Vispārizglītojošā vizuālā (v-fizika) fizika DABASZ INĀTNES FIZIKĀLO PARĀDĪBU VIZUĀLIE MODEĻI 23.04.09. – Rīgas pils. Ziemeļu raj. Fizikas skolot. MA seminārs Mag.Phys. Aivars Krons Latvijas Universitāte Fizikas didaktikas sekcija E-mail: ak14@inbox.lv

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Var izdalīt vairāku veidu mācību tehniskos līdzekļus, ko mūsdienās savā ikdienas mācību darbā vairāk vai mazāk pielieto pedagogi: ♦ papīra tāfele, baltā flomāsteru tāfele, parastā krīta tāfele (var būt arī magnētiskā); ♦ spraužamtāfele; ♦ kodoskops; ♦ epidiaskops; ♦ dators ar LCD projektoru vai bīmeri; ♦ televizors kopā ar video un audio aparatūru. Mūsdienās parādās arī jauns mācību tehniskais līdzeklis vizuāliem un uz aktīvām darbībām orientētiem mērķiem – interaktīvā tāfele “Smartboard”.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Izmantojot skolās mūsdienu mācību tehnisko līdzekļu (IT) sniegtās iespējas, iespējams: ♦ saīsināt runāšanas laiku; ♦ padarīt informāciju vieglāk saprotamu un uztveramu; ♦ atklāt un akcentēt būtiskāko; ♦ koncentrēt pārsvarā visas klases uzmanību; ♦ papildināt sacīto ar tīri vizuāliem un vizuālo modeļu efektiem; ♦ sniegt orientierus un stimulēt skolēnus izzināt kādu fizikas problēmu padziļināti; ♦ veicināt uzmanības saglabāšanu visas fizikālo parādību prezentācijas laikā. Lai kādas arī nebūtu mācību stundas, lekcijas, jeb kādas prezentācijas tēma, tās vizuālais papildinājums ekonomēs laiku, “atdzīvinās” izklāstu un padarīs to uzskatāmāku, daudz pievilcīgāku un vieglāk iegaumējamu. Vizuālais efekts palīdzēs skolēniem izdalīt un akcentēt būtiskāko un svarīgāko, veikt mērījumus, salīdzinājumus, aprēķinus un pētniecisko darbību. Tas veicinās nostiprināt teorētiskās zināšanas un praktiskās iemaņas. Vizuālie līdzekļi palīdz efektīvāk nodot informāciju.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Fizikālo parādību un to vizuālo modeļu vizualizācija ir neaizstājama mūsdienīga mācību metode dabas zinātnēs, izmantojot moderno informāciju tehnoloģiju (IT) sniegtās plašās tehniskās iespējas.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Kas ir vizuāli izglītojošā fizika vispārizglītojošā skolā? Tā ir jauna mūsdienīga mācību metode, izmantojot moderno IT plašās tehniskās iespējas fizikas mācību procesā vispārizglītojošā skolā, vizualizējot un reprezentējot fizikālās parādības un to vizuālos modeļus, lai veicinātu attīstīt izglītojamos zinātnisko domāšanu, kā arī ir viens no skolotāja pedagoģiskās sadarbības saziņas/komunikācijas veidiem ar skolēniem mācību procesā. Tās galvenais uzdevums ir fizikas stundās papildināt tradicionālo fizikas izglītības saturu un metodiku, paceļot to augstākā kvalitatīvā pakāpē. (Autora definīcija)

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Vizualizācija [ang. visualization < lat. visualis ‘saistīts ar redzi, redzes’] – fizikālu parādību vai procesu atspoguļošana tādā formā, kas piemērota novērošanai ar redzes palīdzību (J. Baldunčiks, K. Pokrotniece “Svešvārdu vārdnīca”, izdevniec. “Jumava”, 2005, 634. lpp.). Tā ir arī iekšējās un ārējās vides reālo fizikālo modeļu un parādību reprezentācija, kuras parasti dabiskos apstākļos ir grūti novērojamas. (Autora piezīme) Mūsdienās v i z u a l i z ā c i j a kļūst par ļoti svarīgu izpētes objektu visās dabaszinātņu nozarēs. IT straujā attīstība palīdz katram kā mācību, tā arī mācīšanas procesā, kādēļ tieši vizualizācijas metode ir būtiski svarīga dabaszinātņu izglītībā.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Ar vizualizāciju saistīto zinātnisko rakstu skaitliskā izaugsme dabaszinātnēs pēdējo astoņu gadu laikā. (Autora pētījums ar mērķi noskaidrot reālo situāciju dabaszinātņu izglītības vizualizēšanā). Rakstu skaits Līdz 2000 Līdz 2008/09 gads 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Vizualizācija Informācijas dati no EBSCO datu bāzes (Academic Search Complete, ERIC, Education Research Complete and Academic Search Premier) Termina “vizualizācija” lietojums pēdējo astoņu gadu laikā visās ar zinātni saistītās publikācijās.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Ar vizualizāciju saistīto zinātnisko rakstu skaitliskā izaugsme dabszinātnēs pēdējo astoņu gadu laikā. (Autora pētījums) Publikāciju skaits Līdz 2000 Līdz 2008/09 gads Vizualizācija ģeogrāfijā ķīmijā bioloģijā fizikā 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Termina “vizualizācija” lietojums četrās dabaszinātnēs pēdējo astoņu gadu laikā. (EBSCOhost Web daudznozaru akadēmiska pilntekstu datu bāzes resursi)

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Analizējot šīs pētnieciskās izstrādes gaitā iegūtos rezultātus, autors secina, ka: 1. mūsdienās vizualizācija kļūst par pētniecības objektu visās dabas zinātņu nozarēs; 2. vizualizācijas metode ir būtiski svarīga dabaszinātņu izglītībā; 3. mūsdienās vizualizācijai ļoti strauji tiek pievērsta arvien lielāka nozīme katrā dabaszinātņu disciplīnā; 4. pieaugošais ar vizualizāciju saistīto zinātnisko rakstu skaits liecina par to būtisku nozīmi mūsdienās un ikdienas progresu šajā jomā; 5. vērojamā termina “vizualizācija” straujā lietojuma biežuma publikācijās palielināšanās tendence norāda uz to, ka šo terminu zinātnē un izglītībā no gada uz gadu pielieto arvien biežāk.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Analizējot šīs pētnieciskās izstrādes gaitā iegūtos rezultātus, autoram atklājas divas svarīgas termina “vizualizācija” tendences zinātnē un izglītībā mūsdienās: ■ visās zinātnes nozarēs termina “vizualizācija” lietojums ir audzis pakāpeniski, t.i., šādu publikāciju skaits no 2000. līdz 2008. gadam ir palielinājies 4,5 reizes; ■ pēdējo astoņu gadu laikā vizualizācijas termina lietojums publikācijās kas saistītas ar ķīmijas zinātni ir audzis 18,2 reizes, ar bioloģiju – 24,3 reizes, kontekstā ar fiziku – 6,6 reizes (līdz 2000. gadam to skaits bija vislielākais – 549 raksti/publikācijas, kas ir pietiekoši, lai fizikas zinātne pagaidām ieņemtu līdera pozīcijas – beigās 3626 vienības), bet kontekstā ar ģeogrāfiju – 8,6 reizes, kas norāda uz ģeogrāfijā esošo vizualizācijas programmu nepietiekamību. Iegūtie dati norāda uz to, ka fizika un ķīmija ir tās dabaszinātņu disciplīnas, kurās dabas parādību vizualizācija ir būtiska mācību un pētniecisko izstrādņu procesos.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Fizikālas parādības – saistītu ķermeņu kustība (vienkāršs mehānisms) – vizuālā modeļa pielietojuma piemērs 10. kl. Uzdevums. Pāri trīsim pārmesta aukla, kuras galos iekārti 300g un 200g atsvari. Aprēķināt atsvaru paātrinājumu (a), auklas sastiepuma spēku (Fs) un spiediena spēku (P) uz trīsi! y/ Fs1 Paralēli tiek demonstrēta nekustīgā trīša reāla eksperimentālā iekārta un skolēni atbild uz jautājumiem: a) kādus vienkāršus mehānismus mēs pazīstam? Miniet piemērus! b) cik lielu spēka ietaupījumu dod kustīgais trīsis? Kāpēc? c) kādi spēki darbojas uz katru no atsvariem? d) kā pārvietojas attēlā redzamie atsvari? P Fs2 m1 m2 a2 a1 P2 P1 y

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Fizikālas parādības – saistītu ķermeņu kustība (vienkāršs mehānisms) – vizuālā modeļa pielietojuma piemērs 10. kl. Uz katru atsvaru darbojas vertikāli uz leju vērsts smaguma spēks un vertikāli uz augšu – troses elastības spēks. Abi atsvari kustas paātrināti. Smagākais atsvars pārvietojas uz leju, vieglākais – uz augšu, jo trīsis maina spēka darbības virzienu. Abu ķermeņu paātrinājuma moduļi ir vienādi, jo ķermeņi ir saistīti. Y asi velk smagākā ķermeņa kustības virzienā. Ievērojot otro Ņūtona likumu, katram atsvaram raksta kustības vienādojumus: P1 – Fs1 = m1a, P2 – Fs2 = – m2a. P Ievērojot, ka P1 = P2 = P; P1 = m1g; P2 = m2g, no pirmā vienādojuma atņem otro un izsaka a un Fs.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Fizikālas parādības – saistītu ķermeņu kustība (vienkāršs mehānisms) – vizuālā modeļa pielietojuma piemērs 10. kl. Spiediena spēku uz trīsi rada abu atsvaru kopējais svars P. Ķermeņa svars mainās, ja tas pa vertikāli kustas paātrināti. Atsvars m2 kustas paātrināti vertikāli uz augšu, tādēļ tā svars P2 = m2(g + a), bet atsvars m1 kustas paātrināti uz leju, tādēļ tā svars P1 = m1(g – a); P = P1 + P2. P1 – P2 = a(m1 + m2) g(m1 – m2) = a(m1 + m2), no kurienes a = 2(m/s kv); Ievietojot paātrinājuma moduli pirmajā vienādojumā, iegūstam, ka Fs = m1(g – a) = 2,4 N; un P = m1(g – a) + m2(g+a) = 4,8 N. P Secinājums: fizikālo parādību vizuālie modeļi ir veiksmīgi pielietojami šo parādību vizualizēšanai mācību procesā.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Diega (matemātiskā) svārsta fizikāla rakstura vizuāls modelis ♦ Kāda atšķirība ir starp fizisko un matemātisko svārstu? ♦ Kādā gadījumā diegā iekarinātu lodīti var uzskatīt par punktveida jeb masas punktu ? ♦ Kā sauc attēlā redzamos apzīmējumus? ♦ Kādi spēki darbojas uz lodīti attēlā redzamajā stāvoklī? ♦ Kā mainās lodītes kinētiskā un potenciālā enerģijas, lodītei atrodoties svārstību kustībā (te skolotājam paveras plašas pārrunu jeb diskusiju iespējas ar klasi)? ♦ Nosauciet mehānisko svārstību veidus un miniet piemērus! Pēc atbildētiem jautājumiem skolotājs uzdod uzdevuma nosacījumus, ka pieņemot, ja diega garums ir 25cm, pilno svārstību skaits n = 16, bet laiks, kurā notika 16 pilnas svārstības t = 20 sekundes, atrisināt šī svārsta svārstību periodu (T) un frekvenci (ν). Kad uzdevums pabeigts, fizikas skolotājs uzdod skolēniem pēdējo jautājumu: vai svārsta svārstību periods (T) ir atkarīgs no ķermeņa masas? Var arī izrisināt Zemes brīvās krišanas paātrinājuma skaitlisko vērtību un uzdot to kā laboratorijas/pētniecisko darbu ar reālām eksperimentālām iekārtām.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES 1.att. 2.att. Atsperu svārsts – mehāniskas harmoniskas svārstības (1.att.) un interaktīva laboratorija (2.att.) svārstību kustību likumsakarību pētīšanai.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES Iespējams analizēt vairākas fizikālo parādību likumsakarības ķermeņu kustībai uz slīpās plaknes, risināt uzdevumus un veikt matemātisko aprakstu.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES α β Gaismas atstarošanās un pilnīgas iekšējās atstarošanās likuma vizuālā interpretācija.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES Gaismas dispersijas parādības animācija un vizualizācija.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES Ja acī priekšmeta attēls veidojas pirms tīklenes, tad acs darbības optisko traucējumu sauc par tuvredzību, ko labo ar izkliedētājlēcām. Ja priekšmeta attēls veidojas aiz tīklenes, tad šādu acs defektu sauc par tālredzību. Tālredzību labo, lietojot brilles ar savācējlēcām. Attēla veidošanās acī, redze, redzes defekti. Ja noslēgtai telpai ir viens mazs caurumiņš, tad uz caurumiņam pretējās sienas veidojas ārpasaules attēls, apgriezts ar kājām gaisā. Pie šādiem veidojumiem pieder mūsu acs, fotoaparāts, kinozāle.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES Amorfa viela Tālā kārtība Vielas un atoma uzbūves vizuālie modeļi.

Vispārizglītojošā v-fizika (fizikālo parādību vizuālie modeļi) DABASZ INĀTNES Vizuālie modeļi tēmai par maiņstrāvas un līdzstrāvas ģeneratoru uzbūvi un darbības principiem. Faradeja likuma demonstrēšanas vizuāla eksperimentāla ierīce.

Vispārizglītojošā v-fizika – TRŪKUMI: fizikālo parādību vizuālo modeļu jeb reprezentācijas izveides process ir ļoti darbietilpīgs; tehnika un elektroenerģijas padeve var atteikt; nepieciešams dārgs tehniskais aprīkojums; vēlams interneta pieslēgums; Daži neveiksmīgi vizuālie modeļi var veicināt maldīgu priekšstatu par konkrētu fizikālu parādību; nepieciešama rūpīga vizuālo modeļu atlase, kam, savukārt, jāpatērē daudz laika; ne visi vizuālie modeļi atbilst pilnīgi kādas fizikālas parādības aprakstam vai uzdevumam klasē, kādēļ nepieciešams tos veidot patstāvīgi; vizuālo modeļu izveidei nepieciešama attiecīga (reizēm pat dārga) programmatūra; jātulko uzraksti, termini un skaidrojumi, kā arī bieži piedāvātie fizikālo lielumu apzīmējumi nesakrīt ar Latvijā fizikas mācību grāmatās pieņemtiem apzīmējumiem un fizikāliem terminiem; daudzi modeļi ir vulgāri, pat nezinātniski, tie ir jāatsijā; Ir arī psiholoģiski neadekvātas vizualizācijas optimālai uztverei (pārsātinātas ar informāciju un tml.). DABASZ INĀTNES

Vispārizglītojošā v-fizika - SECINĀJUMI DABASZ INĀTNES Skolā fizikas mācību priekšmetā pieejamie mācību uzskates tehniskie līdzekļi (IT) un eksperimentālās demonstrējumu iekārtas, jeb fizikālo parādību vizuālie modeļi un to prezentācijas skolēnos: ♦ veicina interesi par fizikas zinātni; ♦ paplašina redzesloku un bagātina dzīves pieredzi; ♦ nostiprina iegūtās zināšanas; ♦ atvieglo un ilustratīvi atdzīvina mācību procesu; ♦ dod iespēju praktiski darboties, eksperimentēt un novērtēt iegūtos rezultātus, kā arī salīdzināt tos ar mūsdienās pieņemto Pasaules fizikālo ainu un atziņām; ♦ izvirzīt jaunus kvalitatīvus uzdevumus un mērķus. Ancient Chinese Proverb: I hear and I forget I see and I remember I do and I understand

Vispārizglītojošā v-fizika - SECINĀJUMI DABASZ INĀTNES VIZUĀLA (fizikālo parādību modeļu vizualizēšana, animēšana un simulēšana) INTERAKTĪVA (caur apletiem – sīklietotnēm) Vispārizglītojošā v-fizika pēc būtības IZGLĪTOJOŠI SATURĪGA

Vispārizglītojošā v-fizika - SECINĀJUMI DABASZ INĀTNES 10 % Lasīšana Lasot, cilvēks parasti iegaumē tikai 10% no izlasītā materiāla, kādēļ tikai mācību grāmatas pielietojums mācību procesā nesniedz produktīvu rezultātu. 20 % Klausīšanās Pasīvas klausīšanās rezultāts ir tikai 20% no dzirdētā, ko skolēni pēc neilga laika aizmirst. 90 % Vizualizācija un aktīva līdzdarbošanās Aktīvas līdzdalības rezultāts ir 90% no dzirdētā, redzētā un praktiski iegūtā. Ja skolēniem tiek sniegtas iespējas aktīvi līdzdarboties, veikt pētniecisko darbību/eksperimentus, skaidrot vizuālos efektus un novērtēt iegūtos rezultātus, tiek sasniegts un garantēts didaktikas augstākais mērķis – maksimāli izglītots cilvēks. 70 % Skaidrojums/mācību tēmas izklāsts/līdzdarbošanās diskusijās No aktīvas līdzdalības diskusijās par kādu konkrētu parādību vai problēmu dalībnieks parasti iegaumē 70% no pārrunātā. Diskusijas iedvesmo skolēnus un motivē viņus mācīties.

Vispārizglītojošā v-fizika DABASZ INĀTNES Izmantotā literatūra un interneta resursi: 1. EBSCOhost Web daudznozaru akadēmiska pilntekstu datu bāze; 2. Proceedings of International Scientific Practical Conference “Information & communication technology in natural science education – 2008”. Šiauliai, Lithuania (28-29 November 2008). P. 150-154. 3. Cook M. P. (2006). Visual Representations in Science Education: The Influence of Prior Knowledge and Cognitive Load Theory on Instructional Design Principles Published online 20 June 2006 in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). Joseph Krajcik and Maria Varelas, Section Coeditors 4. Switzer J. S. (2004). Teaching Computer – Mediated Visual Communication to a Large Section; A Constructivist Approach. Innovative Higher Education. Vol. 29. Nr. 2. P. 90-91. 5. Krons A., 2007, Vizuāli izglītojošā fizika: maģistra darbs (VEP: master work). Rīga: Latvijas Universitāte. Paldies par uzmanību! Jūsu jautājumi, lūdzu!