Projekt IT for US. Technologia informacyjna dla zrozumienia przedmiotów w przyrodniczych. Małgorzata. IT for US - CODN, 21-09

Transkrypt

1 Projekt IT for US Technologia informacyjna dla zrozumienia przedmiotów w przyrodniczych Małgorzata Chmurska,, Elżbieta Kawecka,, Ewa Kędzierska

2 Information Technology for Understanding Science Projekt realizowany przy wsparciu Komisji Europejskiej w ramach grantu Socrates Comenius Akcja 2.1. Szkolenie kadry edukacyjnej Nr CP PL- COMENIUS - C21

3 Koordynator Ośrodek Edukacji Informatycznej izastosowań Komputerów, Centrum Technologii Nauczania, Warszawa

4 Nasi partnerzy: AMSTEL Amsterdam Mathematics Science and Technology, University of Amsterdam FCTUNL - College of Sciences and Technology, New University of Lisbon University of Leicester - School of Education UCY - University of Cyprus, Department of Educational Science Akademia Pedagogiczna w Krakowie, Katedra Informatyki

5 Information Technology for Understanding Science

6 Oprogramowanie edukacyjne Skrzydło informacyjne Skrzydło konstrukcyjne Prezentacja informacji (Papert, 1999 Introduction in: Logo Philosophy and Implementation )

7 Oprogramowanie Skrzydło informacyjne Skrzydło konstrucyjne Internet Multimedia Wizualizacja Instrukcje i poradniki

8 Oprogramowanie edukacyjne skrzydło informacyjne skrzydło konstrukcyjne prezentacja informacji przetwarzanie informacji

9 Oprogramowanie edukacyjne Skrzydło informacyjne Skrzydło konstrukcyjne Przetwarzane danych Modelowanie Symulacje Pomiary wspomagane komputerowo Wideopomiary

10 IT for US Modelowanie owanie Symulacje Pomiary wspomagane komputerowo Wideopomiary

11 Narzędzia TI Coach Insight Modellus

12 Narzędzia TI Coach 6

13 Narzędzia TI Datalogging & Simulation Insight

14 Narzędzia TI Modellus

15 Narzędzia TI Niewielkie umiejętno tności techniczne Dedykowane przedmiotom przyrodniczym Dane numeryczne & analiza danych

16 Nauczanie z TI Umiejętno tności operacyjne Umiejętno tności metodyczne Umiejętno tności pedagogiczne

17 Nauczanie z TI Porównanie wykresów w z pomiarów wspomaganych komputerowo z filmem Porównanie wyników w modelowania z wynikami pomiarów Porównanie wykresów w z animowanym ruchem na symulacjach Porównanie symulacji z obserwacjami w czasie wykonywania pomiarów w wspomaganych komputerowo

18 Główny cel Opracowanie międzynarodowego kursu dla nauczycieli dotyczącego zastosowania TI w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych

19 Ważne aspekty Kurs złożonyony jest z modułów, każdy moduł jest poświ więcony jednemu tematowi z dziedziny biologii, chemii i fizyki W modułach wykorzystyw ywane są techniki informatyczne (przynajmniej dwie), które wspomagają konstruktywistyczne nauczanie przedmiotów w przyrodniczych: pomiary wspomagane komputerowo (data logging), wideopomiar pomiary, modelowanie i symulacje. Ćwiczenia zostały y tak zaprojektowane, aby stosowanie TI pomagało o w rozumieniu zagadnień przyrodniczych, wprowadzało o wartość dodaną.

20 Typy modułów I. Moduły wstępne wprowadzenie do oprogramowania (Coach, Insight, Modellus) II. Moduły kształcące ce umiejętno tności tworzenia i analizy wykresów III. Moduły ściśle związane zane z podstawą programową IV. Moduły rozszerząjace

21 I. Moduły wstępne - Drgania Pomiary wspomagane komputerowo, modelowanie i wideopomiary w Coach 6, Pomiary wspomagane komputerowo, modelowanie i symulacje w Insight, Modelowanie i symulacje w Modellusie.

22 Moduły kształcące ce umiejętno tności tworzenia i analizy wykresów 2. Wprowadzenie do wykresów w i torów ruchu 3. Wektory, prędko dkość i przemieszczenie

23 Moduły ściśle związane zane z podstawą programową 4. Mocne i słabe s kwasy 5. Fotosynteza i oddychanie 6. Zmiany stanu skupienia 7. Obwody elektryczne 8. Modelowanie reakcji chemicznych

24 Moduły rozszerząjace 9. Skoki na bungee 10. Energia i organizm ludzki

25 Wprowadzenie Struktura modułu Podstawy teoretyczne Wymagana wiedza wstępna Pojęcia naukowe rozwijane w module Inne użyteczne informacje linki, literatura... Podejście dydaktyczne Kontekst pedagogiczny Typowe trudności ucznia Ewaluacja wykorzystania TI Wskazówki dydaktyczne dla nauczyciela

26 Struktura modułu Ćwiczenia uczniowskie przykłady ćwiczeń, które można wykorzystać jako oddzielne ćwiczenia albo sekwencję nastepujących po sobie ćwiczeń. Opisy ćwiczeń dla nauczycieli zawierające ce: zastosowana TI, poziom nauczania, zalecany sposób b prowadzenia ćwiczeń,, cele nauczania, umiejętno tności informatyczne, umiejętno tności metodyczne, materiały, opis ćwiczenia, pytania, analiza danych, wskazówki wki i rady...) Ćwiczenia w programie zadania dla uczniów

27 Moduł: Skoki na bungee Skoki na bungee przyciągaj gają wszystkich, którzy lubią wynikające z niebezpieczeństwa podniecenie. Wzbudzają one zainteresowanie uczniów w i mogą być wspaniałym kontekstem w nauczaniu fizyki. Niniejszy moduł zawiera ćwiczenia: Wideopomiary: przeprowadzenie pomiarów z wykorzystaniem nagrania wideo przedstawiającego skok na bungee Nabór r danych pomiarowych: eksperymenty laboratoryjne dotyczące ce pomiaru siły działaj ającej na skoczka podczas skoku; badanie dla lin o różnych r współczynnikach spręż ężystości. Pomiar siły y podczas rozciągania liny przez różne r masy. Modelowanie: tworzenie modelu dynamicznego opisującego ruch skoczka

28 Moduł: Elektryczno ktryczność Własności prostych obwodów elektrycznych, rozumienie podstawowych pojęć ęć. Ćwiczenia: Pomiary wspomagane komputerowo: doświadczenia laboratoryjne - badanie zależno ności natęż ężenia od napięcia i obwodów szeregowych i równolegr wnoległych Symulacje: Środki wizualne wspomagające rozumienie zjawisk w obwodach elektrycznych Modelowanie owanie: modele matematyczneopisujące ce zależno ności między natęż ężeniem, napięciem, mocą. Ćwiczenia z zastosowaniem programów Insight pomiary i Simulation Insight

29 Proponowane ćwiczenia Pomiary wspomagane komputerowo Zależno ność natęż ężenia prądu od napięcia dla opornika (żar( arówki, diody) Szeregowe i równolegr wnoległe łączenie oporów

30 Proponowane ćwiczenia Symulacje Przepływ prądu przy szeregowych i równolegr wnoległych połą łączeniach elementów Rozkład napięcia przy szeregowym łączeniu elementów Napięcie miarą zmiany energii jednostkowego ładunku Szeregowe i równolegr wnoległe łączenie oporników Moc tracona w obwodzie

31 Proponowane ćwiczenia Modelowanie owanie Zależno ność między natęż ężeniem prądu a napięciem dla żarówki Opór r zastępczy przy równolegr wnoległym łączeniu trzech oporników Napięcie zasilania przy zmianach oporu obciąż ążającego

32 Sekwencja dydaktyczna IT for US Activities *Doświadczenia z przewodnikami i izolatorami *Doświadczenia z bateryjkami, żarówkami i wyłą łącznikami Wprowadzenie pojęć ęć: ładunek i prąd d elektryczny Napięcie jako przyczyna przepływu prądu Pojęcie energii elektrycznej: napięcie jako energia na jednostkę ładunku *Doświadczenia pomiar napięć na elementach połą łączonych szeregowo *Doświadczenia pomiar mocy Simulation: : 2a Currents in circuits Simulation: : 2b Voltage in series Simulation: : 2c Elec. energy in circuits Simulation: : 2e Electric power *Doświadczenia szukanie zależno ności między natęż ężeniem a napięciem dla elementów w obwodu Definicja oporu elektrycznego *Doświadczenia z opornikami połą łączonymi szeregowo i równolegler *Doświadczenie z żarówką wpływ temperatury na opór elekr. *Doświadczenia ze spiralą grzewczą *Doświadczenie badanie oporu wewnętrznego baterii D-Logging: : 1a Resistor characteristics D-Logging: : 1b Resistors in series and parallel Simulation: : 2d Calculating resistance Model: : 3b Calculating resistance D-Logging: : 1a Light bulb characteristic Model: : 3a Resistance of a light bulb Model: : 3c Internal resistance of battery and lost volts

33 Ćwiczenie Korzyści płynp ynące z zastosowania TI Pomiary wspomagane komputerowo 1. Wykresy natęż ężenia od napięcia 2. Łączenie szeregowe i równoległe e oporników Wykres zależno ności natęż ężenia prądu od napięcia jest wyświetlany wietlany w czasie przeprowadzania pomiarów. Można natychmiast obserwować zmiany. Narzędzia do analizy wykresów w pozwalają szczegółowo badać zależno ności między danymi. Symulacje Modelowanie 1. Żarówka 2. Oporniki połą łączone równolegler 3. Opór r wewnętrzny baterii Wizualizacja abstrakcyjnych pojęć w teorii elektryczności: ci: - prąd d jako przepływ ładunku - zachowanie ładunku (1. prawo Kirchhoffa) - potencjał elektryczny jako energia jednostkowego ładunku - napięcie (SEM i różnica r potencjałów) jako energia przekazywana przez jednostkowy ładunek - zachowanie energii w obwodzie elektrycznym Modele pokazują jak ważne prawa fizyczne mogą być wyrażone w prosty sposób b z zastosowaniem wzorów w matematycznych. Wyniki modelowania można porówna wnać z wynikami rzeczywistych pomiarów w wspomaganych komputerowo przeprowadzonych z obwodami elektrycznymi. Model 1 pozwala badać zmiany oporu spowodowane zmianą temperatury. Model 2 może e być poszerzony na dowolną ilość oporników w o dowolnych wartościach. Model IT for 3 pozwala US - CODN, symulować efekt starzenia się baterii.

34 Modelowanie reakcji chemicznych Przykładowe ćwiczenia w Excelu i Modellusie Autor : Vitor Duarte Teodoro

35 Wprowadzane pojęcia: Szybkość reakcji Równanie kinetyczne Stała a szybkości Rząd d reakcji Równanie różniczkower

36 Ćwiczenia przedstawione w module: są przeznaczone dla uczniów w szkół ponadgimnazjalnych,, studentów pierwszego roku i nauczycieli szkół średnich. ilustrują w prosty sposób b zastosowanie interaktywnych narzędzi (Modellus( i arkusz kalkulacyjny np.. Excel) do modelowania zjawisk fizycznych. mogą być szczególnie przydatne w jednoczesnym szkoleniu nauczycieli chemii i matematyki, promując c interdyscyplinarność ść,, pobudzając c do refleksji na temat pojęć i ich reprezentacji. ułatwiają wprowadzenie prostych metod numerycznych poprzez wprowadzenie równar wnań typu: nowa wartość = stara wartość + szybkość zmiany x mały y przedział czasu

37 Modelowanie w Modellusie reakcji: A B A A + B B C A B + C A B C A B C A B C

38 Badania ankietowe Analiza aktualnej sytuacji w zakresie przygotowania nauczycieli przedmiotów przyrodniczych do wykorzystania technologii informacyjno-komunikacyjnych w szeroko rozumianym procesie dydaktycznym.

39 Wielkość próby N=267 nauczycieli Portugalia 20% (N=54) Wielka Brytania 8% (N=21) Cypr 11% (N=30) Holandia 25% (N=67) Polska 36% (N=95)

40 Lubię używać TIK podczas moich zajęć ęć. (%). 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Cypr Holandia Polska Portugalia Wielka Brytania Zdecydowanie się nie zgadzam. Nie zgadzam się. Nie mam pewności. Zgadzam się. Zdecydowanie się zgadzam.

41 Chcę używać TIK w mojej pracy w przyszłości. (%) 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Cypr Holandia Polska Portugalia Wielka Brytania Zdecydowanie się nie zgadzam. Nie zgadzam się. Nie mam pewności. Zgadzam się. Zdecydowanie się zgadzam.

42 Jak często wykorzystujesz komputery dla niżej wymienionych celów? Przeprowadzając pomiary wspomagane komputerowo (%) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Cypr Holandia Polska Portugalia Wielka Brytania Nigdy. Czasami (2-5 razy w miesiącu). Często (1-2 razy w tygodniu). Bardzo często (3-4 razy w tygodniu).

43 W jakim zakresie zgadzasz się z poniższymi opiniami odnośnie nie pomiarów w wspomaganych komputerowo? (%) Są bardzo czasochłonne 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Cypr Holandia Polska Portugalia Wielka Brytania Zdecydowanie się nie zgadzam. Nie zgadzam się. Nie mam pewności. Zgadzam się. Zdecydowanie się zgadzam.

44 W jakim zakresie poniższe czynniki wpływaj ywają na efektywne wykorzystanie modelowania podczas prowadzenia lekcji? (%) Wiedza nauczyciela o modelowaniu. 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Cypr Holandia Polska Portugalia Wielka Brytania Nie ma w pływ u. Raczej nie ma w pływ u. Nie mam pew ności. Ma mały w pływ. Zdecydow anie ma duży w pływ na w ykorzystanie modelow ania.

45 Wyniki badań

46 Testowanie materiałów w kursowych Analiza zaprojektowanych modułów w i dostosowane ich do sytuacji w danym kraju Przygotowanie wersji narodowych Uniwersytet Cypryjski, OEIiZK,, Akademia Pedagogiczna w Krakowie

47 Seminaria i warsztaty IT FOR US : testowanie modułów w kursowych Seminaria dla nauczycieli (raz w miesiącu w latach ) - lipiec 2006 i styczeń godzinne warsztaty dla nauczycieli Pomiary wspomagane komputerowo źródłem wiedzy przyrodniczej,,, listopad godzinne warsztaty dla nauczycieli w czasie ogólnopolskich konferencji i zjazdów w PSNPP: Coroczna konferencja PSNPP (wrzesień 2005, 2006, 2007) Nowe technologie w nauczaniu konferencja organizowana przez, Microsoft, Intel (Warszawa kwiecień 2007, Chełm2007) VI Ogólnopolski Zjazd Opiekunów w pracowni internetowych w Mrozach (Maj 2007)

48 IT for US workshops July 2006

49

50 Przemiany energii w organizmie ludzkim 2- godzinne warsztaty Pomiary wspomagane komputerowo Paliwo głównym g źródłem energii Spalenie orzeszka - wyznaczanie wartości energetycznej pokarmów Kalibracja pojemności cieplnej kalorymetru za pomocą żarówki Energia wydzielana przez organizm ludzki Pomiary (lub film i analiza wyników) w) - bilans energii

51 Pomiar wartości energetycznej chipsów

52 W skrzyni...

53 Modelowanie i symulacje

54 Warsztaty w szkołach I. Warsztaty wprowadzające II. Analiza otrzymanych materiałów III. Lekcje w szkole oparte na wybranych modułach IV. Spotkanie podsumowujące prezentacja opracowanych scenariuszy lekcji

55 Dziękujemy