FYZIKA

 
FYZIKÁLNE ÚLOHY
EXPERIMENTY
UČEBNÉ TEXTY
TESTY
VÝUČBA
DIDAKTIKA FYZIKY
WWW STRÁNKY
ENV. FYZIKA
PUBLIKÁCIE
DIPLOMOVÉ  PRÁCE
UČEBNÉ POMÔCKY
ĎALŠIE VZDELÁVANIE
KUF - KLUB UČITEĽOV
DIDFYZKE
AKTUALITY

Fyzikálne poznávanie a jeho modelovanie v školskej fyzike

Doc. RNDr. Josef Gajdušek, CSc.

 Motivácia a úlohová situácia. Idealizácia objektov a procesov, formalizácia, systémový prístup

Modelovanie poznávacích procesov

Analýzou činností, ktoré treba vykonať pri empirickom skúmaní pozorovaných javov dochádzame k schéme, v ktorej jednotlivé fázy skúmamia javu alebo objektu predstvujú činnosti navzájom viazané a regulované rozhodnutiami poznávajúceho subjektu. Modelová schéma empirického poznávania je nasledovná:

1.   Motivácia poznávacej činnosti

2.   Objavenie a formulácia problému

3.   Formulácia hypotézy riešenia problému

4.   Myšlienkový experiment

5.   Plánovanie materiálnej realizácie poznávania

6.   Výber materiálnych prostriedkov

7.   Zostavenie a overenie funkcie prostriedkov poznávania

8.   Získanie empirických dát a ich konfrontácia s hypotézou

9.   Spracovanie empirických dát

10.  Formulácia záveru a jeho konfrontácia s hypotézou

11.  Formulácia poznatku a jeho zatriedenie do logického systému

12.  Motivácia ďalšej poznávacej činnosti

Ak poznávacia činnosť je založená na "čistom" myšlienkovom experimente, to znamená na logickej analýze poznávaného objektu, potom hovoríme o teoretickom poznávaní a jeho modelová schéma je nasledovná:

1.   Motivácia poznávacej činnosti

2.   Objavenie a formulácia problému

3.   Formulácia hypotézy o nových, doteraz neznámych vlastnostiach poznávaného objektu

4.   Modelovanie poznávaného objektu

5.   Predpoveď o správaní sa poznávaného objektu

6.   Skúmanie správania sa modelu

7.   Návod na praktickú poznávaciu činnosť

8.   Získanie nových empirických dát a ich spracovanie

9.   Porovnanie správania sa modelu a skúmaného objektu

10.    Formulácia záveru a jeho konfrontácia s hypotézou

11.    Formulácia poznatku a jeho zatriedenie do logického systému

13.    Motivácia ďalšej poznávacej činnosti.

Didaktické modelovanie poznávania vo vyučovaní fyziky

Motivácia a úlohová situácia

V školskej praxi má pojem modelovanie trochu iný význam než vo vedeckej praxi fyziky. Každý školský fyzikálny poznatok sa už dávnejšie stal súčasťou fyzikálnej vedy a je teda nový len relatívne - z úzkeho zorného poľa žiackeho pohľadu. Každá cesta, ktorou sa žiakovi poznatok sprostredkuje - vyučovací postup, predstavuje preto didaktický model skutočného poznávacieho procesu. Vyučovacie postupy, ktoré smerujú k rôznym fyzikálnym poznatkom bývajú veľmi rozmanité. Ak však zvolíme za klasifikačné kritérium spôsob, ktorým tieto postupy modelujú fyzikálne poznanie, môžeme ich rozdeliť do dvoch skupín:

1. didaktické modely empirického poznávania

2. didaktické modely teoretického poznávania

Pri obidvoch modeloch sa poznávanie začína motiváciou. Tá je alebo vnútorná, alebo vonkajšia. Aj pre školské fyzikálne poznávanie má význam predovšetkým vnútorná motivácia. V ideálnom prípade má teda žiak o poznávané objekty záujem, ktorý ho trvalo udržuje v stave poznávacej aktivity. Úlohou učiteľa je potom tento záujem sústavne udržiavať. Vyvolať a udržať žiakov v stave vnútornej motivácie, to je základná a súčasne najťažšia časť učiteľovej práce. Nie každý učiteľ je pri tejto práci úspešný a nie každý žiak je prístupný učiteľovým snahám nájsť také podnety, ktoré by stav vnútornej motivácie vyvolali.

Vonkajšia motivácia v procese učenia sa chápe ako stav, v ktorom si žiak osvojuje poznatky nie z vlastného záujmu, ale vplyvom vonkajších motivačných činiteľov.

Pri didaktickom modelovaní poznávania podľa ktoréhokoľvek modelov uvedených v predchádzajúcom odstavci, by po vhodnej motivácii mala nasledovať fáza "Objavenie a formulácia problému". Navodenie úlohovej situácie, ktoré by malo viesť k objaveniu problému závisí od zvoleného modelu poznávania, ktorý plánuje učiteľ použiť. Ak učiteľ založí poznávanie na didaktickom modeli empirického poznávania, býva potrebné navodiť úlohovú situáciu vhodným materiálnym prostriedkom - demonštráciou pomôcky alebo obrazu, či demonštračným experimentom.

Ak učiteľ svoj vyučovací postup zakladá na didaktickom modeli teoretického poznávania, predstavuje fáza navodenia úlohovej situácie spravidla neľahký didaktický problém. Žiak má vybodovať v svojich predstavách , v spolupráci s učiteľom, často dosť zložitú myšlienkovú konštrukciu, z ktorej by vyplýval jednak problém, jednak návrh hypotézy jeho riešenia. Limitujúcim faktorom použitia vybraného vyučovacieho postupu je tu potom nielen dostatočná zásoba utriedených doterajších poznatkov o jave ale aj žiakova zbehlosť pri aplikáciách logických operácií, matematických postupov, modelov a analógií.

V školskej praxi sa usilujeme modelovať poznávanie tak, aby zodpovedalo niektorému z možných poznávacích postupov, ktorými by k určitému poznatku dospela veda. Preto i v didaktických modeloch školského fyzikálneho poznávania by sa malo odraziť kritérium spojenia teórie a praxe. Ak sa vyučovací postup zakladá na modeli empirického poznávania, mal by sa empirický poznatok teoreticky zdôvodniť a naopak. Z hľadiska teórie poznania je uvedená požiadavka oprávnená aj pri školskom poznávaní. Bez jej splnenia nemožno ani školské fyzikálne poznanie považovať za úplné.

V mnohých prípadoch, aj pri najlepšej snahe, učiteľ nemôže zostaviť taký didaktický model poznávania určitej témy, ktorý by sa dal považovať za úplný. Býva tomu tak najmä vtedy, keď teoretická zložka poznávacieho procesu je neadekvátna úrovni poznania alebo myslenia, na ktorej sa nachádzajú žiaci, ktorým sa poznatok sprostredkuje(napr. topenie a tuhnutie kryštalickej látky v 8.roč. ZŠ). Pravdepodobne pri väčšine tém fyziky na základnej škole nedocielime, aby didaktický model poznávania bol úplný. Avšak pri úsilí o úplnosť didaktických modelov poznávania si žiaci postupne zvykajú, že každé fyzikálne poznanie má obsahovať tak empirickú, ako i teoretickú zložku a že tieto dve zložky od seba nemožno oddeliť. Pri výbere modelu k danej téme treba rešpektovať primeranosť modelu. Neprimerané modelovanie môže byť jednou z príčin straty žiackeho záujmu o predmet poznávania. S neprimeraným modelovaním poznávania sa môžeme stretnúť i tam, kde učiteľ za základ svojho vyučovacieho postupu si zvolí taký model poznávania, ktorý zodpovedá charakteru sprostredkovaného poznatku, avšak zároveň obsahuje také prvky, ktoré presahujú rámec vedomostí žiaka.

Idealizácia objektov a procesov, formalizácia, systémový prístup

Jednou z metód vedeckého skúmania je idealizácia. Pri idealizácii je reálny objekt zamenený idealizovaným objektom za účelom ľahšieho poznania a formulovania zákonitostí v jednoduchšej forme. Idealizáciu je možno vysvetliť ako určitú kombináciu elementárnych postupov skúmania - abstrakcie a syntézy. Na jednej strane abstrahujeme v procese idealizácie od niektorých vlastností reálnych objektov a procesov a na strane druhej priraďujeme ideálnemu objektu alebo procesu také vlastnosti, ktoré reálny objekt či proces nemá. Idealizácia fyzikálnej reality je ale nevyhnutným stupňom tak pri jej poznávaní vo vedeckej práci ako i vo vyučovacom procese. V školskom vyučovaní je často vedecká idealizácia často ešte ďalej zjednodušovaná. Tým tvoríme idealizovaný obraz reality, ktorý umožňuje fyzikálne vzťahy a závislosti vyjadrovať vo veľmi jednoduchej a ľahko pochopiteľnej forme. Idealizácia je tým väčšia, čím elementárnejší je stupeň výučby.

Z hľadiska správneho porozumenia fyzikálnym udalostiam, objektom, javom a procesom je dôležité, aby žiak pochopil, že idealizáciou napr. fyzikálneho procesu sa nedopúšťame niečoho nesprávneho a nedovoleného, ale že idealizácia nám umožňuje hlbšie pochopenie skúmaného procesu. Poznávacia a didaktická hodnota idealizácie je často znehodnotená tým, že žiak si nemôže jasne uvedomiť, kedy pracuje s určitou idealizáciou a kde naopak pracuje so skutočnou fyzikálnou realitou, za akých podmienok je idealizácia realizovaná a kde sú medze jej použitia.

Trochu zložitejšou metódou vo vedeckom poznaní je formalizácia.

Jej podstata spočíva v tom, že forma vystupuje ako zvláštny objekt poznania nezávisle od obsahu. Jedná sa o kombináciu dvoch metód - porovnávania a abstrakcie. Najskôr sa rôzne objekty porovnávajú a určujú sa medzi nimi vzťahy. Potom sa tieto abstrahované vzťahy skúmajú ako samostatný objekt. Prakticky sa jedná o matematizáciu vzťahov medzi objektami alebo ich vlastnosťami.

Systémový prístup poznania objektov odhaľuje perspektívu aplikácie zákonitostí súhrnu objektov - systémov, pre akékoľvek systémy, na rôzne konkrétne objekty. Namiesto termínu systém sa vo fyzike častejšie používa termín sústava (pr. termodynamická).

Otázky a úlohy:

1.    Čo je idealizácia - na ktoré vlastnosti reálneho objektu alebo procesu neprihliadame (abstrakcia) ktoré vlastnosti ideálnemu objektu alebo procesu priraďujeme (syntéza) Kedy má idealizácia vedeckú hodnotu?

2.    Uveďte konkrétne príklady idealizácie vo fyzike uvedené v učebniciach fyziky pre základné a stredné školy ( porovnaj s vysokoškolským zavedením objektu či procesu).

4.    Je vždycky uvedené, že sa jedná o ideálny objekt ? Uveďte konkrétnu citáciu, kedy tomu tak nie je.

5.    Je uvedené porovnanie so skutočným objektom alebo procesom? Uveďte citácie, kedy tomu tak nie je.

3.    Porovnajte zavedenie pojmu "tuhé teleso" na vysokej škole s ohľadom na proces idealizácie.

1.    Ktoré vlastnosti objektu zanedbávame?

2.    Ktoré vlastnosti objektu priraďujeme?

3.    Ktoré vlastnosti sú rovnaké u reálneho a ideálneho objektu?

4.    Ako je zavedený pojem "teleso" v učebnici základnej školy?

5.    Ako je zavedený pojem "tuhé teleso" v učebnici SŠ ?

6.    Ktoré kladné a ktoré záporné stránky má idealizácia vo vyučovaní fyziky ?

7.    Vysvetlite proces formalizácie na základe toho, že sa jedná o porovnanie a abstrakciu na konkrétnom príklade:

z fyziky základnej školy