Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
POČÍTAČOVÉ SIMULACE
VE VÝUCE FYZIKY
ZDENĚK PUCHOLT
Katedra experimentální fyziky
Přírodovědecká fakulta Univerzity Palacké...
Obsah prezentace…
• Rešerše literatury
• Zařazení a aplikace simulací, jejich klasifikace
• Vybrané studované články
• Pil...
Zařazení simulací…
POČÍTAČOVÉ SIMULACE
ŠKOLSTVÍ
→ POŽADAVEK NA ÚROVEŇ →
PRIMÁRNÍ
VZDĚLÁVÁNÍ
SEKUNDÁRNÍ
VZDĚLÁVÁNÍ
TERCIÁRNÍ
VZDĚLÁVÁNÍ
PRŮMYS...
Klasifikace simulací (podle rešerše)...
• “KLASICKÉ SIMULACE“
standardní vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci
s ...
Klasifikace simulací (podle rešerše)...
• “KLASICKÉ SIMULACE“
standardní vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci
s ...
Vybrané studované články (1)…
• GRABOWSKI, Andrzej a Jaros law JANKOWSKI. Virtual
Reality-based pilot training for undergr...
Vybrané studované články (2)…
• YALCINALP, Serpil, Nurcan SEN, Gamze KOCER a Fatih
KOROGLU. Higher Education Student’s Beh...
Pilotní výzkum na GHO & SGO
• trvání výzkumu: 2014 – dosud
• různé způsoby začlenění simulací do výuky
• využití simulací ...
Případ #1
• Téma
Pohyby v tíhovém poli Země („vrhy“)
• Doba konání
24. 4. 2014 – 16. 5. 2014
• Účastníci
1 třída, 2. roč./...
Případ #1
• Simulace pro ES
Projectile Motion (PhET, Colorado-Boulder, USA)
URL: http://phet.colorado.edu/en/simulation/pr...
Případ #1
BĚŽNÁ
VÝUKA
PRÁCE VE
SKUPINÁCH
Případ #1
KONTROLNÍ SKUPINA (KS) EXPERIMENTÁLNÍ SKUPINA (ES)
Absolvování pre-testu, post-testu
→ evaluace skupiny
Absolvov...
Případ #1
Případ #1
Případ #1
Případ #2
• Téma
Grafické znázorňování kinematických veličin (s, v, t)
• Doba konání
20. 11. 2014 – 9. 12. 2014
• Účastníc...
Případ #2
• Simulace pro ES
The Moving Man (PhET, Colorado-Boulder, USA)
URL: http://phet.colorado.edu/en/simulation/movin...
Případ #2
Případ #2
KONTROLNÍ SKUPINA (KS) EXPERIMENTÁLNÍ SKUPINA (ES)
Absolvování pre-testu, post-testu
→ evaluace skupiny
Absolvov...
Případ #2 – KS
Případ #2 – ES
Případ #2
• rozdíl v úspěšnosti mezi kontrolní a experimentální skupinou u
post-testu byl pouze 1,52 %
• možné faktory ovl...
Pilotní výzkum na GHO & SGO
• Provedeny dílčí výzkumy v oblastech:
• Newtonovy pohybové zákony (setrvačnost, odporové síly...
GRAPHysics
• Proč ?
Procvičování „problematické pasáže“ – práce s grafy zábavnou
formou, tj. propojení fyziky & ICT = důvo...
GRAPHysics
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

20150407 simulace

509 views

Published on

Prezentace Mgr. Zdeňka Pucholta na semináři.

Published in: Education
  • Be the first to comment

20150407 simulace

  1. 1. POČÍTAČOVÉ SIMULACE VE VÝUCE FYZIKY ZDENĚK PUCHOLT Katedra experimentální fyziky Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého 17. listopadu 1192/12, Olomouc
  2. 2. Obsah prezentace… • Rešerše literatury • Zařazení a aplikace simulací, jejich klasifikace • Vybrané studované články • Pilotní výzkum na GHO & SGO • Popis, průběh a sledované parametry • Konkrétní případ #1 • Konkrétní případ #2 • Zhodnocení, plány do budoucna • Implementace hry GRAPHysics • Popis, charakteristika • Plánovaný vývoj
  3. 3. Zařazení simulací…
  4. 4. POČÍTAČOVÉ SIMULACE ŠKOLSTVÍ → POŽADAVEK NA ÚROVEŇ → PRIMÁRNÍ VZDĚLÁVÁNÍ SEKUNDÁRNÍ VZDĚLÁVÁNÍ TERCIÁRNÍ VZDĚLÁVÁNÍ PRŮMYSL PŘÍPRAVA → PRŮPRAVA Aplikace simulací (podle rešerše)...
  5. 5. Klasifikace simulací (podle rešerše)... • “KLASICKÉ SIMULACE“ standardní vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí běžných počítačových periferií • “HAPTICKÉ SIMULACE“ vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí haptických prvků • “VYSOCE INTERAKTIVNÍ SIMULACE“ vysoce vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí haptických a interaktivních prvků • “VIRTUÁLNÍ SVĚT 3D“ vysoce vizuálně interaktivní a sociální prostředí pro komunikaci s uživateli pomocí haptických a interaktivních (2D, 3D) prvků Vzrůstajícínáročnost(implementace,cena)
  6. 6. Klasifikace simulací (podle rešerše)... • “KLASICKÉ SIMULACE“ standardní vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí běžných počítačových periferií • “HAPTICKÉ SIMULACE“ vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí haptických prvků • “VYSOCE INTERAKTIVNÍ SIMULACE“ vysoce vizuálně interaktivní prostředí pro komunikaci s uživatelem pomocí haptických a interaktivních prvků • “VIRTUÁLNÍ SVĚT 3-D“ vysoce vizuálně interaktivní a sociální prostředí pro komunikaci s uživateli pomocí haptických a interaktivních (2D, 3D) prvků Vzrůstajícínáročnost(implementace,cena)
  7. 7. Vybrané studované články (1)… • GRABOWSKI, Andrzej a Jaros law JANKOWSKI. Virtual Reality-based pilot training for underground coal miners. Safety Science [online]. 2015, vol. 72, s. 310–314. DOI: 10.1016/j.ssci.2014.09.017 • BANJANIN, Nikolina, Nikola BANJANIN, Ivan DIMITRIJEVIC a Igor PANTIC. Relationship between internet use and depression: Focus on physiological mood oscillations, social networking and online addictive behavior. Computers in Human Behavior [online]. 2015, vol. 43, s. 308–312. DOI: 10.1016/j.chb.2014.11.013 • HURKALA, J, M GALL, R KUTNER a M MACIEJCZYK. Real- time numerical simulation of the Carnot cycle. European Journal of Physics [online]. 2005, vol. 26, issue 5, s. 673–680 [cit. 2015-02-12]. DOI: 10.1088/0143-0807/26/5/001
  8. 8. Vybrané studované články (2)… • YALCINALP, Serpil, Nurcan SEN, Gamze KOCER a Fatih KOROGLU. Higher Education Student’s Behaviors as Avatars in a Web based Course in Second Life. Procedia – Social and Behavioral Sciences. 2012, vol. 46, s. 4534–4538. DOI: 10.1016/j.sbspro.2012.06.291 • BOULOS, Maged N. Kamel, Lee HETHERINGTON a Steve WHEELER. Second Life: an overview of the potential of 3-D virtual worlds in medical and health education. Health Information and Libraries Journal. 2007, vol. 24, issue 4, s. 233–245. DOI: 10.1111/j.1471-1842.2007.00733.x • BAKER, Suzanne C., Ryan K. WENTZ a Madison M. WOODS. Using Virtual Worlds in Education: Second Life as an Educational Tool. Teaching of Psychology. 2009-01-02, vol. 36, issue 1, s. 59–64. DOI: 10.1080/00986280802529079
  9. 9. Pilotní výzkum na GHO & SGO • trvání výzkumu: 2014 – dosud • různé způsoby začlenění simulací do výuky • využití simulací projektu PhET (PHysics Education Technology), University of Colorado-Boulder, USA URL: http://phet.colorado.edu • hledání významných parametrů, které mohou ovlivňovat efektivnost počítačových simulací • stanovování alternativních hypotéz → hledání přítomnosti významných statistických rozdílů • eliminace faktorů negativně ovlivňujících průběh výzkumu
  10. 10. Případ #1 • Téma Pohyby v tíhovém poli Země („vrhy“) • Doba konání 24. 4. 2014 – 16. 5. 2014 • Účastníci 1 třída, 2. roč./IV, všeobecné zaměření • Východisko Nové téma, před začátkem absolvování pre-testu, po dokončení post-test • Časová dotace 2 vh (2 x 45 min.) simulací pro experimentální skupinu (ES), 2 vh (2 x 45 min.) výpočetních úloh pro kontrolní skupinu (KS), 4 vh (4 x 45 min.) standardní výuky (ES & KS), 1 vh (1 x 45 min.) pro pre-test a post-test (ES & KS).
  11. 11. Případ #1 • Simulace pro ES Projectile Motion (PhET, Colorado-Boulder, USA) URL: http://phet.colorado.edu/en/simulation/projectile-motion • Stanovené hypotézy (nulová hypotéza, alternativní hypotéza) • H0: Mezi žáky vzdělávanými tradičním způsobem a žáky vzdělávanými pomocí počítačových simulací není při testování míry miskonceptů významný statistický rozdíl. • H1: Mezi žáky vzdělávanými tradičním způsobem a žáky vzdělávanými pomocí počítačových simulací existuje při testování míry miskonceptů významný statistický rozdíl. • Využití populárního testu FCI (Force Concept Inventory) v českém překladu (RNDr. Dana Mandíková, CSc.) URL: http://modeling.asu.edu/R&E/Research.html • Využití známých tuzemských sbírek úloh, Fundamentals of Physics (H&R&W),…
  12. 12. Případ #1 BĚŽNÁ VÝUKA PRÁCE VE SKUPINÁCH
  13. 13. Případ #1 KONTROLNÍ SKUPINA (KS) EXPERIMENTÁLNÍ SKUPINA (ES) Absolvování pre-testu, post-testu → evaluace skupiny Absolvování pre-testu, post-testu → evaluace skupiny Účast na běžné výuce → shodně s ES Účast na běžné výuce → shodně s KS Výuka ve skupinách → stejná časová dotace jako u ES Výuka ve skupinách → stejná časová dotace jako u KS Stejné téma, rozsah učiva → shodně s ES Stejné téma, rozsah učiva → shodně s KS Řešení předepsaných úvahových a výpočetních úloh Práce se simulací, řešení úloh pomocí simulace
  14. 14. Případ #1
  15. 15. Případ #1
  16. 16. Případ #1
  17. 17. Případ #2 • Téma Grafické znázorňování kinematických veličin (s, v, t) • Doba konání 20. 11. 2014 – 9. 12. 2014 • Účastníci 1 třída, 5. roč./VIII, všeobecné zaměření • Východisko Opakování, procvičování „problematického“ tématu • Časová dotace 1 vh (1 x 45 min.) simulací pro experimentální skupinu (ES), 1 vh (1 x 45 min.) výpočetních úloh pro kontrolní skupinu (KS), 1 vh (1 x 45 min.) pro pre-test a post-test (ES & KS).
  18. 18. Případ #2 • Simulace pro ES The Moving Man (PhET, Colorado-Boulder, USA) URL: http://phet.colorado.edu/en/simulation/moving-man • Stanovené hypotézy (nulová hypotéza, alternativní hypotéza) • H0: Mezi žáky vzdělávanými tradičním způsobem a žáky vzdělávanými pomocí počítačových simulací není při testování významný statistický rozdíl. • H1: Mezi žáky vzdělávanými tradičním způsobem a žáky vzdělávanými pomocí počítačových simulací existuje při testování významný statistický rozdíl. • Využití SW Mathematica pro generování a vykreslování grafů pro pre-test a post-test a pro práci kontrolní skupiny
  19. 19. Případ #2
  20. 20. Případ #2 KONTROLNÍ SKUPINA (KS) EXPERIMENTÁLNÍ SKUPINA (ES) Absolvování pre-testu, post-testu → evaluace skupiny Absolvování pre-testu, post-testu → evaluace skupiny Výuka ve skupinách → stejná časová dotace jako u ES Výuka ve skupinách → stejná časová dotace jako u KS Stejné téma, rozsah učiva → shodně s ES Stejné téma, rozsah učiva → shodně s KS Práce s pracovním listem a pomůckami Práce se simulací a pracovním listem
  21. 21. Případ #2 – KS
  22. 22. Případ #2 – ES
  23. 23. Případ #2 • rozdíl v úspěšnosti mezi kontrolní a experimentální skupinou u post-testu byl pouze 1,52 % • možné faktory ovlivňující výsledky tohoto výzkumu: role učitele, obtížnost a koncepce pre-testu a post-testu, kvalita a zpracování simulace • oba přístupy se jeví jako sobě ekvivalentní
  24. 24. Pilotní výzkum na GHO & SGO • Provedeny dílčí výzkumy v oblastech: • Newtonovy pohybové zákony (setrvačnost, odporové síly) • Grafické znázorňování kinematických veličin • Práce, mechanická energie, ZZE, ZZME • Pohyby v tíhovém poli Země • Mechanika tekutin (vztlaková síla, Archimédův zákon) • Mechanika tekutin (proudění, hydrodynamický paradox) • Plánované další výzkumy: • Mechanické kmitání (pružinový oscilátor, kyvadlo) Účast dvou tříd, max. 60 žáků GHO, 2. roč./IV, duben 2015 • Mechanika tekutin (proudění, hydrodynamický paradox) Opakovaný výzkum; původně na GHO, nyní na SGO • Elektřina a magnetismus (nespecif., šk. rok 2015/2016)
  25. 25. GRAPHysics • Proč ? Procvičování „problematické pasáže“ – práce s grafy zábavnou formou, tj. propojení fyziky & ICT = důvod vytváření aplikace Možnost rozšíření stávající simulace The Moving Man (PhET) • Jak? Prostřednictvím webového rozhraní – prohlížeče s využitím nejnovějších technologií (HTML 5 + jQuery lib. + HighCharts lib.) Možnost 24-hodinového přístupu (škola, domácí příprava) Dostupnost navíc na tabletech či mobilních telefonech Případná papírová forma (viz výzkum na SGO, „pexeso“) • Pro koho je hra určena? Různé úrovně: ZŠ → VŠ Rovnoměrné pohyby, pohyby se zrychlením, periodické pohyby, specifické pohyby podle požadavků,… • Dokončení? Ve vývoji, plánované dokončení v průběhu roku 2015
  26. 26. GRAPHysics

×