Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: Kaotični sistemi so kompleksni oscilirajoči sistemi z značilno nelinearno dinamiko. Slednje vodi do otežene obravnave, zaradi česar se kaotični sistemi ne vključujejo v pouk fizike na sekundarni ravni izobraževanja. Osnovni cilj doktorske disertacije je razvoj učnega pripomočka za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike na programu splošne gimnazije. Na podlagi pregleda literature sklenem, da nezadostno matematično znanje dijakov vodi v poenostavljanje opisa dinamike sistemov, včasih tudi do mere, ko rezultati modela več niso primerljivi z realnim stanjem. Posledično so obravnavani primeri pogosto neavtentični, učenje fizike pa osredotočeno na uporabo formul. V teoretičnem delu predstavim matematično modeliranje oscilirajočih sistemov, pri čemer se osredotočim na dvodimenzionalne linearne in nelinearne dinamične sisteme. S stabilnostno analizo pokažem, da so za nastanek oscilacij potrebni dvodimenzionalni sistemi in predstavim, da za prisotnost determinističnega kaosa, sistem mora biti večdimenzionalen, nelinearen in oscilirajoč. Na primerih kaotičnih sistemov v naravi in družbi predstavim nekatere značilnosti kaosa kot je občutljivost na začetne pogoje. Podrobneje predstavim dve metodi za prepoznavanje determinističnega kaosa in sicer metodo izračuna največjega Lyapunovega eksponenta ter vizualizacijsko metodo grafa ponovitev. Nato se osredotočim na akustične sisteme, natančneje na vibrirajoče strune. Na primeru posnetka zvoka tona in akorda A zaigranega na kitari, prikažem časovno vrsto tlačnih sprememb. Za časovno vrsta akorda A se nam na prvi pogled zdi, da ustreza kaotičnemu sistemu, zato to preverimo z metodami za prepoznavo kaotičnega obnašanja. Metoda največjega Lyapunovega eksponenta napačno nakazuje, da gre za kaotičen sistem. To potrdim z uporabo vizualizacijske metode grafa ponovitev za ton in za akord A, ki potrdi, da opazovana dinamika ni kaotična. Teoretični del doktorske disertacije se zaključi z razvojem učnega pripomočka za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike. V ta namen pregledam obravnavo oscilirajočih sistemov pri fiziki in se seznanim z matematičnimi omejitvami obravnave fizikalnih modelov. Študije so že pokazale prednost vpeljave blokovnih shem za razumevanje dinamike sistemov. Z blokovnimi shemami prikažem vzročno posledične relacije med količinami in vizualiziramo, kako količine vplivajo ena na drugo. Na blokovnih shemam temeljijo tudi grafično orientirani računalniški programi. Na podlagi zbranih informacij razvijem učni pripomoček za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike. Učni pripomoček obsega 20 strani dolg učni list s 6. poglavji in 4 videoposnetke z razlago. Učni pripomoček prilagodim v luči omejevanja fizičnih stikov in sicer tako, da je primeren za poučevanje na daljavo, saj omogoča samostojno delo dijaka. Za oceno učinkovitosti razvitega učnega pripomočka izvedem empirično raziskavo, v katero je vključenih 7 srednjih šol, 7 učiteljev fizike in 243 dijakov. Učiteljem fizike posredujem učno gradivo, ki obsega učni pripomoček, inicialni in finalni test znanja za dijake ter lestvico stališč, s katero zbiramo mnenja učiteljev o učnem pripomočku. Z inicialnim testom znanja pridobivam informacije o trenutnem razumevanju dinamike sistemov ter prepoznavanja oscilirajočih in kaotičnih sistemov z namenom dopolniti učni pripomoček. Finalni test znanja je namenjen oceni učinkovitosti učnega pripomočka z vidika pridobljenega znanja dijaka. Preverim, v kolikšni meri dijak po uporabi učnega pripomočka razume dinamiko sistemov in fazne prostore ter v kolikšni meri se izboljša prepoznava oscilirajočih in kaotičnih sistemov iz grafičnih prikazov. Z analizo rezultatov finalnega testa potrdim, da se je razumevanje dijakov izboljšalo. Dodatno lahko na podlagi pregleda lestvice stališč potrdim, da je v učnem pripomočku obravnavana tematika zanima, aktualna, a zahtevna. Ocenjujem, da je razvit učni pripomoček učinkovit in primeren za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike na programu splošna gimnazija.
Ključne besede: kaotični sistemi, oscilirajoči sistemi, akustični sistemi, fizika, splošna gimnazija, srednja šola, poučevanje fizike, kaos, časovne vrste, učni pripomoček
Objavljeno v DKUM: 11.07.2022; Ogledov: 851; Prenosov: 95
Celotno besedilo (5,76 MB)

Opis: Sodobna informacijska družba od mladega človeka pričakuje, da se bo po končanem izobraževanju znal prilagajati hitrim spremembam. Pričakuje posameznika, ki bo samoiniciativen, fleksibilen, motiviran, usposobljen za reševanje problemov in sposoben sprejemanja odločitev. Posledično postaja poučevanje vedno bolj kompleksno. Tradicionalni pristopi, ki učenca več ali manj postavljajo v položaj pasivnega poslušalca, ne sledijo spremembam v sodobno razvitem svetu. V zadnjih dveh desetletjih se zelo intenzivno iščejo novi učni pristopi v poučevanju, s ciljem izboljšati učni proces. Vpeljava konceptualnega pristopa poučevanja in učenja fizike (Conceptual Learning of Science – CoLoS) je postala ob izrednem napredku informacijsko komunikacijske tehnologije toliko bolj zanimiva tudi za tiste učitelje, ki so sicer bolj naklonjeni tradicionalnim učnim pristopom v poučevanju fizike. V obširni analizi novih učnih pristopov smo ugotovili, da je konceptualni pouk fizike že uveljavljen učni pristop, da pa še ne obstaja znanstveno preverjena raziskava o učinkovitosti konceptualnega učenja fizike v srednjih šolah. Namen raziskave je bil: • analizirati uspešnost konceptualnega pouka fizike, podprtega z izbranimi konceptualnimi modeli (fizleti), v primerjavi s tradicionalnim frontalnim poukom fizike v srednji šoli; • s strategijo presoje kot dodatnim mehanizmom v pedagoškem eksperimentu analizirati uspešnost konceptualnega pouka fizike v doseganju višjih taksonomskih nivojev znanja; • preučiti vplive opazovanih faktorjev na uspešnost izbranega učnega pristopa – spol testiranih dijakov in njihova predhodna ocena iz fizike. Doktorska disertacija je strukturirana iz dveh delov. V teoretičnem delu izpostavimo poglavitne razloge za uvedbo inovativnih didaktičnih (učnih) pristopov v sodobnem izobraževanju. Analiziramo stanje pouka fizike in naravoslovja nasploh. Posebej izpostavimo novejše rezultate mednarodnih raziskav TIMMS (Trends in International Mathematics and Science Study) in Pisa (Programme for International Student Assessment). V nadaljevanju predstavimo pregled raziskav o vlogi in pomenu sodobnih učnih pristopov pouka fizike ter raziskave na področju primerjav sodobnih učnih pristopov (podprtih z računalniškimi simulacijami) s tradicionalnimi pristopi pri pouku fizike. Nato predstavimo različne oblike pouka in metode poučevanja ter izpostavimo sodobnejše, za katere menimo, da so v luči vse hitrejšega razvoja sodobne tehnologije ustreznejše za poučevanje fizike v srednji šoli. Tradicionalni frontalni pouk fizike žal še vedno ostaja najpogostejša oblika poučevanja fizike v srednji šoli, zato ga posebej predstavljamo; obenem izpostavljamo prednosti in pa predvsem slabosti te oblike pouka fizike, na katere opozarjajo številni raziskovalci doma in po svetu, in predstavljajo osnovni motiv inovativnih projektov na področju poučevanja fizike za iskanje novih, ustreznejših učnih pristopov k poučevanju fizike. Nadalje predstavljamo tri ključne komponente, ki bi jih moral vsebovati sodobni pouk fizike: problemski pouk, IKT pri pouku fizike in eksperiment pri pouku fizike. Omenjene komponente so ključne pri konceptualnem učenju fizike, ki ga podrobno obravnavamo – podamo njegove temeljne značilnosti in predstavimo njegovo razširjenost po svetu in pri nas. V ključnem delu teoretičnega dela disertacije postavimo model konceptualnega pouka fizike v slovenski srednji šoli in predstavimo strategije presoje kot analitični mehanizem za določitev taksonomskih nivojev globin znanja. Teoretični del zaključujemo z analizo starega in prenovljenega učnega načrta fizike za srednje šole, pri čemer poudarimo bistvene razlike obeh učnih načrtov in analiziramo možnosti uvajanja konceptualnega pouka fizike z ozirom na obstoječi učni načrt. Na osnovi zgoraj predstavljenih teoretičnih izhodišč smo pripravili komplet gradiv za izvedbo pedagoškega eksperimenta, s ciljem preveriti učinkovitost konceptualnega pouka fizike v srednji šoli: učne priprave za trad
Ključne besede: izobraževanje, fizika, didaktika fizike, poučevanje fizike, učni pristopi, konceptualni pouk fizike, IKT, konceptualni modeli – fizleti, didaktični model, empirična raziskava, interaktivna e-gradiva, strategije presoje
Objavljeno v DKUM: 24.07.2014; Ogledov: 2898; Prenosov: 371
Celotno besedilo (5,16 MB)