžišti. U: Ne na těžišti, ale na místě, na které budu působit. 25:50-26:50 a 28:20-28:30/PZ 15 Znázornění síly měření (demo závaží na siloměru ) Demo: Učitelka měří závaží na siloměru. U: Stogramové závaží působí silou jednoho? ZZ: Newtonu. 24:40-25:30 a 25:40-25:50/RT Demo: Učitelka natahuje siloměr různými směry. U: Vezmu pružinku a budu působit silou. Působím takto (doleva), takto (doprava), takto (nahoru), takto (dolu). Čím se ty čtyři síly lišily? Z: No, tím, kam jste tu pružinku tahala. 28:40-29:10 a 29:30-29:50 a 31:20-31:30/RT Demo: Učitelka ukazuje, jakými směry ji mohou táhnout psi na vodítku. U: Budu mít dva pejsky,půjdeme na vycházku (ukazuje ruce paralelně), pak se ti dva pejsci zblázní a půjdeme takhle na vycházku (ukazuje ruce roztažené od sebe), jak se tomu bude říkat? Kam já půjdu? ZZ: Směr. 29:10-29:30/RT 22 Znázornění síly velikost (demo taška ) Demo: Učitelka ukazuje, jak to vypadá, když nese tašku s nákupem v jedné ruce a potom ještě kufr v druhé. U: Jdu z nákupu, takhle vypadám čím se liší ty dvě síly? 29:50-30:10 a 30:20-30:40 /RT 23 Znázornění síly velikost (diskuse exp. taška ) U: Jdu z nákupu, takhle vypadám čím se liší ty dvě síly? ZZ: Váhou. U: Výborně, váhou, takže velikostí. 30:10-30:20 a 30:30-30:50/RT 25 Znázornění síly (tabule působiště, směr, velikost ) U: Takže působiště, tohle je směr a velikost je určena délkou téhle čáry. 24 Znázornění síly měření (verbální vyjádření siloměr ) Demo: Učitelka ukazuje na siloměru. U: Kdybyste vzali do ruky dva kufry, myslíte, že byste zjistili, který je těžší? p 1 cm 1 N 31:10-32:10/RT ZZ: Ne. U: Maximálně pocitem. Nebo bysme vzali? ZZ: Siloměr. 30:50-31:10/RT 1 Síla (výhled o čem se budeme dnes učit ) 19 Znázornění síly působiště a těžiště (výhled) Téma dnešní hodiny: U: Jdeme na sílu. 20:10-20:20/VU Příští hodina: Jakou roli hraje těžiště. 28:30-28:40/VU

3 Účinky síly - deformační (demo balónek ) Demo: Učitelka mačká balónek. 4 Účinky síly - deformační (demo tyč ) Demo: Učitelka klade závaží na tyč položenou na dvou kvádrech. 5 Účinky síly - deformační (diskuse exp. tyč ) U: Co dělá závažíčko? ZZ: Působí silou na tyč U: Balónek působí na? ZZ: Ruku silou. 20:30-20:40/RT 20:40-21:00/RT 21:00-21:20/RT 8 Druhy síly (demo magnet ) Demo: Učitelka ukazuje, jak se přitahují magnet a kov na provázku. 7 Druhy síly (demo ebonitová tyč ) Demo: Učitelka tře ebonit. tyč. 6 Newtonovská mechanika (verbální vyjádření facka ) U: Podíváme se, že existuje. 22:20-22:30/VU U: Co je to za sílu? ZZ: Magnetická, elektrická U: Přesněji elektrostatická. 21:40-22:20/RT Z: vzájemné působení dvou těles. U: Rodiče se podívají do žákovské, vidí 5, 4, 5 a začnou působit silou. U/ZZ: Ruka působí na tvář, tvář působí na ruku. 21:20-21:40/RT

Hledání nového metodologického přístupu ke zkoumání vzdělávacího obsahu Jak se systematika obsahu fyziky jako vědy promítá do systematiky obsahu fyziky jako vyučovacího předmětu. Učitelka uplatnila široké spektrum reprezentací, přičemž většina z nich měla povahu krátkých demonstračních experimentů, které v logickém sledu objasňovaly různé aspekty konceptu síla (druhy, účinky, působiště, velikost, směr atp.). Různé reprezentace obsahu jsou ve výuce jistým způsobem organizovány a vzájemně provázány, diagram zrcadlí strukturu.

Ukázka aplikace metody: Diagram obsahové struktury pravidla Pravidla vytváření diagramu snaha o zajištění objektivity, která je nezbytná pro vyhodnocení a porovnávání více obsahových struktur. Tři kroky tvorby diagramu: Krok 1: Kódování prezentovaných obsahů Krok 2: Vytvoření obsahových bloků Krok 3: Propojení obsahových bloků šipkami

Ukázka aplikace metody: Krok 1: Kódování prezentovaných obsahů Dvouúrovňový kategoriální systém po kódování v obecnější úrovni (A) se přistupuje k úrovni (B), která umožňuje jemnější kategorizaci. Kódována každá aktivita učitele (demonstrace, výrok atp.) určená všem nebo převládajícímu počtu žáků ve třídě a vztahující se k některé z kategorií použitého systému. Kódování probíhá v 10 s. intervalech v programu Videograf.

Ukázka aplikace metody: Krok 2: Vytvoření obsahových bloků číslo obs. bloku tematické zařazení obsahový prvek: parafráze foto/video citace čas výskytu a organizační forma

Ukázka aplikace metody: Krok 3: Propojení obsahových bloků pomocí šipek Z partitury v programu Videograf je patrná: časová následnost jednotlivých obsahových bloků přechody či skoky od jednoho bloku k jinému opakování určitého bloku. Při přiřazování šipek k blokům posoudit: zda učitel obsahy propojil pouze v jednom směru ( ) či i zpětně/obousměrně ( ) pokud učitel nepoukazoval na propojení obsahů (bez šipky). Znázornit obsahové bloky (chronologie), propojit šipkami (lichý řádek se čte zleva doprava, sudý zprava doleva).

3 Účinky síly - deformační (demo balónek ) Demo: Učitelka mačká balónek. 4 Účinky síly - deformační (demo tyč ) Demo: Učitelka klade závaží na tyč položenou na dvou kvádrech. 5 Účinky síly - deformační (diskuse exp. tyč ) U: Co dělá závažíčko? ZZ: Působí silou na tyč U: Balónek působí na? ZZ: Ruku silou. 20:30-20:40/RT 20:40-21:00/RT 21:00-21:20/RT 8 Druhy síly (demo magnet ) Demo: Učitelka ukazuje, jak se přitahují magnet a kov na provázku. 7 Druhy síly (demo ebonitová tyč ) Demo: Učitelka tře ebonit. tyč. 6 Newtonovská mechanika (verbální vyjádření facka ) U: Podíváme se, že existuje. 22:20-22:30/VU U: Co je to za sílu? ZZ: Magnetická, elektrická U: Přesněji elektrostatická. 21:40-22:20/RT Z: vzájemné působení dvou těles. U: Rodiče se podívají do žákovské, vidí 5, 4, 5 a začnou působit silou. U/ZZ: Ruka působí na tvář, tvář působí na ruku. 21:20-21:40/RT

UKÁZKA: Přístup ke zkoumání obsahu vzdělávání (Janík, Najvar, Slavík, Trna 2007) Cíl: Identifikovat, jaké reprezentace konceptu skládání sil používají učitelé fyziky na druhém stupni základních škol? Soubor: videozáznamy 27 vyuč. hodin tématu skládání sil. Metodologický postup: Ve videozáznamech identifikovány výukové situace, ve kterých bylo možné pozorovat reprezentace konceptu skládání sil. Na základě induktivního postupu navržena typologie reprezentací konceptu skládání sil. Typologii prezentujeme ve výsledcích výzkumu doplněno o autentické ukázky z vyučovacích hodin. Na závěr předkládáme případovou studii učitelky J (případ s dobrou reputací).

Videovýzkum SHRNUTÍ Monografie, technické zprávy, výzkumné zprávy Videostudie: TIMSS, IPN, LPS, DESI, CPV Vývojové linie: Videograhpy, od popisu k vysvětlení, od pohledových struktur k hloubkovým strukturám, propojení didaktického a kurikulárního výzkumu Planování a realizace videostudie Příprava (cíle/otázky/vzorek) Sběr dat (pravidla pořizování videozáznamu) Analýza dat (trankskripce, kódování) Vyhodnocení dat (tvorba grafik) Metodologické otazníky Integrace QUAL-QUAN a iterativitita Kategorální systémy nebo škálování Mezioborová komparace

SHRNUTÍ Využití videa ve výzkumu výuky Umožňuje studovat komplexní procesy Zvyšuje inter-rater reliabilitu Umožňuje kódovat z více perspektiv Archviace dat umožňuje po čase realizovat (re)analýzy Podporuje integraci přístupů QUAL-QUAN Podporuje komunikaci výzkumných nálezů Potenciál videostudií (Hiebert et al. 2003, pp. 2-6) Video umožňuje popisovat dynamiku procesů vyučování a učení Propojení videodat a dat z testů, dotazníků apod. umožňuje zkoumat efekty vyučování a učení (Ulewiz, Beatty 2001; Janik, Seidel et al. 2009)

CPV videostudie publikace JANÍK, T.; MIKOVÁ, M.; NAJVAR, P.; NAJVAROVÁ, V. Unterrichtsformen und - phasen im tschechischen Physikunterricht: Design und Ergebnisse der CPV Videostudie Physik. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 2006, Vol. 12, No. 1, pp. 219 238. NAJVAR, P.; NAJVAROVÁ, V.; SOBĚSLAVSKÁ, V.; ŠEBESTOVÁ, S.; VLČKOVÁ, K. Videostudie zum Englischunterricht in der Tschechischen Republik. In Lehrer/- innenbildung in Europa. Wien : LIT Verlag, 2008, pp. 126-129. JANÍKOVÁ, M.; JANÍK, T.; MUŽÍK, V. CPV Videostudie Sportunterricht: Design und Ergebnisse der Pilotphase. In JEISY, E., MENGISEN, W. Möglichkeiten und Grenzen der Schulsportforschung. Magglingen: BASPO, 2008. JANÍKOVÁ, M.; JANÍK, T.; MUŽÍK, V. Nutzen von Videobeispielen in der LehrerInnenbildung. In Lehrer/-innenbildung in Europa. Wien : LIT Verlag, 2008, pp. 188-193. JANÍK, T. Sachstrukturdiagramm einer Unterrichtsstunde: einen Weg zur Erfassung von Lerninhalten im Physikunterricht. In Lehrer/-innenbildung in Europa. Wien : LIT Verlag, 2008, pp. 185-188. NAJVAR, P. et al. CPV Video Study: Comparative Perspective on Teaching in Different School Subjects. In JANIK, T., SEIDEL, T. et al. The power of video studies in investigating teaching and learning in the classroom. Münster: Waxmann, 2009.

Děkujeme za pozornost Tomáš Janík a kol. Centrum pedagogického výzkumu PdF MU Poříčí 31, 603 00 Brno http://www.ped.muni.cz/weduresearch