Transcript Grafy ve výuce fyziky Miskoncepce *ák* p*i práci s grafy

Didaktika fyziky
Prekoncepce/miskoncepce žáků ve
fyzice
20 a 27. 11. 2014
Martina Kekule
Klíčové pojmy
Koncepce
Prekoncepce
Miskoncepce
Difficulties
koncepce/prekoncepce/miskoncepce/
difficulties
Koncepce – žákovo pojetí, představa
Prekoncepce - získané před školním
vzděláváním/mimo školní vzdělávání
intuitivní, z každodenní zkušenosti
Miskoncepce – chybná
Difficulties - problémy s konkrétní úlohou
Typické znaky prekoncepcí
• trvalost a odolnost
• nezávislost na typu školy, národnosti a státní
příslušnosti
• nezávislost na věku, studijních výsledcích
• nedůslednost využívání prekoncepcí v různých
situacích
• někdy kopírují vývoj fyzikálního poznávání
Mandíková, Trna: Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky, Paido 2011.
Diagnostika
Didaktickým testem,
Rozhovorem
Pojmovými mapami…
Odstraňování miskoncepcí
Ano? Ne?
Matthews, Some insights from cognitive science.
Science&Education, 9 (2000), 507-535
Odstraňování miskoncepcí - jak
Analogie
Kotva
Přemosťující
příklady
Žáci intuitivně chápou
Kognitivní konflikt
Autoreflexivní aktivní učení žáka
Cílový
problém
Žáci intuitivně řeší špatně
Odstraňování miskoncepcí - jak
Bezpečná atmosféra!
Chybné představy - grafy
Úloha 1
Graf vpravo zobrazuje pohyb
člověka podél nějaké cesty
(souřadnice x).
Popište tento pohyb.
Typická chybná odpověď: jde
o „pohyb zrychlený“, nebo
dokonce „pád“, „pohyb
klesající“ nebo „šikmý vrh“ .
Úloha 2 - sprinteři
Graf vpravo (závislost souřadnice na čase)
ukazuje jeden z rozběhů sprinterů. Počátek
souřadnice byl zvolen na startu. Pro každého
závodníka rozhodněte, zda zrychloval či
zpomaloval.
1
2
3
4
Typická chybná odpověď:
1 a 3 zpomalovali.
Úloha 3
Na obrázku je graf závislosti souřadnice na
čase. Která z následujících závislostí
rychlosti na čase v(t) popisuje tentýž
pohyb? (v je rychlost ve směru osy x.)
Typická chybná odpověď: a) příp. i c)
Úloha 4
Graf závislosti dráhy na čase zobrazuje dva pohybující se objekty
označené A a B (třeba kamarády Andělu a Boříka).
a) Který z nich se pohyboval rychleji na konci 8. sekundy?
b) Který z nich se pohyboval rychleji na konci 2. sekundy?
Typická chybná odpověď:
a) A
b) B
Úloha 5 - mravenci
2.
Výpočet průměrné rychlosti mravence F1 v jednotlivých intervalech.
Obtížnost úlohy:
Nejlehčí
Obtížnější
Nejobtížnější
Miskoncepce/chybné představy
Graf jako obrázek
(iconic interpretation)
• Studenti často vnímají graf jako obrázek či
náčrt dané situace, ne jako abstraktní
matematickou reprezentaci.
Miskoncepce/chybné představy
Nerozlišování mezi výškou a směrnicí grafu
(slope/height confusion)
• Studenti často nevědí, zda se požadovaná
informace získá ze směrnice či výšky grafu.
Miskoncepce/chybné představy
Křivky grafů časových závislostí kinematických
veličin zobrazujících stejných jev vypadají stejně
nebo podobně.
• Studenti věří na „podobnost“ křivek pro různé
grafy popisující stejný děj.
Miskoncepce/chybné představy
Zaměňování intervalu a bodu
(interval/point confusion)
• Studenti mají problémy s určením směrnice
(často počítají jako hodnotu z jednoho bodu)
• Studenti nerozpoznají, zda se po nich požaduje
intervalová nebo bodová hodnota.
Tendence interpretovat graf tzv. pointwise!
Diagnostika
Testing student interpretation of kinematics
graphs
Robert J. Beichner
Citation: American Journal of Physics 62, 750
(1994); doi: 10.1119/1.17449
Česká verze: Blanka Trulikova v rámci bakalářské
práce.
Co s tím?
Důraz na kvalitativní interpretaci/konstrukci
grafu!
aneb describe the pattern!
which pattern make sense?
Co s tím?
Úlohu doplnit obrázkem s vyznačením klíčových
úseků!
Co s tím?
Při interpretaci: Pokládat otázky globální /
kvalitativní před otázkami lokálními
/kvantitativními.
Úloha s Otylem
Co s tím?
Prezentace jednoho pohybu v grafu x(t) s různou
volbou počátku soustavy souřadné.
Úloha „učebnice“
Úloha trenér
Využití dataloggerů – např. sonar, force plate…
Literatura
Leindhart G., Zaslavsky O., Stein M. K. (1990): Functions,
Graphs, and Graphing: Tasks, Learning, and Teaching. Review
of Educational Research, Vol. 60, č. 1, str. 1-64
Heck, A.: Perspectives on an Integrated Computer Learning
Enviroment. Amsterdam, Can Uitgeverij, 2012.
Kekule, M. Disertační práce, MFF UK Praha, 2009.
Goldsworthy A., Watson R., Wood-Robinson V. (1999): Getting
to grips with graphs. The Association for Science Education,
Hatfield
Schnotz, Kurschner: External and internal representations in
the acquisition and use of knowledge: visualization effects on
mental model construction. Instr. Sci (2008) 36:175-190
Chybné představy - termodynamika
Teplo a teplota
Pojmy teplo a teplota
Teplo je nějaká látka.
Teplota je vlastnost
než plast.
Teplota předmětu
menší a větší kostku
Teplo a teplota a
Teplota je vzdálenost
Teplota je vnitřní
S rostoucí teplotou
Při ohřívání
předmětu a tím se
studenými.
Rychlý pohyb
Když se částice
se součet počá-
Chybné představy - termodynamika
na své půa voda se ohří-
povrchu
vlastnostech
dodáváme-li, vodě
Co s tím?
Pokusy, videa
Viz disertační práce Petra Kácovského.
Diagnostika
• Introductory Thermal Concept Evaluation:
Assessing Students’ Understanding
Shelley Yeo and Marjan Zadnik
THE PHYSICS TEACHER ◆ Vol. 39, November
2001
Česká verze: Petr Kácovský v rámci disertační
práce.
Úlohy obtížné pro žáky na SŠ
Disertační práce
Kekule Tomáš, Tvorba testů pro středoškolskou fyziku a jejich ověřování,
2008
Úlohy s vysokou obtížností:
Vnitřní energie, práce, teplo
Var B: 5, 8, 10
Struktura a vlastnosti plynů
Var A: 5,6,10
Var B: 5,7
Struktura a vlastnosti pevných látek a kapalin
Var A: 6,10
Var B: 2,5,7
Změny skupenství
Var A: 1,6, 10,11
Var B: 5,6,10,11
Literatura
Mandíková, Trna (2011). Žákovské prekoncepce ve
výuce fyziky. Paido.
Petr Kácovský - [email protected]
Hye-Eun Chu, David F. Treagust, Shelley Yeo & Marjan Zadnik (2012):
Evaluation of Students’ Understanding of Thermal Concepts in
Everyday Contexts, International Journal of Science Education, 34:10,
1509-1534
Kekule Tomáš, Tvorba testů pro středoškolskou fyziku a jejich
ověřování, Disertační práce MFF UK, 2008