Transcript ISLE – co to je a proč

ISLE – co to je a proč
Leoš Dvořák, Irena Dvořáková
Úvod: co je ISLE
• Investigative Science Learning Environment
• Ne jen „prostředí“ = laboratoř,
ale specifický přístup
• Odlišnosti od (a styčná místa s):
- tradiční výuky, - vyvracení miskoncepcí,
- peer instruction, - IBSE, …
• Pro nás:
- poučení, - inspirace, - další zdroje, …
- rozšíření spektra přístupů
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
2
Kdy to začalo
• Kořeny: 90. léta
A. van Heuvelen: Learning to think like a physicist, Am. J. Phys.
59, 891 (1991)
A. van Heuvelen: The Workplace, Student Minds, and Physics
Learning Systems, Am. J. Phys.69, 1139 (2001)
• Začátek: ~ 2000
E. Etkina, A. Van Heuvelen: Investigative Science Learning
Environment: Using the processes of science and cognitive
strategies to learn physics. In Proceedings of the 2001 Physics
Education Research Conference. (Rochester, NY, 17-21, 2001).
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
3
Kdo za tím stojí
• Alan van Heuvelen
• Eugenia Etkina
– Ph.D. 1964, Colorado,
začínal jako fyzik
– Od 80. let -> PER
– Spoluautor CSEM
– Millikan Award 1999
–…
Co je ISLE
– Učitelka fyziky v Moskvě
– Od 1995: Rutgers Univ.,
New Jersey
– Zvané přednášky:
• GIREP 2010 (Remeš)
• ICPE 2013 (Praha)
– Millikan Award 2014
– práce s učiteli fyziky…
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
4
První pohled na ISLE
• Objevování (guided inquiry) ... „jako detektivka“
Příklad: Přijdete ke
mně domů a vidíte, že mám ve
vstupní hale….
10 televizí !
 pozorování
(bez předpovídání !)
• Jaké to může mít vysvětlení?  tvorba hypotéz
(Nějaké nápady, třeba i bláznivé?)
(více)
předpovědi
• Všechna vysvětlení nebudou  testování
testovací pokusy
současně pravdivá…
5
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
ne/zamítání hypotéz
?
ISLE cyklus
Observační
experiment
„vzorce chování“
víc dat
Kontrola sběru dat,
předpokladů,
úprava vysvětlení
Propojuje přístupy:
navrhni jiné
ověř, zlepši…
Vysvětlení
(kvalit.,
kvant.)
+ předpoklady
• Induktivní
• Deduktivní
(hypotetickodeduktivní)
předpovídání
ne
Testovací
experiment
porovnání s
předpovědí
ano
Další testy
Aplikace
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
7
Lze to zkusit i u nás?
Příklady:
• Elektrické obvody (úvod)
- hodně se podobá cyklu ISLE
• Archimedův zákon…
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
8
Podobnosti …
Konkrétní
zkušenost
Observační
experiment
„vzorce chování“
víc dat
Kontrola sběru dat,
předpokladů,
úprava vysvětlení
navrhni jiné
ověř, zlepši…
Aktivní
experimentování
Vysvětlení
(kvalit.,
kvant.)
Kolbův
cyklus
Reflexe
Abstraktní
konceptualizace
+ předpoklady
předpovídání
ne
Testovací
experiment
Konkrétní
zkušenost
porovnání s
předpovědí
ano
Další testy
Aktivní
testování
Zull
(učení)
Reflektivní
pozorování
Aplikace
Abstraktní
hypotéza
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
9
„Jemná struktura“ ISLE: co se rozlišuje
• Experimenty:
– Observační
– Testovací
– Aplikační
Observační
experiment
Kontrola,
úpravy
Vysvětlení
předpoklady
předpovídání
Testovací
experiment
Aplikace
• Rozlišovat:
– Hypotézy (vysvětlení, ideje)
– Předpoklady
– Předpovědi
(když platí hypotéza … a za předpokladu
… a já udělám …, pak bude výsledek …)
Pozn.: Cyklus lze nejdříve „otočit“
kvalitativně, pak kvantitativně
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
10
Odlišnosti… (jaké a proč)
Observační
experiment
Kontrola,
úpravy
Vysvětlení
předpovídání
Testovací
experiment
Aplikace
Co je ISLE
• Ne evokace existujících
znalostí
• Ne předpovídání
observačního experimentu
• Ne zvláštní důraz na
miskoncepce (kognitivní
konflikt)
• Ne učení předem
• Ne klasický výklad
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
11
Příklad
(z workshopu Physware 2015)
• Baterie a LED s rezistorem – jak se chová?
• Možná vysvětlení (na „inženýrské úrovni“):
– ??
– ??
– ??
• Testujeme vysvětlení (navrhněte pokusy, předpovězte)
– ??
– ??
• … a pak kvantitativně (závislost I na U) …
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
12
Další důležitý prvek ISLE:
Vícenásobné reprezentace
• Grafické reprezentace
(Náčrtky, grafy, diagramy (síly,v, …),
sloupcové diagramy pro energii a toky…)
• Slovní popis
• Matematický zápis
konzistence
různých
reprezentací !
Nácvik práce s vícenásobnými reprezentacemi !
A navíc:
– Pečlivá práce s jazykem
– Pečlivá práce se symboly
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
13
Třetí podstatný prvek ISLE:
rozvoj vědeckých kompetencí
• Trocha názvosloví:
– scientific abilities (USA); scientific competencies (EU)
vědecké kompetence, dovednosti, návyky (habits)
• Důležité pro 21. století
(důraz i jinde: TIMMS, PISA)
• Je třeba je hodnotit!
– Důraz na formativní hodnocení
– Ještě lepší: sebehodnocení -> „rubriky“
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
14
Vědecké kompetence: kategorie rubrik
A Reprezentovat informace různými způsoby (11)
B Navrhnout a provést observační experiment (9)
C Navrhnout a provést testovací experiment (8)
D Navrhnout a provést aplikační experiment (9)
F Komunikovat vědecké myšlenky (2)
G Sbírat a analyzovat data z experimentů (5)
I Ohodnotit modely, rovnice, řešení a tvrzení (6+4)
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
15
Rubriky - příklady
RUBRIC B: Ability to design & conduct an observational experiment
Scientific Ability
B Is able to identify
7 a pattern in the
data
Missing
Inadequate
Needs improvement
Adequate
No attempt is
made to
search for a
pattern
The pattern
described is
irrelevant or
inconsistent with
the data
The pattern has
minor errors or
omissions. Terms
proportional are used
without clarity- is the
proportionality
linear, quadratic, etc.
The patterns
represents the
relevant trend in the
data. When possible,
the trend is
described in words.
RUBRIC C: Ability to design & conduct an experiment to test an idea/hypothesis/explanation
or mathematical relation
Scientific Ability
C Is able to
3 distinguish
between a
hypothesis
and a
prediction
Co je ISLE
Missing
Inadequate
Needs improvement
Adequate
No prediction
is made. The
experiment is
not treated as
a testing
experiment.
A prediction is
made but it is
identical to the
hypothesis.
A prediction is made
and is distinct from the
hypothesis but does
not describe the
outcome of the
designed experiment.
A prediction is made, is
distinct from the
hypothesis, and
describes the outcome
of the designed
experiment.
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
16
Rubriky – k čemu a jak
• Ukazují, v čem se lze zlepšovat
• Přenositelnost
• Fungují, ale nutno trénovat
(studenti si na ně zvykají 6-8 týdnů)
• Podobné způsoby hodnocení v ČR
např.:
H. Košťálová, J. Straková: Hodnocení. Důvěra, dialog, růst.
SKAV 2008
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
17
Vztah k dnešní „módě“: IBSE
IBSE
badatelsky orientovaná výuka
open
… chaos … 
guided
řízená 
cookbook
není inquiry 
• Studenti potřebují oporu („scaffolding“):
– Konceptuální (lze otázkami učitele)
– Procedurální (rubriky: i pro sebehodnocení)
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
18
Motivace a teoretické základy ISLE
(kombinace podnětů z různých oblastí)
• Potřeby 21. století (needs of 21th century workplace)
• Vědecká epistemologie (scientific epistemology)
• Výzkumy mozku, neurovědy
• Výzkumy v oblasti učení
Co je ISLE
(brain research)
(research on learning)
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
19
ISLE kombinuje podněty z různých oblastí
(část tabulky z článku z r. 2007)
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
20
ISLE: funguje to ?
• Výsledky testů:
– FCI (gain 0,6 ; 0,64)
– CSEM (posttesty: 63% až 74 %)
… srovnatelné s jinými „reformními přístupy“
• Další výzkumy a šetření
– Užívání vícenásobných reprezentací
– Zlepšení vědeckých kompetencí
– Posun ve vědeckém uvažování (dedukce oproti naivním přístupům)
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
21
Pro koho použitelné
• Uvádějí, že skoro pro všechny…:
– Velké i malé skupiny
– Algebra based i calculus based
– VŠ i SŠ
• Dlouhodobě využíváno v přípravě učitelů
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
22
Jak ho využívají
• Skupinová práce:
– Optimální skupiny po 3
– Optimální monogenderové skupiny
• Pomůcky a metody:
– Whiteboardy apod. (na Physware velké papíry…)
– Odpovědi ve velkých skupinách lze hlasovátky…
• Přednášky („large room meetings“), cvičení, laboratoře –
propracované, viz:
E. Etkina, A. van Heuvelen: Investigative Science Learning
Environment - A Science Process Approach to Learning Physics. In:
Reviews in PER, Vol.1., Eds.: E.F.Redish, P.J.Cooney, 2007.
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
23
Naše zkušenosti z Physware 2015
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
24
Zdroje informací
• E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen:
College Physics, Pearsons (Addison-Wesley)
2013
• E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen:
Active Learning Guide for College Physics,
Pearsons 2013
• https://sites.google.com/site/scientificabilities/
rubriky, úlohy, … a 45 článků
• http://paer.rutgers.edu/pt3/
videa pokusů k ISLE cyklu (>160)
Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
25
Závěr – zajímavé momenty ISLE
• Důraz na neohrožující přístup
• Staví na pokusech, hodně z nich vytahuje
(indukce + dedukce, kvalitativní + kvantitativní,
vícenásobné reprezentace…)
• Snaha o široký myšlenkový základ
• Nejen koncepty, ale hlavně „vědecké návyky“
• Formativní hodnocení a sebehodnocení (rubriky)
--- a to je (zatím) vše, přátelé… --Co je ISLE
KDF MFF UK, 16. 4. 2015
26