7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

1/50

Univerzitet u Sarajevu

Prirodnomatematiki fakultetOdsjek za fiziku

SIMULACIJE U NASTAVI FIZIKE

DIPLOMSKI RAD

Student: Mentor:

Amila Spahi prof. dr. Esad Hadiselimovi

Februar, 2013. godine

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

2/50

2

Sadraj

Uvod ......................................................................................................................................4

1. Mediji u nastavi fizike ......................................................................................................5

1.1. Klasini mediji .........................................................................................................................5

1.2. Moderni mediji u nastavi fizike .................................................................................................6

1.2.1. Didaktiki potencijali modernih medija ..............................................................................6

1.2.2. Moderne tehnologije kao urednici toka nastave i uenja ........................................................9

2. Metodikiaspekti primjene modernih medija u nastavi fizike ..................................... 11

2.1.Empirijski pokazatelji odrivosti teorija o uenju pomou modernih medija............................ 13

3. Simulacije u nastavi fizike ............................................................................................. 15

3.1. ta su simulacije? ................................................................................................................... 15

3.2. Simulacije fizikalnih sadraja ................................................................................................. 15

3.3. Kreiranje modela i simulacije ................................................................................................. 17

3.4. Simulacije u kontekstu modernog pristupa zadavanju zadataka............................................... 18

4. Physleti ............................................................................................................................ 20

4.1. Interaktivnost i Physleti .......................................................................................................... 20

4.2. Osnovna klasifikacija multimedijalnih softwarea .................................................................... 21

4.3. Istraivanja u oblasti nastave fizike i Physleti ......................................................................... 22

4.4.Didaktiki potencijalifizleta ................................................................................................... 22

4.4.1. Physleti i novi pristup procesu rjeavanja fizikalnih problema......................................... 22

4.4.2. Physleti kao alat za kvalitetniju procjenu razumijevanja fizike kod uenika...................... 23

4.4.3. Jednostavnost Physleta .................................................................................................... 24

4.4.4. Dostupnost Physleta ........................................................................................................ 25

4.4.5. Metodika koritenja Physleta ........................................................................................... 26

4.5. Just in Time Teaching (JiTT) pristup nastavi.......................................................................... 26

4.6. Uenika percepcija Physleta ................................................................................................. 29

4.7. Instaliranje fizleta na raunar i njihovo prilagoavanje potrebama nastavnika....................... 31

4.7.1. Kreiranje Animator obrasca ............................................................................................ 34

4.7.2. Animiranje kreiranog objekta .......................................................................................... 38

5. Primjeri ........................................................................................................................... 42

5.1.Primjer 1. - Slobodan pad...................................................................................................... 42

5.2. Primjer 2. -Formiranje lika kod sabirnog soiva................................................................... 47

5.3. Primjer 3. - Odreivanje elektromotorne sile i unutranjeg otpora baterije............................ 48

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

3/50

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

4/50

4

SIMULACIJE U NASTAVI FIZIKE

Uvod

Brojna nauna istraivanja koja su provedena u nekoliko posljednjih decenija na polju fizikeukazuju na nunost odstupanja od tradicionalnog poduavanja fizike u kolama. Zbog toga sesve vie pribjegava upotrebi modernih medija u nastavi. Posebno mjesto u informatikomdrutvu dananjice, pa tako i u modernoj nastavi fizike, zauzima raunar.

Moderni mediji su dosta veeg kapaciteta od tradicionalnih, kada je u pitanju mogunostprezentiranja informacija i komunikacija specifinih ideja. Glavne tri karakteristike ovihmedija su multimodularnost informacija (omoguavanje spoznavanja informacija razliitimulima), mnogostruko kodiranje sadraja (njihovo predstavljanje u razliitim oblicima) i

mogunost izgraivanja interaktivnosti u nastavi. Prvo poglavlje ovog rada upravo jeposveeno karakteristikama modernih medija.

Drugo poglavlje osvre se na metodiku koritenja mutimedija u nastavi fizike.Polazi se odideje da moderni mediji sami po sebi ne mogu unaprijediti nastavnu praksu iz fizike. Za

ostvarivanje njihovih didaktikih potencijala, u konanici je odgovoran samnastavnik. Radiukazivanja na empirijsku utemeljnost iznesenih tvrdnji, u ovom poglavlju su izloeni rezultatinekih istraivanja primjene multimedije u praksi.

Kada je vizualizacija fizikalnih sadraja i situacija u pitanju znaajno mjesto zauzimaju

simulacije. Tree poglavlje rada osvre se na kreiranje modela i simulacije.

Centralno mjesto u ovom radu posveeno je izuavanju tzv. Physleta (PHYSical appLET),malih Java apleta koji prema mnogim istraivanjima predstavljaju veoma vrijedan metodikialat za konstruisanje nastave fizike u duhu potreba koje nam namee 21. vijek. PrednostPhysleta u odnosu na veinu ostalih edukacijskih softwarea, sastoji se u postojanju velikog

broja sistematski razvijenih ilustracija, eksploracija i zadataka za gotovo svaku tematsku

cjelinu iz opte fizike. Dok je ustaljena praksa koristiti simulacije za potrebu vizualizacijefizikalnih sadraja, Physleti ukazuju na injenicu da simulacije mogu biti vjerovatno i od veekoristi, ukoliko se primjenjuju za potrebe eksploracije i rjeavanja fizikalnih problema.

U sklopu izuavanja Physleta u ovom radu istaknuta je njihova vrijednost s aspektakognitivne psihologije, a ponuen je i osvrt na metodiku njihove primjene. U ovom dijelurada objanjene su i tehnike pojedinosti koje se odnose na proces instaliranja Physleta nalokalni raunar i modifikaciju istih za potrebe nastave fizike, a sve radi podsticanja njihoveto jednostavnije, efikasnije i ireprimjene u praksi.

U zavrnom dijelu predstavljena su tri konkretna primjera upotrebe Physleta u nastavi. Uokviru prvog primjera, cilj je da uenici mjerenjem zavisnosti preenog puta od vremena,relativno samostalno istrae kakvo kretanje, s aspekta kinematike, slobodan pad predstavlja.

Drugi primjer ilustrira svojstvo interaktivnosti Physleta, dok trei primjer ukazuje nainjenicu da Physleti mogu biti efikasno iskoriteni kao podrka eksperimentalnoj metodi.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

5/50

5

1. Mediji u nastavi fizike

U didaktici fizike pod medijima openito podrazumijevamo sva sredstva koja su u stanjuposredovati informacije. Nastavnicima mediji slue za olakavanje procesa pouavanja, dok

uenicima pomau u procesu uenja (Kircher, Girwidz & Haeussler, 2009). Moderna nastavafizike proeta je koritenjem velikog broja raznovrsnih medija. Meutim, postavlja se pitanjeda li mediji sami po sebi mogu da utiu na kvalitet nastave fizike. Didaktiari fizike sloni suu odgovoru da to nije mogue. Mediji su samo u onoj mjeri efikasni, koliko nastavniciuspijevaju da iskoriste njihove didaktike potencijale. Sa porastom kompleksnosti iinformacijskih kapaciteta medija, rastu i zahtijevi na kompetentnost nastavnika kada je u

pitanju primjena pomenutih medija u procesu pouavanja. Kircher, Girwidz & Hauessler(2009) istiu nesklad izmeu nivoa tehnolokog napretka i napretka pedagokih vjetinanastavnika. U skladu s tim, korisno je poznavati didaktike potencijale razliitih medija,

paljivo pristupati selekciji istih, te detaljno planirati metodiku njihove primjene u okvirunastavnog asa. Bitno je napomenuti, da nije korektno govoriti o tome da je jedna vrstamedija kvalitetnija od neke druge vrste medija. Usporedba adekvatnosti primjene razliitihvrsta medija ovisi o konkretnom nastavnom cilju. Tako npr. koritenje table moe bitiadekvatniji izbor ukoliko imamo za cilj demonstrirati sam proces izvoenja neke fizikalneformule, ali nam interaktivne simulacije pravilnosti na koju se fizikalna formula odnosi mogu

znaajno olakati stvaranjem vizualnih mentalnih modela vezanih za odgovarajue fizikalnepojave od interesa. U tom smislu, mediji se mogu primjenjivati komplementarno.

S obzirom na tehnike aspekte, razlikujemo tzv. predtehnike medije (npr. tabla, knjiga,

tablica) i tehnike medije, koji se dalje dijele na audio-medije (npr. cd-player), vizuelnemedije (npr. grafoskop) i audiovizuelne medije (npr. televizija, raunar). Pomenute vrstemedija posreduju dakle informacije u audio (slunom) obliku, vizuelnom obliku iaudiovizuelnom obliku. Reprezentacija i koliina informacija koje dospijevaju dokratkoronog pamenja, utiu na prirodu i daljnju kognitivnu obradu tih informacija, a samimtim i na procese uenja.

Prije nego to neto detaljnije razmotrimo didaktike potencijale i metodike aspekte primjenemodernih medija u nastavi fizike, radi ostvarivanja holistikogpristupa, najprije emo izloitinajosnovnije pojedinosti koje se odnose na klasine medije u nastavi fizike.

1.1.Klasini mediji

Klasini mediji koji se najee koriste u nastavnoj praksi fizike su tabla, grafoskop,udbenik/tekstualni izvori informacija i radni listovi.

Tabla je medij koji i u modernoj nastavi fizike zadrava svoj izuzetni znaaj. Primjena ovogmedija je jednostavna, a kljuna prednost ovog medija sastoji se u olakavanju efikasnogkomuniciranja naina fizikalnog razmiljanja. Kao takva, tabla pospjeuje razvijanje

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

6/50

6

kognitivnih procesa bitnih za rezonovanje u fizici, te ujedno uenicima olakava organiziranjei spremanje znanja u dugorono pamenje.

Radni list moe ispunjavati vie didaktikih funkcija. Omoguava uenicima uvid u dodatnesadraje (npr. sadraji kojih nema u udbeniku), nudi mogunost produbljivanja znanja (npr.

upute za provoenje niza aktivnosti, tj. moderiranje procesa aktivnog uenja) i prikupljanjapovratnih informacija (formativno vrednovanje znanja).

Veliki je raspon izvora i materijala koji se moe upotrijebiti u nastavi fizike. Potrebno jevoditi rauna o primjerenosti tih izvora i materijala za predviene obrazovne rezultate.

Nastavnici koriste:

- uu strunu literaturu (fakultetski udbenici ope fizike, metodike nastave fizike,nauna i struna djela iz ope fizike i metodike nastave fizike pisana kao posebne

cjeline ili kao nauni i struni lanci i dr.),- ire strunu literaturu (iz razliitih oblasti fizike i njene primjene, pedagogije,didaktike, psihologije i dr.).

Kako nastavnik fizike mora biti iroko obrazovan, naravno da ovom popisu literature trebadodati i dijelove nadgradnje kulture.

Obaveznu literaturu za uenike ine:

- udbenik fizike (osnovni tekst),- zbirka zadataka,

-

praktikum iz fizike

Nadlena ministarstva odobravaju udbenike za upotrebu u kolama, a nastavnik fizike imaslobodu odabrati udbenik za koji smatra da je najprikladniji za njegove uenike.

Ovome treba dodati i razne prirunike za proireno i produbljeno izuavanje pojedinih oblastifizike [1]. Grafoskop predstavlja nastavno sredstvo koje se u nastavi fizike tradicionalno

koristi radi prikazivanja vizuelnih reprezentacija. Osim to je grafoskop mogue koristiti zapredstavljanje slika, on moe biti i u ulozi pomonog sredstva pri izvoenju demonstracionihogleda iz fizike. Na taj nain grafoskop u nastavi fizike moe znaajno doprinijeti

zadovoljavanju didaktikog principa zornosti.

1.2. Modern i medij i u nastavi fi zike

1.2.1.Didaktiki potencijalimodernih medija

Izvori tekstualnih i grafikih informacija meusobno se razlikuju u tom pogledu da izvoritekstualnih informacija prezentiraju informacije u vidu svojevrsnih linearnih sekvenci dok

izvori vizualnih informacija sve informacije ueniku nude simultano [7]. Implikacije ovakvihrazlika su s aspekta procesiranja informacija za uenika ogromne. Kognitivno procesiranje

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

7/50

7

tekstualnih informacija se usmjerava samom strukturom teksta, dok je u sluaju izvoravizualnih informacija samo procesiranje informacija u veoj mjeri preputenosamom ueniku(tok procesiranja kontrolie uenik). Zbog toga je radi efikasnijeg koritenja informacijavizualnog tipa u nastavi i prilikom uenja openito, nuno iznijeti dodatne napomene koje seodnose na potrebu usmjeravanje panje uenika na specifine aspekte vizualizacije.

Opisani problem, posebno je relevantan za nastavu prirodnih nauka jer je razvijanje dubokog

razumijevanja naunih pojava uslovljeno razumijevanjem kauzalnih odnosa, a kauzalniodnosi su sa svoje strane u biti sekvencijalne prirode.

Svaki medij je specifian po tome to omoguava i olakava primjenu odreenih nastavnihmetoda. Primjena multimedijalnih sadraja tipino ukljuuje raznovrsne simbolike sisteme,to kod uenika plijeni panju i potie ga na aktivno uenje. Efekti multimedije na motivacijuuenika su veliki. Uenik bolje shvata uzrono - posljedine veze izmeu nekih pojava i

motivisan je za samostalo uenje fizike. U tom pogledu moderni mediji su potencijalnonadmoniji od nekih tradicionalnijih medija.

Moderni mediji su veeg kapaciteta od tradicionalnih kada je u pitanju mogunostprezentiranja informacija i komunikacija specifinih ideja. Glavne tri karakteristike ovihmedija su multimodularnost (omoguavanje spoznavanja informacija razliitim ulima),mnogostruko kodiranje sadraja (njihovo predstavljanje u razliitim oblicima) i mogunost

podsticanja interaktivnosti u nastavi (multimedija). S aspekta psihologije uenja pomenutasvojstva modernih medija, obezbjeuju potencijal za uspjeno komuniciranje i interakciju unastavi. Meutim, s didaktikog aspekta, ovi faktori prije utiu na povrinsku nego nadubinskustrukturu nastavnog procesa.

Multimodularnost

Multimodularni sistemi ukljuuju vei broj senzornih sistema. Mayer (1997.) pri tomeposebno naglaava mogunosti da se ilustracije poprate govorom, kao veoma interesantne sametodikog aspekta. Moreno i Mayer (1998.) takoer su doli do rezultata da su animacijedjelotvornije za uenje ako je u njih ukljuena i akustina komponenta. Oni to objanjavajuspecijalizacijom mozgovnih hemisfera i injenicom da operativno pamenje ini sistem zaobradu verbalnih i sistem za obradu slikovnih simbola [2]. Zbog toga je uenje upravonajefikasnije kada mozak sinhronizovano obrauje i predodbene i verbalne sadraje.

Mnogostruko kodiranje

Za Girwidza (2004.) je pored djelovanja na razliita ula, jedno od najbitnijih obiljejamultimedije i obilje mogunosti razliih reprezentacija jednog te istog objekta uenja.Prezentiranje informacija u razliitim oblicima je veoma bitno za efikasno uenje, jer se

barem u poetnoj fazi obrade informacija vri specifino kodiranje te informacije. Obradatekstualnih i slikovnih sadraja u mozgu ak je i fizioloki razliita, to potvruju i

istraivanja o specijalizaciji mozgovnih hemisfera (Springer&Deutsch, 1998.). Razliitikodovi nude i razliite mogunosti izraavanja, ali se razlikuju i po zaht ijevnosti.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

8/50

8

Schnotz i Bannert (2003.) su utvrdili da ve razliiti oblici vizualizacije dovode do stvaranjarazliitih struktura znanja, sa specifinim mogunostima upotrebe. Ilustracije nemaju nuno

pozitivni uticaj. Uenici koji su manje uspjeni u veoj mjeri profitiraju na osnovuilustriranog teksta. Naime, uspjeniji uenici i bez ilustracija najee uspijevaju da konstruiui nadograuju adekvatne mentalne modele [2].

Vizualizacija je korisna u sluaju kada se unaprijed odrede cilj i zadaci koji se njome elepostii, a u suprotnom moe doi do interferiranja sa predkoncepcijama uenika to dodatnooteava uenje (Schnotz&Bannert,2003.).Moemo zakljuiti da je od krucijalnog znaaja dase primjena medijabrino planira i izvodi, i to tako da se kroz nju ostvaruju odreeni ciljevi izadaci nastave.

Interaktivnost

Rezultati edukacijskih istraivanja istiu takoer znaaj samostalnog kotrolisanja procesa

uenja od strane uenika. Raunar u tom smislu moe da bude veoma koristan. Interaktivnimediji omoguavaju ueniku da mijenja odreene parametre (npr. vrijednosti fizikalnihveliina), te da neposredno uvia posljedice koje promjene tih parametara imaju (npr.

posljedice po tok fizikalne pojave). Na taj nain uenicima se olakava izgradnjaekplanatornih mentalnih modela fizikalnih pojava.

Interaktivni mediji podstiu i razvijanje kreativnosti. Prema Issingu i Strzebkowskom (1997.)moe se tek govoriti o istinskoj kreativnosti ukoliko vrijedi:

- Da uenici ispoljavaju svoju kreativnost tako to i sami modificiraju nastavu i utiu na

izgradnju nastavnog procesa,- Da software na dinamian i adaptivan nain reaguje na akcije uenika,- Da uenici mogu preuzeti upravljanje nad procesom uenja, - Da uenicima medij po potrebi nudi smjernice ka pravom rjeenju.

to se tie komunikacije uenik- medij predvia se dabudunost sa sobom nosi jo bogatijenaine interakcije (govorna, kamera i dr.) nego to je to dosada bio sluaj. Na korisniku je da

prepozna tehnike komuniciranja, da ih razumije i zna primjeniti na pravi nain. injenica jeda novi multimedijalni paketi nude dosta pogodnosti za interakciju i upravljanje, ali u isto

vrijeme od korisnika zahtijevaju veu sistematinost, organizatorske i metakognitivnesposobnosti.

Kada govorimo o didaktikim potencijalima modernih medija, moemo zakljuiti da nammoderni mediji nude mogunost bogatog, fleksibilnog i varijabilnog predstavljanja fizikalnihstvarnosti. U odnosu na tradicionalne medije posebno ih izdvaja svojstvo interaktivnosti, koje

se pokazalo kljunim za obezbjeivanje aktivnog uenja fizike (Hake, 1998.). Ipak, ukoliko semoderni mediji u nastavi koriste tek radi dekoracije inae tradicionalnog predavanja, pozitivniefekti njihove primjene izostaju [1].

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

9/50

9

1.2.2. Moderne tehnologije kao urednici toka nastave i uenja

Moderne tehnologije kao urednici toka nastave i uenja mogu da se primjenjuju na dva, uosnovi razliita naina.

S jedne strane, raunar moe da posreduje na relaciji nastavnik - uenik, u smislu daunapreuje njihovu komunikaciju. Tako npr. u osnovi Peer instruction nastavnog modela(Mazuur, 1997.) komunikacijske tehnologije, poput ClassTalk sistema ostvaruju kljunuulogu u procesu identificiranja miskoncepcija studenata., Kod ovakvih sistema omogueno jeda uenici putem posebnih ureaja (veliine kalkulatora) daju odgovor na nastavnikovo

pitanje viestrukog izbora, pri emu je uglavnom jedan od ponuenih odgovora taan dokostali predstavljaju ustaljene uenike miskoncepcije. Uenike odgovore obrauje i grafiki

predstavlja centralni raunar, te na taj nain nastavnik stie pravremeno jasan uvid u situacijuu razredu kada je konceptualno razumjevanje u pitanju. Shodno rezultatima ispitivanja

nastavnik odreuje svoje daljnje nastavne postupke i na taj nain je u mogunosti daefikasnije usmjerava proces konceptualne promjene u razredu. Komunikacijski sistemi poput

ClassTalk-aposebno su korisni onda kada se radi o predavanjima koja ukljuuju veliki brojstudenata. Pri radu sa manjim grupama high-tech se moe zamijeniti i sa low-techelementima, poput posebno obiljeenih kartona (opcije: A, B, C, D) ijim dizanjem ueniciispoljavaju svoje miljenjeo tanom odgovoru na pitanje viestrukog izbora(Redish, 2003.).U okviru JITT (Just In Time Teaching) pristupa od uenika se zahtijeva da u sklopudomaeg rada izmeu ostalog odgovore i na neka konceptualna pitanja, pri emu odgovore

pomou e-mail servisa alju nastavniku dan prije nastavnog asa. Pripremu za taj nastavni as

nastavnik onda upravo bazira na analizi pomenutih uenikih odgovora, to olakava proceskonceptualne promjene u sklopu samog asa i dovodi do utede vremena (Novak, 1999.).

Osim unapreivanja komunikacije na relaciji nastavnik - uenik (obezbjeivanja povratneinformacije), moderne nastavne tehnologije mogu znatno unaprijediti i sam tok uenja, tj.djelovati na relaciji nastavno gradivo - uenik. Na taj nain kompjuter postaje neto vie od

puke alatke pomou koje se vre prorauni on postaje dopuna tradicionalnim oblicimapouavanja (teorijska podloga bihevioristika teorija uenja). Wankat i Oreovicz (1993.)opisuju dva osnovna tipa primjene raunara kao urednika toka uenja. Prvi, drill-and-

practicetip,podrazumijeva proces tokom kojeg se pred uenika najprije postavi neko pitanje

na koje uenik zatim daje odgovor, da bi na kraju raunar (preciznije reeno,odgovarajuisoftware) ueniku pruio povratnu informaciju o datom odgovoru. Prednost primjene raunarakod ovakvog pristupa uenju ogleda se u tome da je povratna informacija gotovo trenutna, alii da je privatnog karaktera. Kvalitetni software-i koji omoguuju izvoenje programiranenastave odlikuju se kvalitetnom povratnom informacijom koja npr. ueniku sugerie mogueizvore njegovih pogreki. Nedostaci se ogledaju u tome da je raunar, za razliku od klasinogudbenika, u dosta veoj mjeri nepristupaan ueniku - knjigu moe itati na bilo kojemmjestu (Wankat i Oreovicz, 1993.). Tutorski tip programa je jo puno sloeniji od drill-and-

practice tipa. Jedna od njegovih temeljnih karakteristika sastoji se u tome da sadri i

prezentuje same nastavne sadraje. Obino se tako uenik u ovisnosti o datim odgovorima napostavljena pitanja vodi kroz razliite nastavne jedinke. Takoer, ovi programi svoju primjenu

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

10/50

10

nalaze i pri ovladavanju strategijama rjeavanja fizikalnih zadataka, pri emu seproporcionalno napretku uenika smanjuje broj pomonih sugestija koje ueniku nudisoftware (fading-tehnika) (Wankat i Oreovicz, 1993.) [1].

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

11/50

11

2. Metodiki aspekti primjene modernih medija u nastavi fizike

U javnosti se esto istiu optimistina predvianja shodno kojima bi moderne tehnologijemogle biti rjeenje za niz obrazovnih problema. Meutim, pomenute tvrdnje najee nisu

potkrijepljene vrstim dokazima. Rezultati brojnih edukacijskih istraivanja ukazuju na to damoderne tehnologije samo djelimino ispunjavavaju oekivanja, te se ujedno istie vanostnjihove kompetentne primjene radi obezbjeivanja plodotvornih nastavnih situacija kojeolakavaju uenje (Clark, 1994.). Iako su metodiki aspekti prepoznati kao veoma bitni, oni unajveem broju izvjetaja o empirijskim studijama primjene modernih medija ostanu u sjeniopisivanja same tehnologije i uenikih stavova u odnosu na moderne tehnologije (Mayer,1997.).

Potpunije razumijevanje problema efikasnosti primjene modernih medija u nastavi, mogue jerazviti tek na osnovu odgovarajuih teorija iz kognitivne psihologije.

U tom smislu naroito je bitna teorija kognitivne optereenosti. Teorija kognitivneoptereenosti se bavi pitanjem zahtijevnosti procesiranja informacija u radnoj memoriji.Sweller (1994.) razlikuje intrinzinu i ekstrinzinu kognitivnu optereenost. Intrinzina jerezultat prirode samih sadraja radne memorije dok je ekstrinzina posljedica pouavanja tese na nju moe i uticati. Osim toga, Sweller (1994) spominje i relevantnu kognitivnuoptereenost koja odraava kognitivni napor koji doprinosi konstrukciji shema (skupova

povezanih elemenata znanja). Efektivna nastava smanjuje ekstrinzinu, a poveava relevantnuoptereenost.

Nastavni sadraji se mogu znatno razlikovati s obzirom na mjeru u kojoj optereuju radnu

memoriju. Optereenost radne memorije ovisi o broju elemenata koji se u njoj morajusimultano procesirati, a taj broj ovisi o stepenu interaktivnosti tih elemenata. Element moe

pri tome predstavljati bilo ta to je naueno ili to tek treba nauiti.Interaktivnost elementa ovisi o mjeri povezanosti elementa sa drugim elementima. Tako za

simbole iz periodnog sistema elemenata moemo rei da su relativno meusobno izolovani uenje oznake za eljezo ne utie na uenje oznake za bakar. Zbog toga se u tom sluajugradivo moe usvajati linearno, dio po dio. To ima za posljedicu da je optereenost radnememorije puno manja u odnosu na sluajeve gdje se zbog interaktivnosti elemenata gradivomora usvajati simultano.

Polazei od razliitih psiholokih teorija koje se odnose na procesiranje informacija; Mayer

(1997) preporuuje da prilikom primjene modernih medija u nastavi fizike vodimo naroitorauna o sljedeim stavkama [2]:

1. Dualno kanalisanje informacija informacije prezentovane u vizualnom/slikovnomobliku procesuiraju se putem jednog kanala, a informacije audio/verbalne prirode

putem drugog kanala;

2. Ogranieni kapaciteti kod ovjeka se u isto vrijeme i unutar istog prijemnog kanalamoe procesirati samo mali broj fragmenata informacija u isto vrijeme;

3. Aktivno procesiranje do procesa uenja dolazi onda kada uenik iskazuje aktivnikognitivni angaman tokom suoavanja sa nastavnim gradivom, u smislu dausmjerava svoju panju na relevantne dijelove prezentovanog materijala, da pokuava

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

12/50

12

u nizu informacija koje prima da prepozna neku pravilnu strukturu i da povee noveinformacije sa sadrajima svog dugotrajnog pamenja;

4. Transfer- nova znanja, sposobnosti i vjetine moraju da iz radne memorije budutransferirana u dugotrajno pamenje.

Tako je npr. pokazano da uenici procesnastanka munje puno efikasnije savladaju ukoliko imse predooi kroz niz statinih slika, nego putem animacije (Mayer, 1997). Razlog tome lei u

jednostavnoj injenici da simulacija linearno (u kontinuiranom slijedu) prikazuje fizikalneprocese do kojih dolazi i uenik nije u stanju da sve kljune koncepte bitne za nastanak munjedri u radnoj memoriji i da ih integrie u jednu koherentnu cjelinu. Kada su mu ti koncepti

predoeni u vidu niza statinih slika on moe da ih obrauje pojedinano (nema kognitivnogpreoptereenja, uenik sam kontrolie proces uenja) i da konano izgradi koherentanmentalni model procesa nastanka munje.

Prilikom kreiranja multimedijalne prezentacije, ili odabira nekog obrazovnog software-a

kojeg namjeravamo koristiti u nastavi, preporuuje se uzimanje u obzir sljedeih principa dokojih se dolo analizom velikog broja istraivanja [2]:

1. Princip multimedije - Dublje uenje se dogaa kada se uz verbalne koriste i slikovnapredstavljanja.

2. Princip kontiguiteta - Dublje uenje se dogaa ukoliko se verbalna i slikovnapredstavljanja deavaju istovremeno.

3. Princip koherentnosti - Dublje uenje se dogaa kada se suvine rijei, zvukovi i slikeizostave.

4.

Princip modaliteta - Dublje uenje se dogaa kada se rijei prezentuju u vidu naracije,prije nego li u vidu teksta na ekranu.5. Princip redundandnosti - Dublje uenje se dogaa kada se rijei predstave u vidu

naracije prije nego li i kao naracija i kao pisani tekst istovremeno.

6. Princip interaktivnosti - Dublje uenje se dogaa kad su uenici u mogunosti dakontroliraju tok prezentacije nego kada nisu.

7. Princip signalizacije - Dublje uenje se dogaa kada su kljuni koraci unutar naracijeposebno naglaeni (oznaeni) nego kada nisu.

8. Princip personalizacije - Dublje uenje se dogaa kada se rijei prezentuju ukonzervacijskom stilu nego u formalnom stilu.

9.

Princip segmentacije - Uenje se unapreuje ukoliko se neko sloeno tivo razloi namanje koherentne cjeline, koje se zatim usvajaju sekvencijalno.

Neovisno o konkretnim svojstvima pojedinanih medija, nuno je prilikom planiranja njihoveprimjene u nastavi precizno formulisati ciljeve uvoenja istih, uvaavati i imati u vidupredznanje i potencijale uenika, poznavati i uzimati u obzir karatkeristike nastavnogokruenja kao cjeline, te najzad precizno pojasniti koje mjesto primjena mult imedije zauzimau sloenom konstruktu kakav je nastavna priprema za as.

Primjena multimedije treba da se teno uklapa u tok nastavnog asa i da je uvijek u funkciji

ispunjavanja nastavnih ciljeva. S tim u vezi je od posebnog znaaja da nastavnik prije as aosmisli nain na koji e razviti razrednu diskusiju (i tako iskoristi kapacitet modernog medija)

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

13/50

13

koja se tie fizikalnog sadraja predstavljenog pomou medije. U tom smislu je nuno polazitiod predkoncepcija uenika kako bi se na to efikasniji nain kroz nastavu ostvario proceskonceptualne promjene. Jedan od naina koji se doista iskazao u praksi je tzv. predict-observe-explaintehnika, koja provjereno potie interaktivnost u nastavi fizike.

Tokom samog koritenja multimedije znaajno je da nastavnik usmjerava panju uenika nanajvanije aspekte demonstriranog sadraja, jer inae postoji velika opasnost da se ogranienikapaciteti radne memorije koriste za procesiranje nerelevantnih sadraja.

Ukoliko primjena multimedije ili obrazovnog software-a nije efikasno metodiki osmiljenadeava se to da je uenici ne shvataju ozbiljno (smatraju je igrom). Da bi se izbjegle ovakvesituacije potrebno je uenicima prilikom koritenja software-a postavljati to vie pitanja idavati im to vei broj uputa koje e ih usmjeravati ka ispunjenju nastavnih ciljeva. Takoer

je tom smislu korisno da uenicima software predstavimo kao pomoni alat pomou kojegmogu analizirati npr. pogreke koje su napravili tokom provjere znanja, kako bi se uvjerili uto da im on moe pomoi da unaprijede svoje uenje. Takoer, bi se opisani probelm efikasnomogao prevazii koritenjem modernih medija radi same provjere znanja (npr. ocjenjivanjeuenikog znanja na osnovu njegovog rjeavanja zadatka zadanog u vidu simulacije).

2.1. Empirijski pokazatelji odrivosti teorija o uenju pomou modernih medija

Mayerovi teorijski principi uenja pomou modernih medija, izloeni su empirijskoj provjeri

u autentinim kontekstima. Tako je npr. provedeno istraivanje u okviru kojeg su uenicirazmatrali fizikalne aspekte pojave prikazane u popularnom videu Padajue Make(v. Slika1). U viegodinjem vremenskom razdoblju, ova petominutna animacija prikazivana jestudentima prve godine fizike na Univerzitetu u Sydneju. Pri tome je koritena tehnika fokus-grupa.

Slika1. Frejm iz animacije Padajua Maka

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

14/50

14

Formirane su 3 homogene grupe s obzirom na predznanje fizike kod studenata

(ispodprosjeno, prosjeno i natprosjeno uspjeni studenti). Video padajua makapredstavljao je intervenciju koja je studentima trebala pomoi da usvoje koncept terminalnebrzine. Istraivai su bili zainteresovani za efekt videa na uenje kod studenata, ali i za nainna koji su studenti procesirali informacije predstavljene video-snimkom, te njihove stavove

prema video - snimku. Jedan od bitnih ciljeva sastojao se u provjeri postojeih teorija ouenju pomou multimedije.

Radi analize transkripta grupnih intervjua koriten je pristup utemeljene teorije(Strauss&Corbin, 1998). Analizirani su i poreeni komentari uenikaiz razliitih fokus-grupa,Ti komentari su s obzirom na znaenje svrstavani u krupnije kategorije znaenja kako bi seuvidjele ire pravilnosti i dublja znaenja. Ispostavilo se da su studenti iz svih skupinarelativno dobro usvojili pojam terminalne brzine, s tim da su, shodno oekivanjima,ispodprosjeno uspjeni studenti iskazali najvei broj miskoncepcija.

Studentski stavovi o didaktici primjene modernog medija bili su jako slini u sve tri grupe.Tako su npr. studenti u najveem broju istaknuli korisnost ivopisnih ilustracija popraenihgovorom, to ide u prilog teoriji o dvojnom kanalisanju informacija. Koristan je i rezultat,shodno kojem su studenti sa niim nivoom predznanja istaknuli da su im jarke boje i zvuk uodreenim momentima odvlaili panju, to dodatno potkrepljuje teoriju kognitivneoptereenosti[5].

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

15/50

15

3. Simulacije u nastavi fizike

3.1. ta su simulacije?

Pojednostavljeno bismo mogli rei da simulacijapredstavlja apstraktni model pojava stvarnogsvijeta. Postoje dva tipa simulacija: operativni i konceptualni. Operativne simulacije su

dizajnirane za razvijanje proceduralnih vjetina, dok su konceptualne simulacije usredotoenena razvoj domenski specifinog i stratekog znanja i vjetina. Operativne simulacije koritenesu za obuku softwareskih aplikacija, medicinskih postupaka kao i za obuke poput upravljanja

avionom i industrijskim kontrolama poslovanja. Nasuprot tome, konceptualne simulacije su

namijenjene za izgradnju znanja o specifinim domenama kao i razvoju vjetina rjeavanjaproblema [2].

3.2. Simulacije fizikalnih sadraja

Raunar u nastavi fizike moe imati veoma korisnu primjenu. Raunar u nastavi fizike, uosnovi moe posluiti, s jedne strane za potrebe akvizicije i obrade podataka, te s druge stranemoe unaprijediti komunikaciju ideja meu sudionicima nastavnog procesa.

U nastavnoj praksi raunar se veoma esto koristi kako bi se predstavilijako elementariziranireprezenti odreenih fizikalnih sadraja/pojava. Ti reprezenti esto se nazivajuanimacijama.Animacije se odlikuju time da najee omoguuju jednosmjernu komunikaciju na relacijikorisnik - software, tj. ne omoguavaju neki oblik interakcije (tipian primjer su gif-animacije). Njihova uloga se uglavnom svodi na demonstriranje toka nekog fizikalnog

procesa, na isticanje kauzalnih veza i odnosa i ilustraciju naina na koji funkcioniu nekiureaji.

S druge strane, pod raunarskom simulacijom podrazumijevamo oponaanje realnih procesaposredstvom raunara, a na osnovu formalnih (analitikih, numerikih ili grafikih)modela(Mikelskis, 2006.). Razlika izmeu animacije i simulacije je dakle oita - potomodeli sadre neke tipine parametre i granine uslove, simulacije omoguavaju interakciju u

okviru koje se variranjem parametara moe uticati na ishode simulacije.

Promatrano s metodikog aspekta, primjena simulacija i animacija u nastavi moe da budejako korisna ukoliko se bazira na dobrom razumijevanju misaonog procesa uenika.

U nastavku emo navesti neke openitije odlike uenja koje mogu pro istei kao rezultatefektivne primjene simulacije u nastavi [3]:

1. Simulacije pomau uenicima da poveu razliite naine predstavljanja nekog fizikalnogzakona. Naime, u fizici predstavljamo znanje o nekom fizikalnom sistemu na dosta

razliitih naina: usmenimputem, jednainama, primjenom grafikona, dijagrama, tabela,

vektorskim predstavljanjem itd. Postoji dosta naznaka da mnogi uenici imaju znaajnih

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

16/50

16

potekoa ne samo pri procesu samostalnog kreiranja ovih razliitih reprezentacija, nego ipri samom njihovom tumaenju kao i meusobnoj povezanosti istih. Prikazivanjemanimacije dinamikog sistema i njegovim povezivanjem sa odgovarajuim koordinatnimsistemom, u kontekstu nastavne jedinke koja se prouava, znaajno se pomae uenicimada razviju sposobnosti upotrebe i tumaenja razliitih naina predstavljanja fizikalnog

problema.

2. Simulacije pomau uenicima da shvate fizikalne jednaine kao uzajamne veze razliitih

mjerenih fizikalnih veliina. Naime, mnogi studenti u uvodnim kursevima fizike tretirajujednaine kao da su one samo nain da se prorauna vrijednost tamo neke varijable ili dase odredi neki broj kao rjeenje sistema jednaina. Meutim, fizikalne jednaine

predstavljaju uzajamne veze izmeu razliitih mjerenja ili posmatranja. Pokretanjemsimulacije u kojoj studenti mogu varirati odgovarajue parametre i posmatrati efekte tih

varijacija dolazi do znatnog obogaivanja uenikovog shvatanja fizikalnih jednaina.

3. Simulacije pomau uenicima da razvijaju mentalne modele fizikalnih sistema. U nekim

sluajevima uenici nemaju potrebno iskustvo ili mo imaginacije da bi mogli sebi izonog to itaju ili sluaju na predavanjima izgraditi jasnu, koherentnu sliku nekogfizikalnog koncepta. Oni u tom sluaju memoriu pojedine dijelie gradiva, ali poto tidijelii nisu ugraeni u jednu konzistentnu, samoodrivu strukturu, dolazi dozaboravljanja memorisanog gradiva i zbunjujue predodbe o istom. U fizici, mnoge odnaih koherentnih slika su u obliku mentalnih modela - predodbi intereagirajuih

objekata koji imaju razliite kvalitete i mjerljive osobine. Vizualizacijama kojepredoavaju pomenute osobine uenicima se pomae da izgrade odgovarajue mentalnemodele.

4. Simulacije mogu potaknuti uenike na vei angaman u nastavi i funkcionalnije usvajanjeznanja, vjetina i sposobnosti kroz aktivno uenje. Istraivanja u oblasti nastave pokazalasu u mnogo navrata da uenici ue mnogo bre i efikasnije ako su u poziciji da samostalnokontroliu nastavni proces, tj. ako su i sami ukljueni u njega. Tako, ukoliko imamosimulacije koje uenici mogu koristiti da bi samostalno istraivali neku pojavu, dolazi do

izgradnje efikasnijeg uenja.

5. Simulacije mogu da poslue kao neka vrsta mape na kojoj uenici mogu da objasne iopiu sopstvena shvatanja jedni drugima. Naime, istraivanja u obrazovanju pokazuju dakreiranje nastavnog okruenja u kojem uenici jedni drugima prenose svoja razmiljanjastvara veoma plodnu radnu atmosferu koja je preduslova za interaktivnu nastavu

I pored navedenih pozitivnih osobina primjene simulacija u nastavi fizike, nastavnik ipak

treba da bude oprezan i kritian u vezi sa primjenom simulacija. Naime, nastavni proces ni ukom sluaju ne bi trebao da se odvija samo kroz predoavanje simulacija - nuno je odabrati

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

17/50

17

metodiki povoljan trenutak za njihovo prikazivanje, tako se simulacije npr. mogu pogodnokoristiti za kreiranje problemskih situacija pri prelasku na obradu novog gradiva ili pri

ponavljanju i utvrivanju gradiva kada je potrebno produbiti i uvrstiti steeno znanje.

Pretjerana upotreba simulacija vodila bi ka jednolinosti u nastavi, simulacije bi se posmatrale

kao svijet za sebe ime bi se izgubila veza sa stvarnom okolinom i raznovrsnost u nastavi kaoglavna karakteristika koju namee didaktika modernoj nastavi.

Moemo dakle zakljuiti da je uvoenje simulacija proces sukladandobu u kojem ivimo,meutim istovremeno se preporuuje oprez i kritinost pri primjeni softwareskih paketa inaglaava se nezamjenjivost tradicionalnog eksperimenta, pri emu se simulacije esto mogukoristiti kao efikasna popratna logistika eksperimentu.

3.3. Kreir anje modela i simulacije

Zakonitosti do kojih se dolazi u fizici opisuju se kroz modele, a postupak pronalaenjazakonitosti predstavlja u stvari proces kreiranja modela. Pod modelom ovdje

podrazumijevamo reducirani reprezent realnih objekata ili procesa ija se svojstva (odnosnoparametri) mogu samo u odreenoj mjeri obuhvatiti (Mikelskis, 2006.).

Raunarski software-i za kreiranje modela omoguavaju da se pojave koje slijede iz modelausporede na stvarnim pojavama, te da se izvode iterativne modifikacije teorijskog modela dok

se ne postigne slaganje putem teorijskog modela izvedenih posljedica sa stvarnim pojavama.

Primjena raunara je u nekim sluajevima korisna i ukoliko teorijski model ve postoji, npr.kad je potrebno izvriti numeriko rjeavanje diferencijalnih jednaina.

Takoer se obradom podataka eksperimentalnih mjerenja pomou spreadsheets-programamoe doi do fit- krivih koje pokazuju matematiku zavisnost izmeu veliina predstavljenihekseprimentom, tj. na taj nain se moe ispitati kako te veliine ovise jedna o drugoj.

Preduslovi koji trebaju biti ispunjeni kako bi se raunari mogli koristiti kao podrka izgradnjimodela (Mikelskis, 2006.):

-

Uenicima je jasan znaaj i uloga kreiranja modela u spoznajnom procesu fizike,- Uenici su sposobni da samostalno modeliraju neke jednostavne pojave, - Uenici se znaju koristiti software-om kako bi simulirali ovu pojavu,- Uenici su sposobni tumaiti ishode simulacija u kontekstu realnih procesa.

Jedan od najpristupanijih software-a koji se mogu koristiti kao podrka kreiranju fizikalnihmodela jeste MS Excel. Osim spreadsheets-programa postoje i aplikacije kreirane posebno za

ovu namjenu kao to su Pakma, Dynasis i Stella. Openito se te aplikacije dij ele na sistemeorjentisane na fizikalne jednaine i sisteme orjentisane na grafiko predstavljanje. Kod prvekategorije model se sastoji iz niza jednaina (diferencijalnih jednaina), dok se kod grafikih

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

18/50

18

sistema modeli reprezentiraju putem dijagrama, a odgovarajue jednaine se generiraju krozsamu primjenu software-a [1].

3.4. Simulacije u kontekstu modernog pr istupa zadavanju zadataka

Jedan od vidova modernog pristupa zadavanju zadataka predstavljaju fizikalni zadaci koji su

postavljeni u kontekstu raunarskih simulacija. Konkretan primjer zadataka tog tipa su tzv.Physlet-zadaci.

Physlet-zadaci predstavljaju male Java - applete (simulacije) koji vizualno predoavaju nekefizikalne situacije, odnosno tok fizikalnih pojava, pri emu se od uenika zahtijeva da pruiodgovor na pitanje postavljeno vezano za predoenu situaciju. Ovaj metod zadavanja

zadataka dosta je vjerodostojniji prikaz procesa fizikalnog saznanja u odnosu na tradicionalninain. Ovo postaje jasno ukoliko se ima u vidu da se u okviru trad icionalne formulacijezadataka eksplicitno navode brojne vrijednosti fizikalnih veliina od interesa i zahtijeva

proraunavanje nepoznate veliine. Tako se uenicima praktino servira plug-and-chugpristup koji ne doprinosi unapreivanju znanja fizike. S druge strane, Physlet-zadaci seformuliu na takav nain da je za njihovo rjeavanje nuna konceptualizacija problema iuzimanje mjerenja (mogue oitavanje koordinata bilo koje take u prozoru koji prikazujesimulaciju). Takoer je ueniku najee na raspolaganju i viak podataka, tako da oni samimoraju izabrati informacije relevantne za rjeavanje zadataka [3].

Jedan od razloga za iroku rasprostranjenost plug-and-chug pristupa meu uenicima jeste itaj da su sami zadaci, koji se nalaze u naim udbenicima i zbirkama fizike, takvi daomoguavaju i potiu ovakav pristup rjeavanja problema. Naime, uglavnom se tu radi ozadacima u kojima se eksplicitno navode poznate i nepoznate veliine, te uenik esto i nemora ulagati misaone napore kako bi izvrio konceptualizaciju problema, nego djeluje po

principu najmanje akcije (shodno Piagetovoj teoriji ekvilibracije). Na taj nain se koduenika upravo i uvruju ve spomenute miskoncepcije o samoj prirodi znanja fizike, te serazvijaju negativne navike vezane za pristup rjeavanju fizikalnih zadataka.

Dakle, jedna od prvih prepreka koje je potrebno otkloniti kako bi se uenicima olakalo

ovladavanje strategijom rjeavanja zadataka, jeste preispitivanje samog naina njihovogzadavanja. Ovu problematiku su ponajvie izuavali P.Heller i Hollabaugh (1992.), i oninavode sljedee karakteristike koje bi trebale karakterisati poticajne zadatke:

- Postavka zadatka nije takva da otkriva eksplicitno poznate veliine i veliine kojetreba proraunati,

- Moe se desiti daje zadato vie podataka nego to je potrebno da bi se rijeio problem,- Neke informacije koje su potrebne za rjeavanje problema mogu se ponekad i

izostaviti ukoliko se moe lako procijeniti priblina vrijednost neke veliine,- Potrebno je postaviti smislene hipoteze da bi se rijeio problem.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

19/50

19

Ovi se zadaci najee zadaju u vidu problemskih situacija koje bi mogao doivjeti svakiuenik u svom svakodnevnom ivotu (odatle i uvrijeeni naziv context-richzadaci). Na tajnain se uspostavlja veza izmeu svijeta fizike i svakodnevnog ivota uenika (fleksibilnost ifunkcionalnost znanja), a djeluje se i na formiranje pozitivnih stavova kod uenika premafizici kao nauci i kao predmetu. Poznavanje fizike uenik poinje doivljavati kao neto tomoe unaprijediti kvalitetu njegovog svakodnevnog ivota. Na taj nain se razvija interes koduenika za uenjem fizike i pospjeuje kako intrinzina, tako i ekstrinzina motivacija.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

20/50

20

4. Physleti

Kao to je ve ranije istaknuto, Physletipredstavljaju male, prilagodljive Java aplete koji semogu koristiti u irokom spektru prilika u sklopu World Wide Web aplikacija. Postoje i

mnogi drugi Java apleti koji opisuju fizikalne pojave i koji su esto takoer dosta korisni zaupotrebu u nastavi fizike. Meutim, skupina apleta koje mi zovemo Physletima ima neke

posebne osobine koje ih ine posebno dragocjenim za nastavne svrhe.

Physleti su jednostavni za upotrebu. Grafika je jednostavna; svaki Physlet je dizajniran da bi

se neka pojava razmotrila iz samo jednog ugla i ne ukljuuje previe parametara istovremenokoji bi djelovali na uenike vie zbunjujue nego korisno. Iz ovih razloga Physleti nezauzimaju dosta prostora na raunaru to uveliko olakava download podataka sa interneta.

Njihovo svojstvo jednostavnosti ini ih dragocjenim i s aspekta teorije kognitivneoptereenosti.

Physleti su fleksibilni. Svi Physleti se lahko mogu kontrolisati pomou JavaScripta. Animatorse na primjer moe koristiti za simuliranje skoro svih problema koji ukljuuju sile ili estinetrajektorije. Samo JavaScript ne i Javapridruen datom problemu mora da se prepravljaukoliko za to postoji potreba. Bitna osobina Physleta je i mogunost uzimanja mjerenja ianalize/predstavljanja tih mjerenja, pri emu se koristi komunikacija izmeu raznih apleta.

Physleti su namijenjeni za Web-upotrebu.Oni se mogu pokretati sa skoro svake platforme i

mogu se ubaciti u skoro svaki tip html - dokumenta. Physleti se mogu koristiti kao element

skoro svakog nastavnog asa. Jo jedna njihova pogodnost je da se nalaze u slobodnoj

distribuciji te je tako omoguena slobodna razmjena preko interneta.

4.1. I nterakti vnost i Physleti

Mada internet ve danas sniava barijere kreiranja i distribucije obrazovnog software-a,njegova sposobnost da nudi aktivne sadraje bi gledano dugorono mogla biti od jo veegznaaja. Dosta napora u okviru tekue reforme nastave fizike ulae se na poveanje nivoainteraktivnosti u nastavi. U jednom iroko prihvaenom istraivanju objavljenom od straneRicharda Hakea u American Journal of Physics, uporeeni su kognitivni uspjesiinteraktivne nastave sa tradicionalnom nastavom baziranom na pukom izlaganju lekcija. Hake

tako definie interaktivnu metodu kao metodu koja se barem djelimino oslanja napromoviranje konceptualnog razumijevanja kroz interaktivni angaman uenika u heads-on(uvijek) i hands-on(obino) aktivnostima koje prate plodonosne diskusije meu uenicimamoderirane od strane nastavnika.

Interaktivne metode uenja mogu biti razliite sadrine. Postoji nastojanje da se ukljuiprimjena tehnologije s ciljem da nastava postane neto vie od pukog dijaloga nastavnika iuenika, to je npr. sluaj u okviru Peer Instruction pristupa (Mazur, 1997.). Drugi opet

koriste metode tutorskih vjebi da bi obogatili i dopunili svoja predavanja (McDermott,1998.). Jako efikasni su i pristupi koji se svode na uenje putem otkria u laboratoriju. Poznati

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

21/50

21

pristupi tog tipa su Fizika u stvarnom vremenu (Sokoloff, 1995.) ili radionice iz fizike(Laws,1997.). U okviru svih navedenih pristupa zahtijeva se da uenik igra jednu dostaaktivniju ulogu u procesu uenja, pri emu raste nivo interakcije izmeu uenika i nastavnikai istie se konceptualno razumijevanje, kao i sposobnost kvantitativnog rjeavanjaproblema.Hakeova istraivanja pokazala su da interaktivne metode dovode do poboljanjakonceptualnog razumijevanja uenika (Hake, 1998.). Iako je najveim dijelom efikasnostinteraktivnosti demonstrirana na unapreivanjukonceptualnog razumijevanja, to ne znai dase umanjuje sposobnost kvantitativnog rjeavanja problema konceptualno razumijevanje jedobar temelj za razvijanje sposobnosti za rjeavanje problema.

4.2. Osnovna klasif ikacij a mul timedij alnih softwarea

Pri kreiranju interaktivnog materijala korisno je razlikovati izmeu medijski - obogaenihproblema, kod kojih se koristi multimedija da bi se predstavilo ono to je opisano u samometekstu, i medijski - usmjerenih problema, kod kojih uenik koristi multimedijalni pristup zarjeavanje problema. Medijski - usmjereni problemi znaajno se razlikuju od tradicionalnih

problema u fizici i Physleti su veoma prikladni za njihovo predstavljanje. Razmotrimo jedan

primjer: u tradicionalno postavljenom problemu za kosi hitac zadaje se poetna brzina i ugaoelevacije i od uenika se trai da nau brzinu projektila u nekoj od taaka trajektorije. Ovajisti problem moe biti multimedijalno potpomognut animacijom uz tekst zadatka, ali ovodoprinosi veoma malo istinskom sagledavanju problema. Alternativa je formulisati ovaj

problem kao medijskiusmjerenPhyslet-problem kao to je prikazano na slici[2]:

Slika 2.

U ovom sluaju se ne zadaju brojevi u postavci problema, a od studenta se zahtijeva da naeminimalnu brzinu projektila tokom njegovog kretanja po trajektoriji. Uenik u ovom sluajumora razmotriti prirodu kretanja, primijeniti sa razumjevanjem odgovarajue fizikalnekoncepte i vriti mjerenja parametara za koje procijeni da su bitni za rjeavanje datog

problema (uenik pomou mia ita koordinate taaka u prozoru unutar kojeg se prikazuje

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

22/50

22

simulacija; jedinice se istiu u postavci zadatka). Ovakav pristup je znaajno razliit od onogkod kojeg uenici vie matematiki nego fizikalno analiziraju problem, prije nego gakvalitativno opiu (tzv. plug-and-chug pristup, Titus 1998.). Zahtijevanje od uenika dakvalitativno razmatraju probleme pozitivno utie na razvijanje sposobnosti rjeavanja

problema i konceptualnog razumijevanja fizike kod uenika (Larkin 1980., Leonard 1996.).

4.3.Istraivanja u oblasti nastave fizike i Physleti

Physleti, tj. sami apleti, predstavljaju alate koji nastavniku omoguuju da kreira inovativnetipove pitanja, problema, simulacija i interaktivnih situacija vezanih za fiziku. Kao jedno

nastavno pomagalo, Physlet moe da bude koriten na efektivan ili neefektivan nain u sklopujedne nastavne situacije. Efektivnost njegove upotrebe ovisi o:

- mjeri u kojoj se u datoj situaciji postavlja cilj konceptualne promjene,

- nainu na koji uenici analiziraju/procesiraju informacije predoene Physletom, kao ivaljanost smjernica koje im nastavnik pri tome nudi,

- mjeri u kojoj data nastavna situacija/sadraj uopte zahtijeva vizualizaciju,

- adekvatnosti odabranog Physleta za ispunjavanje datog nastavnog cilja.

4.4.Didaktiki potencijalif izleta

4.4.1. Physleti i novi pristup procesu rjeavanja fizikalnih problema

Kao to je ranije ve istaknuto, istraivanja su pokazala da uenici esto pri rjeavanjutipinih zadataka iz opteg kursa fizike primjenjuju tzv. plug-and-chugpristup. Kod takvog

pristupa uenik identificira zadate i traene veliine i onda pretrauje svoju memoriju traeionu formulu u kojoj se pojavljuju oznake odgovarajuih zadatih varijabli. Kada pronauformulu, uenici izraze nepoznate veliine preko poznatih, uvrste brojane vrijednosti i

prelaze na sljedei problem. Ovakvom pristupu rjeavanja zadataka nedostaju najbitnijiaspekti koji bi trebali biti prodiskutovani kod istinski vrijednog procesa rjeavanja zadatka:sagledavanje problema kroz identifikaciju relevantnih fizikalnih koncepta i principa,

povezivanje tih koncepta sa matematikom i diskutovanje krajnjeg rjeenja.

Meu istraivaima postoji uvrijeen stav da su uenici ponekad u stanju uspjeno rjeavatiirok spektar tradicionalno postavljenih problema, bez znaajnijeg razumijevanjaodgovarajuih fizikalnih principa i koncepta. Poto uenici nisu prisiljeni da konceptualiziraju

problem kada ga rjeavaju putem tradicionalnog pristupa, ne moe se oekivati da taj pristup

moe doprinijeti znaajnom napretku u dubinskom razumijevanju sadraja opte fizike.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

23/50

23

S druge strane, Physlet-problemi postavljeni su na takav nain da najee uopte i neomoguavaju koritenje plug-and-chug pristupa.Ovu tezu moemo ilustrirati u nastavkurazmatranjem karakteristika jednog tipinogPhyslet-problema:

Elektron ulijee u elektrino polje koje jepredstavljeno zelenom bojom (pozicija je

dana u centrimetrima, a vrijeme u

mikrosekundama).

Koliki je intenzitet el.polja, i kakav je njegov

smjer?

Elektron koji se prvobitno kree du x-ose,ulijee u homogeno elektrino polje koje jeusmjereno u negativnom smjeru y-ose

Elektron za 1,65 s proe kroz polje pri emuskrene njegova y-koordinata opadne za 14cm.

Koliki je intenzitet elektrinogpolja?

Tipina Physlet-postavka problema Tradicionalna postavka problema

Slika 3. Komparacija physlet- postavke i tradicionalne postavke problema

Kada se problem tradicionalno formulie ueniku se odmah zadaju veliine koje su odinteresa za rjeavanje problema (vrijeme prolaska elektrona kroz polje i otklon elektrona pritome). Ueniku se dakle ponude brojne vrijednosti za niz veliina koje se zatim mogu uvrstitiu formulu. Iako rjeavanje ovog zadatka zahtijeva vie koraka (nalaenje ubrzanja, sile, inajzad polja), plug-and-chugpristup je i u ovom sluaju primjenjiv. U Physlet verziji

problema, nema zadanih brojeva i varijabli. I pored toga, moglo bi se rei da imamo i viakpoznatih veliina. Koliina podataka koji se mogu prikupiti iz Physleta je skoroneograniena. Ovakva situacija zahtijeva od uenika barem minimum konceptualizacije prijealgebarskog naina rjeavanja problema. Uenici moraju odrediti koje su to veliine od

znaaja za rjeavanje datog problema i kako moemo doi do brojnih vrijednosti za teveliine. Tek onda se moe pristupiti rjeavanju problema.

4.4.2. Physleti kao alat za kvalitetniju procjenu razumijevanja fizike kod uenika

Ponekad kada nastavnici uenicima zadaju odreene zadatke, oni to ine jer su uvjerenja da birjeavanje odgovarajueg zadatka pomoglo uenicima u uenju. Tipian primjer koji ilustrujenavedeno sastoji se u zadavanju zadataka za domau zadau. U drugim prilikama, kao to suispiti, eli se provjeriti u kojoj mjeri su uenici savladali gradivo iz odreene oblasti. U tom

smislu, korisno je napomenuti da rezultati odreenih istraivanja pokazujuda Physlet-pitanja

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

24/50

24

imaju znaajne prednosti u odnosu na tradicionalna pitanja koja se postavljaju pri pismenojprovjeri znanja (Dancy, 2002.).

Istraivanja koja su proveli metodiari uporeujui uenike odgovore na tradicionalnopostavljena pitanja sa odgovorima na skoro identina Physlet-pitanja pokazala su da su

ueniki odgovori na jednu treinu pitanja bila znaajno razliit i. Pri tome je postojao jednakbroj sluajeva kod kojih je Physlet poboljao uspjeh i sluajevagdje je uspjeh bio vei kodprimjene tradicionalnih pitanja. Drugim rijeima, Physlet je esto imao uticaja na odgovoruenika, ali se ne moe rei da je uticao na poboljanje i pogoranje uspjeha.

Ovi rezultati, uzeti zajedno sa analizom individualnih think-aloud intervjua u kojima suuenici odgovarali na razliite vrste pitanja, navele su istraivae da zakljue da je Physletverzija pitanja dosta vjerodostojniji nain provjere znanja. Drugim rijeima, u sluajevimakada je Physlet umanjivao uspjeno savladavanje problema to je bilo iz razloga to je ovakavnain postavke problema, one uenike koji nisu posjedovali istinsko razumijevanje problema,naveo na nekorektan odgovor. Na primjer, na jedno pitanje postavljeno u tampanoj verzijiuenici su davali unaprijed memorisani odgovor, ali su pri prikazivanju Physleta davaliodgovor u iju su ispravnost zaista vjerovali. S druge strane, sluajevi kada je Physlet-verzijaunapreivala uspjeh mogu se povezati sa neadekvatnom interpretacijom i razumijevanjem

problema postavljenog u pisanom obliku. Kada bi uenici vidjeli Physlet imali bi boljupredstavu o tome ta se trai u zadatku i zbog toga su na adekvatniji nain mogli iskazatisvoje razumijevanje problema.

Najzad, dolo se do zakljuka da je uspjeh u rjeavanju tradicionalno postavljenih problema

bio u korelaciji sa verbalnim sposobnostima uenika, dok takva korelacija nije postojala kadasu u pitanju Physlet - verzije pitanja (korelacije su bile sa matematskim predispozicijama zaobadvije verzije pitanja). Pomenuti rezultat, shodno kojem verbalna sposobnost znaajnoutie na odgovaranje ispitanika na tradicionalno postavljena pitanja, je konzistentna sarezultatom da su postavke Physlet-pitanja generalno jasnija uenicima., Radi podizanjavalidnosti testiranja bitno je da se dobije jasna procjena uenikog razumijevanja, neovisno onjihovoj sposobnosti itanja. Iz tog ugla posmatrano su Physlet -pitanja dosta prikladnija zakoritenje u okviruprovjere znanja.

4.4.3. Jednostavnost Physleta

esto se deava da se obrazovne tehnologije razvijaju isto samo na bazi tehnolokihmogunosti, pri emu se didaktiki aspekti odgovarajuih softwarea pri tome stavljaju u drugi

plan. U sluaju Physleta nije koriten takav obrazac razmiljanja. Model Physleta ponikao jena idejama o to efektivnijem (konstruktivistikom) nainu poduavanja fizike. Rezultattakvih ideja je software koji nije dizajniran radi zabavljanja uenika arenim slikama, nego jeusmjeren na ostvarivanjebitnih didaktikih funkcija.

U skladu sa teorijom kognitivne optereenosti, teilo se ka tome da Physleti budu veoma

jednostavni - samo najvaniji aspekti neke fizikalne situacije su ukljueni u razmatranje.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

25/50

25

Prilikom kreiranja Physleta nastojali su se izbjei bespotrebni grafiki i zvuni efekti. Na tajnainstvoreni su preduslovi da se uenikskoncentrie na bit fizikalnog problema.

4.4.4. Dostupnost Physleta

Mnogi Physleti predstavljaju simulacije ogleda koji se izvode u tipinomkursu optefizike.Ni u kom sluaju to ne treba znaiti da Physlet-materijali trebaju zamijeniti koritenjeeksperimentalne metode u nastavi fizike. Ipak, zbog svojstva jednostavnosti dosta ciljeva

uenja koji se postiu koritenjem eksperimentalne metode trebali bi se moi postii iefektivnim koritenejm Physleta. Pri tome je Physletima esto jednostavnije rukovati negolaboratorijskom opremom. Jedan takav primjer je i predstavljen na slici ispod (slika 4.).

Slika 4. Physlet Nonius

Nonius omoguava mjerenje duine malih objekata (manjih od 20 cm). Uenici e kroz ovajfilzet nauiti oitavati duine razliitih objekata i to znanje primjeniti na rukovanje stvarnomlaboratorijskom opremom. Physlet se sastoji od 4 animacije u kojim je potrebno uitati duinurazliitih objekata. Zadnja animacija (Animation 4) ostavlja mogunost da uenici samidraguju auti u poziciju za mjerenje, a zatim izmjere njegovu duinu. Ova animacija, takoerostavlja mogunost nastavniku da sam namjesti nonius u neki poloaj i pita uenike da oitajutrenutni poloaj. Na taj nain moe provjeriti da li su uenici savladilioitavanje na noniusu.

Druga prednost Physleta je da su dosta jeftiniji od laboratorijske opreme i ne zahtijevaju

opravke. Ovo daje uenicima vie vremena da se misaosno angauju na zadacimaeksperimentalnog tipa, u kojima se obino mogu mijenjati razliiti parametri i promatratiishodi ovih promjena. to je jo vanije, uenici mogu raditi na Physlet-aktivnostima bez

potrebe za supervizijom,jer ne postoji opasnost po zdravlje uenika, kao ni opasnost po samuopremu. Takoer, vrijedi istaknuti da su aktivnosti uenja za uenike u Physlet -pristupu i

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

26/50

26

vremenski i prostorno neograniene, sve to je potrebno imati na raspolaganju jeste ispravanraunar.

Neke od navedenih stavova mogue je ilustrovati kroz sljedei primjer:

Slika 5. Fizlet u funkciji laboratorijskih ogleda

Ovaj problem je veoma slian tipinom laboratorijskom ogledu. Ovakvi se tipovi zadataka

esto postavljaju uenicima kao neka vrsta pripreme za rad u laboratoriji.

4.4.5. Metodika koritenjaPhysleta

Physleti su pogodni za primjenu u sklopu razliitih nastavnih pristupa i na razliitim nivoimaobrazovanja. Naime, u zadnje vrijeme prepoznaje se potreba za postojanjem to vie pristupanastavi zbog veoma izdiferenciranih potreba uenika koji danas pohaaju asove fizike.Physleti nude poneto za svakoga ukoliko nastavnik gaji preteno tradicionalni pristupnastavi, korisnim e smatrati razne Physlet-ilustracije koje e unijeti dozu dinaminosti u

izlaganje lekcije, a za one koji su vie okrenuti ka interaktivoj nastavi postoji niz zadatakaistraivakog tipa i problema koji iznosena povrinu konceptualne tekoe uenika i potiuihna interesantne diskusije (Christian&Belloni, 2001.).

4.5. Just in Time Teaching (JiTT) pri stup nastavi

JiTT je idealan primjer kombinovanja poduavanja i tehnologije. Toliko se usko naslanja naprimjenu Physleta da se esto ovi termini koriste kao nerazdvojivo povezani. JiTT je pristupkod kojeg se uenici prije asa obrade novog gradiva pripremaju za isto, a sam as se koristi

Animacija prikazuje tijelo koje je okaenona dinamometar. Tijelo se polako sputa uiru posudu sa bonim otvorom. Dimenzijaobje posude ka unutranjosti ekrana(normalno na ekran) iznosi 20 cm.

Dimenzija samog tijela ka unutranjostiekrana iznosi 10 cm. Kolika je gustina date

tenosti (poloaj dat u centimetrima, sila uNewtonima)?

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

27/50

27

za intenzivno aktivno uenje [9]. Konkretno, uenici odgovaraju na paljivo osmiljenapitanja (koja su bitna za razumijevanje novog gradiva) prije samog asa i svoje odgovorealju nastavniku putem e-maila. Nastavnik potom ita pristigle odgovore i tako je spremankoncipirati nastavnu pripremu u kojoj e uzeti u obzir predkoncepcije uenika i planirati

proces konceptualne promjene.

Efikasnost ovog pristupa, bitno je odreena kvalitetom pitanja na koja uenici odgovarajuprije asa. JiTT pitanje bi trebalo biti paljivo osmiljeno, tako da doprinese stvaranjuproblemske situacije. Obino se pitanje tie tematike koja jo nije obraena tokom nastave, tesu tako uenici duni da se unaprijed informiu o datoj tematici i da meusobno komunicirajuideje prilikom pripremanja za as.

Empirijskim putem dolo se do saznanja, da su od pitanja koja se tiu novog gradivanajefikasnija jednostavna konceptualna pitanja koja uenike navode na razmiljanje. Takva

pitanja kod uenika pobude radoznalost, to se esto manifestuje time da uenici na as dolazesa velikim brojem korisnih pitanja koje upuuju nastavniku. Iako se preporuuje biranje

jednostavnih pitanja, u isto vrijeme bi ta pitanja trebala da zadiru u sr uenikih ustaljenihpotekoa. Na taj nain se uenicimapomae da samostalno spoznaju nedostatke svog znanja,ime se uenicima omoguava da u veoj mjeri kontroliu procese sopstvenog uenja nasamom asu. Najzad, koristan je i savjet shodno kojem je potrebno povremeno ukljuiti i

poneko pitanje na koje e svi uenici poslije iitavanja gradiva odgovoriti ispravno, jer usuprotnom sluaju moe doi doproblema sa motivacijom kod uenika.

Istraivanja su pokazala da JiTT pristup uspjeno potie uenike da se iitavanjem

odgovarajueg dijela teksta iz udbenika, unaprijed pripreme za obradu novog gradiva, imese nastavniku otvaraju mogunosti da tokom same nastave u veoj mjeri obrati panju naobradu izazovnijih i teih koncepta (umjesto da ih ostavlja za domau zadau).

Ve je naglaeno da u okviruJiTT pristupa uenici odgovore alju elektronskim putem prijenego li dou na as. Veinanastavnika zahtijeva od uenika da poalju odgovore nekoliko sati

prije same nastave, kako bi imao vremena da prije obrade novog gradiva proanalizira pristigle

materijale. Analiza JiTT odgovora nudi uvid u tekoe uenika. Na temelju uenikihodgovora nastavnik odluuje da potroi vie ili manje vremena na obradu odreene tematike,

planirajuina taj nain as upravo u skladu prema potrebama svojih uenika. Na samom asu

preporuivo je prodiskutovati sadraj svih pristiglih odgovorajer na taj nain stvaramopreduslove za razvijanje plodotvorne razredne diskusije.

Po svojim karakteristikama Physleti izvrsno odgovaraju JiTT pristupu. Kao to smo ve ranijenaglasili, Physlet materijali su izvanredni ukoliko nam je cilj potaknuti uenike na dubljerezonovanje o fizikalnim konceptima. Takoer, zbog svoje interaktivne prirode, Physlet-

pitanja nude raznovrsnije mogunosti za razvijanje plodotvornih diskusija nego tradicionalnizadaci. Razmotrimo primjerice sljedei problem:

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

28/50

28

Dijagram 1. Dijagram 2.

Dijagram 3. Dijagram 4.

Slika 6.

U ovom zadatku se od uenika zahtijeva da identificiraju situaciju koja je ostvariva, s aspektafizike. Uenici trebaju uoiti da nema ubrzanja, tj. da se blok kree konstantnom brzinomkako bi utvrdili da je dijagram 2 taan. Kada uenici uoe da je brzina konstanta, analizirajuidijagrame jedan po jedan mogu zakljuiti koji od ponuena etiri je ispravan s aspekta fizike.Dakle, ako je brzina konstantna, ubrzanje je jednako nuli te iz drugog Njutnovog zakona

moemo zakljuiti da je i ukupna sila u pravcu x ose jednaka nuli (Fx = 0). Ovaj zakljuaknam eliminie dijagram 3. Ukupna sila u pravcu y ose je takoer jednaka nuli (Fy = 0) to eeliminisati i dijagram 1. Ostalo nam je jo da razmotrimo dijagrame 2 i 4 kao potencijalnotane s aspekta fizike. Iz treeg Njutnovog zakona znamo da sila kojom zeleni blok djeluje nacrveni mora biti jednakog intenziteta, kao i sila kojom crveni blok djeluje na zeleni, a

suprotnog predznaka. Ovo e eliminisati i dijagram 4. Dakle ispravan dijagram, s aspekta

fizike je dijagram 2. Odgovori tri uenika koji su rjeavali ovaj zadatak dati su nanie.[4]

Crveno tijelo, predstavljeno pravougaonikom na slici, gurnuto je unaprijed kao to jeprikazano animacijom. Zeleno tijelo, kvadrat na slici, postavljeno je na crveno i kree sezajedno s njim. Koji dijagram je ispravan?

Obrazloite zato su ostali dijagrami nekorektni.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

29/50

29

Uenik 1: Mislim da je dijagram 1 ispravan. Kod dijagrama 2 se ne prikazuju horizontalnesile koje djeluju na manje tijelo. Kod dijagrama 3 ukupna sila djeluje udesno, to bi znailo dase tijelo ubrzava udesno, ali tijela se kreu konstantnom brzinom, tako da nema ubrzanjanadesno, jer nema ni ukupne sile nadesno. Kod dijagrama 4 opet nema uopte djelovanja silau horizontalnom pravcu i teina velikog tijela predstavljena je vektorom suvie malogintenziteta.

Uenik 2: Dijagram 2 je ispravan. Dijagram 1 je neispravan jer je normalna sila manja odkombinacije sila gravitacije za crveno i zeleno tijelo, i zbog toga to za zeleno tijelo postoji ivektor sile trenja i njemu suprotni vektor, to ne moe bitiispravno. Dijagram 3 je netaan izistih razloga kao i dijagram 1 i zbog toga to je sila kojom se gura crveno tijelo vea od siletrenja. Ukoliko bi ovo bilo ispravno, onda bi postojalo ubrzanje tijela.

Uenik 3: Dijagram 3 je ispravan. Dijagram 1 nije korektan zato to sila koja gura tijelo imaisti intenzitet kao sila trenja, a ukoliko bi to bio zaista sluaj tijelo se ne bi kretalo. Dijagram 2

je neispravan iz istog razloga kao i dijagram 1 s tim da kod dijagrama 2 na manje tijelo nije

prikazano nikakvo djelovanje sile u horizontalnom pravcu i na obadva tijela djeluju jednake

horizontalne komponente sile. Najzad, dijagram 4 je neispravan iz istog razloga kao i

dijagram 1 a takoerse ni vertikalne komponente sila ne ponitavaju, a trebale bi, jer bi seinae tijelo kretalo u vertikalnom pravcu.

Kao to vidimo, ueniki odgovori su veoma bogati sadrajem i predstavljaju dobru polaznutaku za razvijanje daljnjih diskusija u okviru nastavnog procesa. Uoimo takoer da Physlet-verzija pitanja zahtijeva da uenici sami shvate da ubrzanje igra vanu ulogu pri rjeavanju

ovog zadatka. Ukoliko bi se uenicima samo predoila etiri dijagrama i uputilo ih se na to dabrzina ostaje konstantna oni bi traili rjeenje zadatka pod neposrednim uticajem naina nakoji je postavljeno pitanje. Iako bi veina uenika koristila ipak kretanje zahtijeva silu kojaga izaziva model razmiljanja, naglaavanje konstantnosti brzine u postavci zadatka imalobiizravan uticaj na odgovor uenika. Physleti nam dakle dozvoljavaju da postavljamo pitanjauenicima,bez da im istovremeno nudimo odgovor do kojeg inae ne bi doli.

4.6. Uenika percepcija Physleta

Korisno je razmotriti i prirodu reakcija studenata na Physlete.

U toku trogodinjeg istraivanja koje je obuhvatilo oko 100 studenata na Davidson koledudobijeni su rezultati koji e nanie biti izloeni(Anne J. Cox i Melissa H. Dancy, 2004.).

Uenici su odreene stavove vezane za upotrebu Physleta ocjenjivali potvrivanjem,neprihvatanjem ili neutralnim stavom [4].

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

30/50

30

1. Interaktivni problemi pomau mi pri vizualizaciji koncepata obraenih u toku nastave.

Slika 7.

2. Interaktivni zadaci zahtjevniji su od problema iz zbirki zadataka.

Slika 8.

3. Interaktivni zadaci nisu od velike koristi i trebali bi biti odbaeni.

Slika 9.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

31/50

31

Rezultati koji se tiu pitanja jedan i tri ukazuju na to da veina uenika Physlete smatrajukorisnim. Oni uenici koji nisu u potpunosti podrali primjenu Physleta ponudili su za torazloge o kojima bi se moglo diskutovati. Na primjer, Meni se ne sviaju Physleti. Oni miuopte ne pomau da se skoncentriem na uenje i uzimaju mi dosta vremena. Physleti mi ne

pomau u razumijevanju. Poto nijedan od uenika koji je bio skeptian prema upotrebiPhysleta nije bio u stanju da navede nijedan specifian razlog zbog kojeg ih ne vole, ini se dasu takvi uenici jednostavno bili frustrirani kursem kao cjelinom.

Pitanje broj dva ispostavilo se veoma interesantnim. Istraivai su oekivali se da e velikaveina uenika Physlete smatrati dosta zahtijevnim. injenica da je tog miljenja bilo tekneto manje od 50% uenika za istraivae je bila iznenaujua.

Mnogi uenici bili su miljenja da su Physlet -zadaci zahtjevniji zbog toga to su dati kao JiTTproblemi, dok se problemi iz udbenika zadaju nakon to se gradivo prodiskutuje na samom

asu. Drugi uenici su smatrali da su Physlet-zadaci tei iz razloga to uenik mora vie darazmilja i radi kakobi otkrio veliinekoje se u tradicionalnim zadacima u startu zadaju kao

poznate.

Skoro 20% uenika smatrali su Physlet-zadatke lakim. Mogue je da je tim uenicima dostapomogao faktor vizualizacije pri rjeavanju zadataka.

Na kraju vrijedi istaknuti daje veina uenika pozitivno naklonjena Physlet-zadacima:

- sve dok su ispravno podueni za upotrebu Physleta,

- ukoliko steknu naviku njihovog koritenjai

- ukoliko im nastavnik prua neophodnu podrku.

Openito, uenici smatraju Physlet-materijale interesantnim i korisnim za njihovo uenjefizike.

4.7. Instaliranje fizleta na raunari njihovo prilagoavanje potrebama nastavnika

Mada je mogue pristupiti fizletima preko CD-a ili preko Davidson College WebPhysicsservera, nastavnici e vjerovatno eljeti kopirati potrebne fajlove na lokalni hard disk ililokalni Web server. Ovo ne samo da omoguava pouzdaniji i bri pristup nego omoguavakreiranje vlastitih simulacija ili modifikaciju ve postojeih fizleta.

Instaliranje fizleta na raunar podrazumijeva nekoliko koraka. Prvo emo kre irati prazandirektorij na lokalnom hard disku i nazvati ga applets. To e biti radni direktorij u kojememo kreirati novi direktorij (poddirektorij) i nazvati ga classes. U poddirektorij emo

kopirati dva fajla: Animator4_.jar i STools4.jar (Ove fajlove mogue je preuzeti sa DavidsonCollege WebPhysics server-a: http://webphysics.davidson.edu/applets/applets.html). Prvi fajl

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

32/50

32

sadri animator.class fajl. Animator Physlet je sada instaliran na lokalni hard disk. Sljedeikorak je da se kopiraju postojei html fajlovi (koji sadre izvorne kodove pojedinanihPhysleta) na lokalni disk i modificiraju tako da program preglednik (browser) moe lociratiaplet.

Prilikom snimanja/modificiranja/kreiranja fizleta treba obratiti panju na ispravnospecificiranje adresa biblioteka (Animator4_jar i Stools4.jar) unutar izvornih kodova

pojedinanih fizleta. Drugim rijeima, prilikom otvaranja html-fajlova koji sadre fizlete,nuno je da preglednik uspijeva locirati temeljne biblioteke (npr. Animator4_jar i Stools4.jar)kakobi se simulacija pokrenula. Radi uspjenog lociranja biblioteka nuno je voditi rauna o

preciznom specificiranju njihove adrese unutar izvornog koda svakog od html-fileova koji

sadre pojedinane Physlete. Inae, jedan od naina pristupanju i modificiranju izvornog kodahtml-fajlova sastoji se u otvaranju i snimanju html-fajla pomou Notepada ili WordPada.

Apleti se u html stranicu ugrauju pomou applet taga . U nastavku je predstavljen tipiniprimjer applet taga:

Izvorni kod 1.

Codebase specificira gdje preglednik poinje da trai classes i jar fajlove koji su neophodniza pokretanje apleta. Codebase se obino mora modificirati kada se html stranica kopira nalokalni raunar tako dapreglednik moe ispravno locirati biblioteke. U naem primjeru adresa

biblioteka specificirana je na sljedei nain:

codebase="classes"

Ovom linijom koda pregledniku se nareuje da se spusti za jedan nivo iz radnog direktorijakoji sadri html stranicu u poddirektorij classes. Ukoliko bismo html stranicu snimili ufolderu koji se nalazi dva direktorija ispod direktorija classes, onda bismo codebase morali

specificirati na sljedei nain, kako bi preglednik prilikom pokretanja stranice mogao dapozove potrebne jar biblioteke:

codebase=".../.../classes"

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

33/50

33

Code u apletima obino se sastoji od imena paketa, imena class fajla i ekstenzije class:

code="animator4.Animator.class"

Ova linija koda nam govori o tome da je fajl Animator.class je smjeten u animator4 paketu.

Preostale linije koda iz prethodno navedenog primjera govore nam o dimenzijama prozora

unutar kojeg se prikazuje animacija, o vremenskom koraku izmeu dva uzastopna poloajatijela i mogunostima kontroliranja prikazivanja simulacije.

Slika 10. Primjer fizleta: Feerisov toak

Konkretno znaenje pojedinih stavki iz izvornog koda je sljedee:

namepridruivanje imena na koje e se odnositi naredbe JavaScripta (to ime obinoodgovara imenu apleta),

width and height - definiranje veliine apleta na stranici (nekad je ta vrijednost nula za

aplete koji ukljuuju samo proraune)

Unutar izvornog koda apleta gotovo uvijek se specificiraju i oznake za parametre (fizikalne

veliine) fizikalnog sistema koji se modelira. Svakom apletu mogue je pridruiti setparametara ije su brojne vrijednosti postavljene od strane programera. Na taj nain apletmoe biti modificiran mnogo puta u razliitim uvjetima u cilju da se simuliraju razliitifizikalni problemi. Mijenjanjem parametara mogu se simulirati razliite pojave.

Tipina prazna html stranica izgleda ovako:

Opis kretanja

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

34/50

34

Izvorni kod 2.

Head sadri informaciju koja nije dio tekstualnog dokumenta kao to je naslov izmeu

oznaka: .Moe takoer sadravati JavaScript koji kontrolira aplet.

4.7.1. Kreiranje Animator obrasca

Animator omoguava studentima da vide animaciju fizikalnih (ili nefizikalnih) situacija.Uenikgleda ove animacije i mjeri vrijeme, poloaj, brzinu, ubrzanje i silu, da bi odgovoriona pitanja o kretanju objekta koja se postavljaju u Physletu. Zbog svoje svestranosti Animator

je sigurno najee koriteno jezgro Physleta koje trenutno postoji. Upotrebljava se zasimuliranje pojava koje seu od kinematike do fizike estica s ciljempomaganja uenicima u

vizualizaciji fizikalnih situacija. Animator koji je koriten u okviru ovog diplomskog rada jeAnimator 4.

Prije nego demonstriramo nain na koji moemo definirati izgled objekata i svojstva njihovogkretanja, ponudimo osnovne informacije o programiranju izgleda same html stranice u kojoj

e se prikazivati simulacija.

Ponimo sa problemom definiranja prazne html-stranice. Startujemo editor teksta (npr.NotePad ili WordPad) i piemo html kod:

Projektil Kretanje projektila

Izvorni kod 3.

Ovaj kod kreira Web stranicu nazvanu Projektil koja sadri jednu liniju teksta (Kretanjeprojektila) i bijelu pozadinu ( ). To se napravi tako to seprilikom spremanja izvornog koda u editoru teksta, uz ime fajla doda ekstenzija html. U

naem sluaju izvorni kod snimljen je pod imenomprojektil.html u izabrani radni direktorij.Sada imamo Web stranicu na svom raunaru koja se moe otvoriti sa bilo kojim program

preglednikom. U naem sluaju to je bila Mozilla Firefox.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

35/50

35

Slika 11. Web stranica koja se dobije pomou izvornog koda 3

Prikazivanje statinog objekta

Kako bismo unutar kreirane, prazne html stranice prikazivali odreeni fizikalni objekt (npr.crvenu lopticu) potrebno je u postojei izvorni kod dodatinekoliko linija JavaScript-a, unutarhead-aWeb stranice i to izmeu itagova:

Projektilfunction proj1_0(){document.animator.setAutoRefresh(false);

document.animator.setDefault();document.animator.setPixPerUnit(5);document.animator.setGridUnit(2);id1=document.animator.addObject("circle","r=10");document.animator.setRGB(id1,255,0,0);document.animator.setTimeInterval(0,6);document.animator.setAutoRefresh(true);document.animator.forward();}

Izvorni kod 4.

Izvorni kod 4. definira funkciju imena proj1_0(), koja e animirati crvenu lopticu. Otvaranjemhtml stranice poziva se objekt: document.animator. Simulacija objekta provodi se na osnovu

metoda definiranih u izvornom kodu. Izvorni kod 4. koristi 8 metoda od kojih je jedna

upotrijebljena dva puta sa razliitim argumentima:

SetAutoRefresh (false) ; // gasi automatsko crtanje apleta.

SetDefault() ; // postavlja poetne parametre.

SetPixPerUnit(5) ; // definira broj pixela.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

36/50

36

SetGridUnit(2) ; // definira odreena svojstva mree koordinatnog sistema unutar kojeg seprikazuje animacija (vrijednost nula brie pozadinsku mreu).

Id1=addObject(circle, x=0,y=0,r=10) ; // dodaje objekt na animaciju, ovdje je to krugradijusa 10 pixela, sa koordinatama centra kruga: x=0 i y=0. Inae, metoda addObject vraa

jedinstveni cjelobrojni identifikator, id1, koji moe biti upotrijebljen za identifikaciju objekta.

SetRGB(id1,255,0,0) ; // odreuje boju objekta kojem odgovara identifikator id1. U naemprimjeru se utvrujeda je lopta crvena. Inae argument naredbe je u obliku (id, R, G, B ) gdjesu R(ed), G(reen) i B(lue)cijeli brojevi u intervalu od 0 do 255. Npr. za crnu je (0,0,0), za

bijelu je (255,255,255), za plavu (0,0,255) , za zelenu (0,255,0), za tamno sivu (80,80,80), a

za svijetlo sivu (155,155,155).

SetTimeInterval(0,6) ;// definira vremenski interval unutar kojeg e se prikazivati simulacija.Ovdje je vremenski interval postavljen izmeu 0 i 6. Vremenski interval koji aplet pokazuje

ne mora odgovarati stvarnom vremenu (u postavci se daju informacije o jedinicama). Osimopisanog metoda, postoji jo jedan metod koji zaustavlja simulaciju: setOneShot (0,6, Krajanimacije). Ovo zaustavlja animaciju i prikazuje poruku koju autor definira, ovdje su torijei:Kraj animacije, kada se aplet zaustavi u trenutku t=6.

SetAutoRefresh(true) ; // ukljuuje automatsko crtanje apleta.

Forward() ; // omoguava smjenjivanje frejmova.

Dupli slash, //, je kratica koja se u mnogim programskim jezicima koristi kako bi se umetnuo

kratki komentar uz liniju izvornog koda. Web pregledniku se sada mora rei gdje da naeAnimator.class, koliko e pixela zauzeti sam aplet u html stranici i koje poetne parametretreba upotrijebiti. Ovo emo postii dodavanjem linija koje slijede u tijelu html stranice:

Kretanje projektila

Izvorni kod 5.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

37/50

37

Ovaj izvorni kod kreira naslov Kretanje projektila i omoguava pozivanjejava apleta. Diokoda izmeu i odreuje izmeu ostalog veliinu apleta na Web stranici:ovdje e biti centriran i veliine 350x200 pixela. Atributi unutar apleta govore Web

pregledniku gdje da nae Animator.class fajl. U ovom primjeru nalazi se u direktoriju classes koji je u istom direktoriju kao i html stranica. Rijei id i name daju Javadokumentu ime koje mora biti upotrijebljeno u izvornom kodu da bi ga Web preglednik

prepoznao. To je isto ime kao i ono iza rijei document u prethodnom izvornom kodu, a to jeu naem sluaju: animator. Kako se apleti razlikuju po sloenosti i kako se prikazuju naraunarima razliitih procesorskih brzina, vrijeme trajanja animacije treba paljivo razmotriti.To se radi dodavanjem sljedeih parametara prije kraja apleta:

- Frames Per Second (FPS) - parametar koji kontrolira koliko puta u jednoj sekundi e segenerirati frame. Premala vrijednost dovodi do treperenja slike, a prevelika moe rezultirati

isprekidanim kretanjem zato to mikroprocesor nije sposoban izvesti operacije dovoljno brzo.

- dt-parametar koji definira vremenski interval izmeu prikazivanja dva uzastopna poloajasimuliranog objekta, tj. vrijeme koje protekne izmeu dva framea. Ako je FPS=10, a dt=0.1,animacija e raditi u realnom vremenu.

- podeavanje ShowControlsparametra na false sakriva korisniki interfejs (mehanizmekontrole prikazivanja simulacije).

Html stranica je gotova dodavanjem hiperlinka funkciji definiranoj u headu izvornog koda 5,

otvori html fajl :

Start .

Implementiranje izvornog koda 5 rezultira stranicom ije su karakteristike predstavljene naSlici 12.

Slika 12.

Dakle, na ekranu smo dobili crvenu lopticu. Klikom na start, vremenski interval se mijenja od0 do 6 sekundi sa korakom 0,1, a loptica miruje.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

38/50

38

4.7.2. Animi ranj e kreir anog objekta

Sada smo spremni simulirati kretanje tijela. Da bi to napravili moramo specific irati nain nakoji se koordinate crvene loptice mijenjaju sa vremenom t. Recimo da simulacijom elimo

prikazati tijelo koje se kree po pravilima kosog hica. U tom sluaju u postojei izvorni kod 4potrebno je dodati slijedeu liniju, nakon addObject metode :

document.animator.setTrajectory(id1,"(8.0*t)","(20*t-

4.9*t*t)");

Pomenutom linijom, specificiramo nain na koji se mijenjaju x i y-koordinata objekta kojemje pridruen identifikator id1. Konkretno, specificirali smo da brojna vrijednost x komponentebrzine iznosi 8, da y-komponenta poetne brzine loptice iznosi 20, a ubrzanje u negativnomsmjeru y-ose iznosi 9.8. Openito, koordinate tijela mogu se napisati kao proizvoljna funkcija

vremenske koordinate t.

Snimimo li promjene koje smo izvrili u izvornom kodu 5 i otvorimo li odgovarajuu webstranicu, primijetit emo da ovaj put loptica vie ne miruje u centru prozora predvienog za

prikazivaje simulacije (v.sliku 13.).

Slika 13.

Kako se od korisnika trai da mjeri neke veliine u animaciji, izrazitoje poeljno da korisniku to veoj mjeri ima mogunost kontroliranja toka simulacije. U tu svrhu dodaju sestandardni mehanizmi kontrole ispod animacijske mree. To se obezbjeuje dodavanjemslijedeih linija iza kraja aplet taga ( ), u izvornom kodu 5:

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

39/50

39

Izvorni kod 6.

Slika 14.

Ovisno o pitanju koje se postavlja studentima, moda bi u nekim sluajevima bilo adekvatnijeprikazivati neku vrstu stroboskopskog dijagrama (vizualni prikaz poloaja tijela u jednakim,uzastopnim vremenskim intervalima) nego trajektoriju objekta ije se kretanje simulira .Prikazivanje uzastopnih poloaja tijela mogue je postii, dodavanjem slijedeih linija koda(ispod setTrail linije):

Document.animator.setFootPrints(id1,5);

Document.animator.setGhost(id1,true);

U ovom sluaju naredili smo da se nakon svakih 5dt (parametar d t je bio postavljen u aplettagu u njegovo znaenje je ranije opisano) zabiljei i snimi poloaj tijela (iji je identifikatorid1) na ekranu. U sluaju da smo pisali setFootPrints(id1,1) otisak bi se ostavljao poslijesvakog vremenskog intervala dt, tj. poloaj tijela bio bi zabiljeen i spremljen na ekranunakon svakog framea. Ghost u drugoj liniji prethodnog skripta obezbjeuje da otisci

poloajaobjekta na ekranu budu blijedi u odnosu na objekt.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

40/50

40

Pridruivanje vektorskih objekata fizikalnim objektima

Uzjo nekoliko modifikacija izvornog koda, aplet moe ukljuiti prikazivanje vektora brzinekoji odgovaraju tijelu u razliitim vremenskim trenucima. Prvo, ispred linija za setFootPrints i

setGhost stavimo oznaku za komentar (//), kako bismo izbjegli implementiranje Ghostfunkcije. Tako emo sada imati samo crvenu putanju (odreena setTrail funkciom) iza crveneloptice.

Dodajmo sada sljedee linije ispod setTrail linije :

//document.animator.setFootPrints(id1,5);//document.animator.setGhost(id1,true);id2=document.animator.addObject("arrow","h=0,v=20-9.8*t");document.animator.setAnimationSlave(id1,id2);id3=document.animator.addObject("arrow","h=8.0,v=0");

document.animator.setAnimationSlave(id1,id3);id4=document.animator.addObject("arrow","h=8.0,v=20-9.8*t");document.animator.setAnimationSlave(id1,id4);

Ovdje sada imamo tri nova objekta koja slijede crvenu kuglicu na ekranu. To su crne strelice

koje odgovaraju brzini loptice u x i y smjeru i svijetlo plava strelica koja odgovara ukupnoj

brzini, sve postavljene u centru lopte. Ovo se postie novom metodom setAnimationSlavekoja omoguava da jedan objekt slijedi drugi. Ovdje strelice slijede crvenu lopticu.

Dodavanje teksta

Ponekad je dobro omoguiti studentima da neprekidno prate promjenu koordinata tijelaumjesto da utvruju koordinatepomoupokazivaa. To se postie na sljedei nain:

document.animator.setShowCoordinates(id1,true)document.animator.setCoordinateOffset(id1,-35,0);document.animator.setFont(id1,"Helvetica",1,12);document.animator.setTrail(id1,150);

Ovaj dodatak izvornom kodu obezbjeuje prikazivanjex i y koordinate objekta id1 crveneloptice sa lijeve strane loptice. Koordinate su napisane u fontu Helvetica bold 12pt. Treiargument setFonta ( 1 ) podebljava font ( 0 -uobiajeni font, 2-italic, a 3-deblji italic font), aetvrti definira veliinu slova/brojeva. Dodavanjem jo dvije linije moe se dodati i naslov :

Capid=document. Animator. addObject(caption,text= Moj prviPhyslet );Document.animator.setFont (capid,Helvetica, 1,16);

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

41/50

41

Masa

Masa estice je odnos sile prema ubrzanju u jedinicama koje autor izvornog koda odabere.

Moe se postaviti na vienaina. Najlaki nain je specificirati masu kao parametar kada seobjekt kreira pomou addObject metode, npr:

Id1=document.animator.addObject(circle,r=10,m=0.5);

Ukoliko se masa geometrijskih likova ne specificira uzima se da je njena brojna vrijednost 1.

Poetna vrijednost za linije je nula.Masa se takoer moe definirati u izvornom kodu isetMassmetodom:

Document.animator.setMass(id1,2.5);.

7/21/2019 dipl.rad.2013.01 (1).pdf

42/50

42

5. Primjeri

U ovom poglavlju predstavljena su tri konkretna primjera upotrebe Physleta u nastavi fizike.

Prvi primjer napravljen je samostalno. Pravljenjem vlastitog fizleta htjela sam pokazati da je

vrlo jednostavno rukovati sa istim, modificirati ve postojee fizlete i prilagoditi ih nastavi ,kao i kreirati fizlete prema vlastitim idejama i potrebama. U okviru primjera upotrebe ovog

fizleta u nastavi fizike izloen je njegov izvorni kod. Znaajnije linije koda su komentarisane ipojanjene.

5.1.Primjer 1. - Slobodan pad

Od svih oblasti fizike uenici posjeduju najvie miskoncepc