Demonstrační (vizualizační) software ve fyzice
Vztah simulace a modelu ve fyzice
Ještě než si řekneme, co je to demostrační a vizualizační software, jak se dá ve výuce fyzice použít musíme upřesnit pojem simulace a její vztah k modelu ve fyzice. Program Algodoo vizualizuje fyzikální jev pomocí simulace. Způsob vzniku takovéto simulace dobře popisuje Masopust(7). Prvním krokem je vytvoření matematického modelu, který je do určité míry zjednodušením tak, aby chyby, získané zjednodušením nepřesáhly určitou hranici. (V Algodoo je toto zjednodušení dáno například odstraněním jednoho z rozměrů). V dalším kroku je nutné sestavit algoritmus, který je k provedení výpočtu nutné provést. Předposledním krokem je řešení vytvořeného matematického modelu a ověření smysluplnosti. Poslední krok je vyhodnocení a prezentace výsledků. Samotná prezentace a vizualizace je pak právě tématem této práce a řešíme ji v následující části.
Demonstrační software
Demonstrační software obecně slouží k zobrazení informací divákům formou grafickou, textovou či audiovizuální. Může jít o specializovaný software pro demonstraci konkrétních prvků dané oblasti lidského poznání nebo obecně používaný software, který uživatel využije pro tvorbu a demonstraci toho, co konkrétně potřebuje.
Mezi druhou skupinu patří široce používaný prezentační software jako Microsoft Powerpoint nebo LibreOffice Impress a zde se jím nebudeme zabývat. Existují i další podobné programy, které mohou dodat jistou dynamiku a interaktivitu (Sway, Prezi) i ty jdou však mimo rámec této knihy.
Ze specializovaného demonstračního software nás nejvíce zajímá vizualizační software pro fyziku.
Vizualizační software
Vizualizační software navíc oproti demostračnímu software dodává dva prvky, které výrazně zvyšují názornost jevu či zákonitosti a to:
Interaktivita - možnost zásahu uživatele do vizualizace, tedy možnost změn vstupních parametrů a sledování výstupů.
Časový vývoj vizualizace - oproti nákresům na tabuli nebo statickým slidům prezentace může vizualizační software umožňovat sledování vizualizace v čase včetně krokování, vracení se v čase, zastavení.
Vizualizační software je svou formou vhodný pro tvorbu myšlenkových modelů. V části Pokus a názornost ve vyučování fyzice jsme myšlenkové modely rozdělili na dva druhy. Na ikonické modely - modelovaný objekt je vystižen názorným makroskopickým objektem a symbolické modely - modelovaný objekt je vystižen znakem. Stejným způsobem můžeme rozdělit demonstrační software.
Typickým představitelem vizualizačního software pro tvorbu ikonických modelů je aplikace, která bude dále v této práci rozebírána nejpodrobněji, jedná se o program Algodoo (dříve Phun), který je více než vhodný pro výuku na ZŠ (více si řekneme v samostatných kapitolách). Jako představitele vizualizačního software pro tvorbu symbolických modelů si uvedeme aplikaci Everycircuit, která je určena pro simulaci a vizualizaci elektrických obvodů. Další rozdělení představovalo rozdělení modelů na analogii a idealizaci. V zde ukázaném software budeme většinou moci použít software pro obojí.
Poznámka: V textu se často nachází i pojem simulační software nebo simulace. Rozdíl oproti vizualizačnímu software vidím tento. Vizualizační software, aby ukázal fyzikální jev, může tento jev simulovat (ale nemusí), vždy však vidíme vizuální podobu tohoto jevu. Simulační software fyzikální jev simuluje, ale výstupem nemusí být vizualizace nebo jeho vizualizace je formou metodicky nevhodnou pro výuku.
Proč používat vizualizační software
Ještě jsme si nepoložili otázku proč a zda vůbec používat vizualizační software, když k dispozici máme jiné způsoby předvedení pokusů, znázornění jevů a zákonů pomocí PC nebo bez něj.
První, co musíme zdůraznit je to, že úloha učitele jako průvodce vzdělávání žáka je nezastupitelná, použití informačních technologií není samospasitelné. Slouží spíše jako doplněk výuky, může zvýšit názornost probíraného jevu či zákonitosti, ale pokus a laborování žáků jednoduše nenahradí.
Na druhou stranu: To, co jsme schopni vyjádřit jednoduchou vizualizací, která je velmi názorná, můžeme na tabuli staticky znázorňovat méně názorně, znázornování může trvat déle a záleží na kreslířských dovednostech učitele.
Odpověď tedy zní: Používat vizualizační software je velmi výhodné, ale pouze jako doplněk výuky.
Případy, kdy lze vizualizační software ve výuce použít
Nedostatečná názornost pokusu vysvětlující daný jev
Př: Tíhové zrychlení
Časová náročnost přípravy nebo průběhu pokusu
Nedostatek času ve výuce
Nedostatečné materiální vybavení učebny
Doplnění nákresu pokusu na tabuli (může ho i nahradit)
Př: Trajektorie translačního a rotačního pohybu
Výhody použití vizualizačního software
Oproti videím a animacím je velkou výhodou výše zmíněná interaktivita - učitel i žák mohou měnit vstupní podmínky a zkoumat, jak simulace dopadne.
Oproti statickým obrázkům je velkou výhodou samozřejmě právě časový vývoj a možnost jeho zastavení, krokování či vracení.
Vhodnost zařazení vizualizačního software vzhledem k rozdělení pokusů podle didaktické funkce
Heuristické
Používat vizualizační software u heuristických pokusů na zákadní škole je nevhodné. Žák by tím ztrácel spojení s realitou, a fyzikální zákony by se staly pouze intelektuální hrou.
Ověřovací
Použití vidím hlavně v doplňku tradičního pokusu, pokud ten není dostatečně přesvědčivý.
Motivující učivo
Možné využití je možné v některých případech jako doplněk či zajímavost.
Ilustrační
Zde vidím největší sílu vizualizačního software, zvyšuje názornost výkladu, často šetří čas, zvyšuje zajímavost probírané látky.
Uvádějící fyzikální problém
V omezené míře jako doplněk pokusu lze použít.
Demonstrující aplikace odvozených poznatků
Použití zde je možné, záleží však na schopnosti vyučujícího, předpokládá totiž hlubokou znalost nejen samotného např. stroje, ale i znalost software, protože tvorba takové simulace je extrémě náročná, ale možná. Pro program Algodoo ukazuje Koreš (5) jak lze vytvářet "Perpetual motion machines" (Perpetuum mobile) jako myšlenkový model a ilustrovat rozdíl oproti reálným modelům.
Historické
Lze simulovat některé historicky významné pokusy, pokud nejdou dělat jako pokusy reálné nebo pokud chceme, aby obsahovaly historické reálie.
Opakující a prohlubující
Opět vhodná možnost, kdy zařadit virtualizační software, učitel při opakování pokusu pouze zapne simulaci a nemusí znovu chystat a realizovat pokus znova. Také jiná varianta stejného pokusu je velmi snadno realizovatelná.
Krátký přehled vizaulizačního software
Uvedeme zde několik vizualizačních a simulačních nástorjů využitelných ve výuce. Podrobněji si rozebereme jen další dva a nakonec se zaměříme na ten pro základní školu nejvhodnější, totiž Algodoo, které rozebereme dopodrobna včetně popisu programu, návodů, příkladů využití v hodinách a samotných simulací.
Step - interaktivní simulátor fyziky pro linux, 2D, náročný na ovládání, vhodný na jiné stupně škol než je ZŠ. Dostupný zdarma.
Phet - sada předpřipravených vizualizací formou animací, pokrývající široké spektrum oblastí nejen fyziky. Dostupné zdarma.
Algodoo - vynikající vizualizační nástroj, dostupný zdarma.
Everycircuit- komerční (cena 15 USD), vynikající simulace elektrických obvodů s výbornými možnostmi vizaulizace.
Fyzika zajímavě - komerční sada (cena necelých 12000 CZK) předpřipravených vizualizací formou animací, velmi dobře didakticky zpracovaná, není zde možnost jakékoliv úpravy animace mimo nabízené možnosti.
Interactive Physics - komerční software podobný Algodoo.
Yenka Physics (dříve Crocodile physics)- je komerční (600 GBP) výukový simulační software vhodný pro školy, který umožňuje učení skrze experimentování. Pokrývá oblasti Světlo a zvuk, Síla a pohyb, Elektřina a magnetismus. Pro domácí použití je zdarma ,ale pouze velmi omezeně (např. v určitém čase nelze použít apod.)
Last updated
