Vyučovanie fyziky v súčasnom období podlieha zmenám, ktoré vyplývajú z celkovej prestavby vzdelávania u nás. Zmeny v oblasti vzdelávania sa riešili v rámci projektu Kurikulárna transformácia všeobecnovzdelávacej zložky stredoškolského vzdelávania v procese prípravy mládeže na trh práce [1]. Trendom vzdelávania v súčasnosti je predovšetkým prechod od osvojovania si faktografických poznatkov k rozvoju kompetencií, t.j. schopností a zručností využiteľných aj v iných situáciách ako v tých, v ktorých boli nadobudnuté. Kompetencie, ktoré by mal žiak počas štúdia získať sa delia na všeobecné (kľúčové) a predmetové. K všeobecným kompetenciám patria čítanie a písanie s porozumením, schopnosť učiť sa učiť, riešiť problémy, používať IKT, personálne, sociálne a občianske kompetencie. Predmetové kompetencie, ktoré by žiak mal počas štúdia fyziky získať sú v mnohom spoločné aj pre ostatné prírodné vedy, ako napr. schopnosť pozorovať javy, výber dôležitých veličín, hľadanie závislostí medzi veličinami, meranie veličín, vzťahy medzi nimi, návrh experimentu, zápis závislosti dvoch veličín pomocou grafu alebo funkcie, formulácia problému alebo otázky, modelovanie nejakého procesu iným procesom alebo počítačom, a ďalšie [2]. Vzdelávanie zamerané na rozvoj kompetencií však nemôže byť založené na pasívnom osvojovaní poznatkov, učení sa naspamäť. Žiaci získavajú kompetencie len tak, že samostatne niečo riešia, pričom komunikujú vo dvojiciach alebo skupinách. Takýmto činnostiam založeným na aktívnom prístupe žiakov hovoríme aktivity.
Výsledky výskumov zameraných práve na efektivitu aktívneho poznávania jednoznačne ukazujú na prínos tohto spôsobu vyučovania na kvalitu vedomostí a zručností v porovnaní s tradičnou výučbou. Najrozsiahlejšie výskumy v tejto oblasti boli uskutočnené v USA, z ktorých vyberáme niekoľko projektov zameraných na rozvoj aktívneho poznávania s využitím počítača ako nástroja na získavanie údajov z reálneho experimentu, na ich analýzu a na dynamické modelovanie fyzikálnych javov:

• „RealTime Physics“ alebo Fyzika v reálnom čase [3] je spoločný projekt autorov Davida Sokoloffa z Univerzity v Oregone, Priscilly Laws z Dickinson College a Ronalda Thornton z Tufts Univerzity v Medforde. V súčasnosti RealTime Physics obsahuje 4 moduly, pričom každý z nich obsahuje aktivity na využívanie počas laboratórnych cvičení, ktoré sú zamerané na počítačom podporované získavanie dát, ich grafické znázornenie, analýzu, spracovanie, pričom na základe otázok a úloh, v ktorých majú predpovedať správanie sa rôznych fyzikálnych veličín za rôznych podmienok, majú pomáhať žiakom pochopiť fyzikálne javy, naučiť sa znázorňovať grafické závislosti rôznych fyzikálnych veličín, rozvíjať porozumenie fyzikálnych javov a realizovať skúmanie vo fyzike. Ku každej aktivite je pripravený pracovný list. Efektivita tohto projektu bola overovaná pomocou medzinárodne uznávaného FMCE testu (Force and Motion Concept Evaluations) v priebehu niekoľkých rokov. Výsledky testov jednoznačne ukazujú na zlepšenie po práci pomocou pracovných listov RealTime Physics v porovaní s tradičnou výučbou.

• „Interactive Lecture Demonstrations“ alebo Interaktívne prednáškové demonštrácie [4] je projekt Ronalda Thorntona z Tufts Univerzity v Medforde, Davida Sokoloff z Univerzity v Oregone a Priscilly Laws z Dickinson College. Podstatou projektu a výskumu realizovaného v rámci projektu bola snaha v rámci prednášky realizovať aktívne poznávanie pomocou prostriedkov počítačom podporovaného laboratória. Interaktívne prednáškové demonštrácie pomáhajú žiakom cez sériu úloh vytvárať fyzikálne pojmy, zavádzať definície fyzikálnych javov na základe predpovedí, diskusií so spolužiakmi a učiteľom, predvádzaní demonštrácii a ovplyvňovaní výsledku, pričom na zaznamenávanie týchto pojmov, definícii a predpovedí využívajú pracovné listy, vytvorené v rámci projektu. Autori projektu vytvorili niekoľko sérií demonštrácii k témam z oblasti kinematiky, dynamiky, kmitania, energie, gravitačného poľa, tepla a teploty, jednoduchých jednosmerných obvodov a geometrickej optiky. Každá demonštrácia by mala byť realizovaná nasledujúcim spôsobom:

  • učiteľ popíše demonštračný experiment a realizuje ho pred triedou bez použitia prostriedkov počítačom podporovaného laboratória,
  • študenti si zapíšu svoje vlastné predpovede o priebehu demonštračného experimentu,
  • študenti diskutujú o výsledkoch experimentu a svojich predpovediach s najbližšími susedmi,
  • študenti zapíšu konečnú verziu svojej predpovede do pracovných hárkov, ktoré sú následne vyzbierané,
  • učiteľ zisťuje predpovede a úvahy od študentov,
  • učiteľ predvedie demonštračný experiment s použitím prostriedkov počítačom podporovaného laboratória,
  • učiteľ požiada niektorých študentov popísať výsledok, potom diskutujú o výsledkoch demonštračného experimentu a vyplnia výsledkový hárok, ktorý dostali,
  • učiteľ diskutuje so študentmi o podobných fyzikálnych situáciách.

  Efektivita použitia interaktívnych prednáškových demonštrácií bola overovaná pri výučbe kinematiky a dynamiky pedagogickým výskumom pomocou FMCE testov zadaných študentom pred realizáciou interaktívnych prednášok, po realizácii tradičných prednášok a tiež po realizácii interaktívnych prednášok na rôznych univerzitách v USA. Výsledky získané na rôznych univerzitách, kde sa prednášky realizovali na základe vytvorených materiálov v rámci projektu ukazujú na výrazný posun v pochopení testovaných pojmov v porovnaní s tradičnou výučbou.

• „Activity-based physics“ alebo Aktívna fyzika [5]. Autorom projektu je Edward F. Redish z Univerzity v Marylande. Cieľom projektu je učenie a vyučovanie fyziky prostredníctvom aktívneho prístupu zo strany žiakov a študentov. Tento projekt predstavuje snahu tímu pracovníkov z Univerzity v Marylande využiť doposiaľ dostupné výsledky z pedagogického výskumu v oblasti vyučovania fyziky realizovaných na iných univerzitách pomocou počítačových nástrojov na vytvorenie modelu aktívneho vyučovania. Program projektu zahŕňa jednak zdokonalenie existujúcich učebných materiálov, aparatúr, vyučovacích postupov a počítačového hardvéru a softvéru, ako aj vytvorenie nových učebných materiálov, tzv. tutoriálov, ktoré pozostávajú zo súboru pracovných listov, ktorých cieľom je doplniť prednášky a učebnice v štandardnom kurze fyziky. Súčasťou tutoriálov sú rôzne počítačové softvérové a hardvérové nástroje, ktoré sa využívajú aj v iných spomínaných učebných materiáloch, vrátane získavania údajov, analýzy digitálneho videa, simulácii a tabuľkovej analýzy údajov. Zdokonalenie a rozvoj nových vyučovacích stratégií a materiálov bolo realizované komplexným programom testovania žiakov pomocou pedagogického výskumu. Jedným z výskumov realizovaných v rámci projektu „Activity-Based Physics“ je aj výskum zameraný na zistenie efektivity aktívneho poznávania v MBL vo všeobecnom kurze fyziky na Univerzite v Marylande. Z ich príspevkov je zrejmé, že porozumenie fyzikálnych pojmov, veličín a zákonov je oveľa lepšie využitím MBL učebných materiálov, ktoré vyvinuli. Efektivitu týchto učebných pomôcok a výučbu pomocou prostriedkov MBL vyhodnotili využitím testu so sériou otázok s výberom odpovede týkajúcich sa rýchlosti a tiež niekoľkých otvorených problémov, na ktoré mali študenti opisne odpovedať. Na základe výsledkov demonštrovali, že študenti, ktorí strávili päť vyučovacích hodín v skupinách, kde objavovali pomocou prostriedkov MBL, podstatne úspešnejšie odpovedali na otázky v teste ako tí, ktorí sa zúčastnili tradičného kurzu fyziky prostredníctvom prednášok.

• Ďalšie výskumy v oblasti aktívneho vzdelávania boli realizované na Oddelení didaktiky fyziky Ústavu fyzikálnych vied PF UPJŠ počas niekoľkých rokov. Výsledky týchto výskumov jednoznačne ukazujú na pozitívny vplyv využitia počítačom podporovaných aktivít vo vyučovaní. Výskumom v tejto oblasti sa venoval aj projekt KEGA 2005-07, v rámci ktorého bol realizovaný rozsiahly výskum v oblasti počítačom podporovaných aktivít počas rokov 2005-06, 2006-07. Výskum jednoznačne ukázal pozitívny vplyv na úroveň vedomostí žiakov [6], [7].

Literatúra: