Pokus a názornost ve vyučování fyzice
Pokus a názornost ve vyučování fyzice
Definice zásady názornosti
Zásada názornosti je jedna z nejstarších didaktických zásad.
Vhodná definice zásady názornosti pro tuto práci lze nalézt v Ondráčkovi (7) a zní: "zásada názornosti vyjadřuje požadavek, aby učitel při vyučování vedl žáky k vytváření i zobecňování představ bezprostředním vnímáním nebo zobrazováním předmětů a jevů skutečnosti, k osvojování zákonitostí přírodních a společenských jevů manipulacemi s věcmi i smyslovým poznáváním objektivní reality..." (7, str. 9)
Žák tedy získává informace a vytváří si představy o okolním světě a fyzikální realitě především pomocí smyslů. Pro výuku fyziky však často samotné smysly nemusí být postačující k utvoření představ a pojmů. Důvody mohou být různé: nedostupnost zkoumaných jevů pro lidské smysly, nepřesnost lidských smyslů aj. Informace o fyzikálních jevech, zákonitostech atd., které chceme žákům objasnit, musíme získat zprostředkovaně, tedy ne přímým vhledem, ale měřením, pokusy, modelováním apod.
Dostál (3) doplňuje: "Do názornosti je nutné zahrnovat kromě přímého pozorování skutečnosti a jejího obrazu i využití dosavadní zásoby žákových představ při výkladu nového učiva. Např. lze realizovat slovní výklad, který nebude doprovázen učebními pomůckami či zobrazeními skutečností, ale bude se opírat o představy žáků, které byly vytvořeny v minulosti a žáci si je pouze při výkladu vybavují." (3, str. 28)
A vytváří novou, šířeji pojatou, definici názornosti: "Zásada názornosti vyjadřuje takový požadavek na edukátora, aby vedl edukanty k vytváření a zobecňování představ bezprostředním vnímáním skutečnosti či jejího zobrazení nebo při edukaci uplatňoval takový slovní popis skutečnosti, který vyvolá v žácích již dříve vytvořené představy popisované skutečnosti. Skutečností rozumíme veškeré přírodní i uměle vytvořené předměty a přírodní a společenské jevy." (4)
Názorné vyučování má i motivační složku, protože buduje kladný vztah k vyučovacímu předmětu (nevztahuje se tedy pouze na obsahovou složku výuky) tím, že lépe vytváří představy o vztazích mezi jevy a zákonitostmi, pomáhá uspořádat tyto představy do struktury. Žák aktivněji proniká k podstatě, na výuku se lépe soustředí, uvědomuje si důležitost fyzikálních představ pro pochopení okolního světa a svého postavení v něm a fyzika ho "baví".
K uplatňování této didaktické zásady však musíme přistupovat s didaktickým citem. Musíme si uvědomit, že "...názor není cílem vyučování, ale jen prostředkem, který učiteli umožňuje nalézt optimální cestu k výchovně vzdělávacím cílům vzdělávání... Přemíra názorného materiálu bez správného metodického použití, bez souladu se slovem učitele odvádí pozornost žáků nesprávným směrem, často vede k povrchnímu popisování předmětů a jevů..."(2, str. 307) Učitel jako řídící prvek vzdělávání žáků má zde nezastupitelnou úlohu. Nestačí jednoduché předvedení názorného materiálu (například simulace), ale je nutné usměrnění procesu vzdělávání dalšími metodami, kdy učitel soustřeďuje pozornost žáků na podstatné znaky a jevy, včetně kontroly osvojení tak, aby byl proces vzdělávání účinný.
Vizualizační software různých druhů pak může názornost výuky zvýšit velmi efektivně. (Viz kapitola Demonstrační (vizualizační) software ve fyzice). A učitel by při plánování výuky měl přemýšlet do jaké míry zařadí jeho využití mezi ostatní vyučovací metody.
Modely ve fyzice
Ne všechny zákonitosti a jevy jsou přístupné lidským smyslům přímo, popřípadě jsou přístupné obtížně. Jde například o elektrické jevy, oblasti z moderní fyziky, astrofyziky a jiné. Pro zvýšení názornosti je nutné vytvořit zjednodušený model, který do jisté míry odráží původní zákonitost nebo jev.
Ve školské fyzice se také potýkáme s nedostatkem času, materiálního vybavení či organizačních potíží. Proto i některé zákonitosti či jevy, které jsou přístupné lidským smyslům musíme modelovat.
Modely ve fyzice jsou velmi starým a účinným prostředkem názornosti. Historie modelování fyzikálních jevů sahá až ke G. Galileovi, ačkoliv termín model se rozšířil teprve v 19. století.(2, str. 308)
Model je myšlenkově nebo i prakticky:
Zhotovená struktura, která zobrazuje část skutečnosti ve zjednodušené a názorné podobě. Jedná se o idealizaci. Stupeň zjednodušení můžeme měnit s časem. Model se opírá o fakta, přesto obsahuje prvek fantazie a předvídání.
Zobrazení jevu pomocí jiné oblasti, která je lépe prozkoumaná nebo lépe dostupná smyslovému poznání. Jedná se o analogii. Prvky analogie mají jinou fyzikální podstatu, ale do jisté míry tvoří stejnou strukturu. Analogie může existovat reálně nebo v představách. (2, str. 309)
Klasifikace modelů (podle 2)
Modely materiální
Patří sem modely zachycující prostorové vlastnosti a vztahy objektu. Je pro ně charakteristická geometrická podobnost s modelovaným objektem.
Jiným typem jsou modely, které spíše napodobují dynamiku modelovaného procesu, vyjadřují funkční závislost veličin, parametrů a jiných charakteristik zkoumaných jevů.
Dalším typem jsou modely, které si nezachovávají ani geometrickou podobu ani fyzikální podobu. Mezi objektem a modelem je právě vztah analogie, která vystihuje buď strukturu nebo funkci. Často se analogie opírá o stejné matematické vyjádření struktury nebo funkce modelu a objektu. Tento druh nazýváme modelem matematickým.
Modely myšlenkové (ideální)
Myšlenkové modely neexistují objektivně, každá jejich změna je produktem logických úvah, fyzikálně-matematických a jiných myšlenkových operací probíhajících v lidské mysli. Zpravidla nezobrazují skutečnost přesně. Skutečnost nahrazují zjednodušeným odrazem reality, tak, že se zachovají prvky podstatné pro vystižení daných souvislostí.
Myšlenkové modely složené ze smyslově názorných elementů (například představa plynu jako soustava chaoticky se pohybujících pružných koulí - viz scéna "Plyn v nádobě") tak, že modelovaný objekt určitým způsobem zobrazují, nazýváme modely ikonické. Ikonické modely tedy zobrazují předmět nebo jev neznámý či nedostupný pomocí předmětu nebo jevu už známého.
Vizualizační software je pro tvorbu těchto ikonických modelů více než vhodný.
Názornost ikonických modelů:
Prvky modelu představují obrazy reálných, známých objektů a jejich vlastností, které jsou dostupné bezprostřednímu smyslovému vnímání.
Některé vlastnosti a vztahy modelovaných objektů či jevů jsou pomocí ikonických objektů převedeny na makroskopické objekty proto, že těmto makroskopickým objektům přísluší stejné nebo podobné vlastnosti jako modelovaným objektům.
Poslední skupinou myšlenkových modelů, která je pro nás důležitá vzhledem k vizualizačnímu software jsou tzv. znakové (symbolické) modely. Modelovaný objekt je vystižen určitým znakem nebo rozložením znaků (vzorce sloučenin, elektrotechnická schémata). Výsledný model je charakteristický odstraněním všech pro sledovaný jev nedůležitých vlastností (tvar elektrotechnické součástky, přesná pozice v prostoru) a zachováním vlastností pouze sledovaných. Model může mít charakter schématu.
Ikonické a symbolické modely tvoří okraje širokého spektra možností myšlenkového modelování fyzikálních jevů a existuje mezi nimi mnoho dalších modelů se zastoupením obou výše zmiňovaných typů.
Vizualizační software se u znakových modelů na základní škole může uplatnit například v kapitolách o elektrických obvodech.
Pokus ve vyučování fyzice (volně podle 2)
"Fyzikální pokus je ... děj uměle navozený, a to tak, aby byly zajištěny podmínky, které jsou důležité pro jeho průběh. Přitom jde o to, aby tyto podmínky mohly být při opakování pokusu zachovány stejné nebo aby se mohly vhodně obměňovat. (2, str. 179)
Uvedli jsme si velmi obecnou definici nejen fyzikálního pokusu. Nás však bude zajímat experimentování ve vyučování fyzice. Ústředním pojmem je zde demonstrační pokus.
"Demonstračním pokusem budeme rozumět experiment navozený za určitých podmínek, který slouží k výkladu a objasnění nových fyzikálních poznatků."(2, str. 179)
Velká část školské fyziky je pro žáky velmi abstraktní a těžko přímo uchopitelná (například veličiny, jednotky). Bez znalosti toho jak se k dané veličině přišlo často není možné smysl veličiny pochopit. Proto je potřeba ve vyučování navodit takovou situaci, která by žákům pochopení usnadnila. Zde musí nastoupit pokus, který smysl fyzikální veličiny objasní. Z výše uvedeného vyplývá nezastupitelnost experimentování ve výuce fyzice.
Podívejme se na klasifikaci demonstračních pokusů. (volně podle 2)
Klasifikace pokusů
Podle míry zapojení žáka
Demonstrační pokus učitelův - učitel demonstruje pokus před celou třídou.
Demonstrační pokus frontální - třída je rozdělena do malých skupin, každá z těchto skupin provádí pokus samostatně.
Podle kvality
Pokusy kvalitativní - cílem je ukázka jevu.
Pokusy kvantitativní - cílem může být například vyvození nebo potvrzení platnosti matematického vztahu, jsou náročné na přesnost.
Podle reálnosti
Pokusy reálné - jsou přístupné smyslovému pozorování.
Pokusy modelové - jsou demonstrace hypotetických představ na základě analogie mezi daným jevem a mechanickým nebo nemechanickým jevem (viz myšlenkové modely výše).
Pro modelové pokusy se více než hodí využití ICT zejména různých vizualizačních programů, animací a videí.
Typy pokusů podle didaktické funkce ve vyučování
Heuristické
Objevují dosud pro žáka neznámé fyzikální jevy a jejich zákonitosti.
Ověřovací
Ověřují deduktivně odvozené zákonitosti.
Motivující učivo
Jsou zařazeny před výklad nového poznatku, probouzí u žáků zájem o nové téma.
Ilustrační
Jsou pokusy většinou kvalitativní povahy, u nichž se žák seznamuje s tím, jak jev vypadá, kvantitativní mají společné prvky s ověřovacími pokusy.
Uvádějící fyzikální problém
Pokusy, které jsou úvodem k řešení fyzikálního problému.
Demonstrující aplikace odvozených poznatků
Pokusy aplikující teoretické poznatky na zařízeních zejména v technických oblastech, často se jedná o funkční modely těchto zařízení.
Historické
Pokusy, které jsou historicky významné, například znamenaly pro vývoj lidstva skok kupředu.
Opakující a prohlubující
Jde o pokusy, které mohly být už jednou provedeny při výkladu učiva, pokusy můžeme opakovat, ale obměňujeme je.
O vhodnosti zapojení ICT podle typů pokusů pojednáme v následující kapitole.
Didaktické předpoklady pokusu ve fyzice (volně podle 2)
Vhodné zařazení do tématu, přiměřený počet
Jednoduchost, názornost, pochopitelnost, přesvědčivost
Zájem a aktivní účast žáka
Grafické doplnění
Last updated