Mladenovic radovanovic dorocki rs2016 mazur final 2

Настава физике, број 3, 2016, стр 1 - 10

Oсновни принципи „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3 1

ОШ „Иван Вушовић“ Ражањ, „Алексиначка гимназија“ Алексинац; 2ОШ „Слободан Секулић“, Ужице; 3Гимназија„Исидора Секулић“ Нови Сад

Апстракт. Рад приказује основне принципе комплементарних наставних стратегија „Peer instruction“ и „Just in Time Teaching“. Реч је о методама које подстичу активност и међусобну сарадњу ученика уз ефикасно коришћење времена у учионици. Уз то, посебан осврт дат је на важност концептуалних питања у настави физике. Кључне речи: активна настава/учење; концептуална питања; „Peer Instruction“; „Just in Time Teaching“; интерактивни системи за учење

УВОД Основни циљ овог рада је представљање општих принципа наставне стратегије „Peer Instruction (PI)“ чији је аутор професор Ерик Мазур са Универзитета Харвард, а која најбоље ефекте даје уз примену „Just in Time Teaching (JiTT)“ методе. Реч је о наставним стратегијама које се међусобно допуњавају подстичући активност и сарадњу ученика уз ефикасно коришћење времена на часу, а усмерене су ка усвајању суштинских, концептуалних знања [1]. На самом почетку би требало објаснити избор аутора да се у овом раду користе оригинални изрази на енглеском језику, односно њихове скраћенице. Имајући у виду да су ове наставне стратегије тек од недавно присутне у наставној пракси у образовном систему Србије, још увек не постоји јединствен превод на наш језик који је у широј употреби. Уз поштовање сопственог језика, али без намере да допринесемо шароликости израза који се користе, употребљаваћемо оригиналне термине све до коначног дефинисања наших у одговарајућој литератури.

Професор Мазур и настава физике Ерик Мазур (Eric Mazur), рођен 1954. године у Холандији, је „Балкански професор“ физике и примењене физике (Balkanski Professor of Physics and Applied Physics) на Универзитету Харвард. Аутор је значајних истраживања која су му донела велики углед у области оптике, ултрабрзих процеса и нанофотонике. Међутим, једна од важних сфера интересовања професора Мазура је и настава физике. Осим на Харварду, бројна предавања остварује на многим угледним универзитетима широм света (https://www.seas.harvard.edu/directory/mazur).

1

2

Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3

Основао је неколико компанија, од којих је најпознатија SiOnyx која се бави применом нове форме силикона (црни силикон) пронађене у оквиру истраживања Мазур групе (http://mazur.harvard.edu). Од самог почетка универзитетске каријере, осим оптике, главно поље интересовања професора Мазура чини настава физике. Суочивши се са неразумевањем основних физичких концепата и немогућношћу њихове примене чак и код студената који су са упехом завршили основне курсеве физике, изградио је властити приступ, назван „Peer Instruction“, а који је базиран на концептуалној настави и настави усмереној ка већем ангажовању и међусобној сарадњи студената [2]. Реч је о методи која је широко прихваћена, а чија је ефикасност више пута доказана на многим универзитетима, пре свега широм Америке [3].

СЛИКА 1. Ерик Мазур и насловна страна књиге Peer Instruction (Prentice Hall, 1997).

Рад професора Мазура високо је вреднован и за њега је добио низ великих јавних признања и награда. Од многобројних навешћемо две најзначајније: Миликенову медаљу Америчког удружења наставника физике 2008. године (https://www.aapt.org/Programs/awards/millikan.cfm) и велику награду Минерва за допринос високом образовању (https://www.minerva.kgi.edu/institute).

КОНЦЕПТУАЛНА ПИТАЊА У НАСТАВИ ФИЗИКЕ Јасно је да многи физички феномени подстичу децу да конструишу сопствене мисаоне моделе којима покушавају да их објасне [4]. Ове концепције им помажу у интерпретацији појава пре евентуалног започињања формалног проучавања. Позната је важност свакодневних (спонтаних) концепата као основе за усвајање научних концепата, али и њихова ограничења када их је потребно применити ван контекста у којем су оригинално формирани. Свакодневне концепте одликује недостатак универзалности. Последица тога је да се међу ученичким спонтаним објашњењима јављају она која могу бити компатибилна са научним концептима и која треба проверити и унапредити, али и велики број схватања која важе само под специјалним условима или представљају заблуде [5]. Они спонтани концепти који су делимично или потпуно неадекватни са научне тачке гледишта уобичајено се називају погрешним или алтернативним концепцијама (misconception, alternative conception). Такође, и овде треба имати у виду да се у литератури може сусрести већи број израза којима се овај појам именује, како на енглеском, тако и у преводу на српски језик [6, 7].

Oсновни принципи „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија

Алтернативне концепције везане за појаве које су предмет проучавања физике, биологије, географије и других природних наука широко су заступљене код ученика, али и код одраслих [8]. Ове наивне теорије представљају врло стабилна уверења каја често опстају упркос школском учењу [9, 10]. Са друге стране, дизајнирање наставних стратегија заснованих на концептуалним променама има дугу традицију, али је актуелно и данас јер промене од алтернативних ка научним концептима имају важну улогу у остваривању научне писмености. Утврђивање присуства ученичких алтернативних концепција и праћење степена развоја научних појмова током процеса учења представља веома важне елементе сваке наставне стратегије чији је циљ концептуална промена код ученика. У ту сврху развијени су бројни тестови, почев од „Force Concept Inventory (FCI) “ [11], теста којим се испитује разумевање њутновског концепта силе, преко тестова који се баве разумевањем силе и кретања [12], топлоте и температуре [13] и електромагнетизма [14, 15]. „FCI“ састоји се од 30 питања вишеструког избора. Покрива шест области: Кинематику, Први, Други и Трећи Њутнов закон, Принципе суперпозиције и Врсте сила (као што су гравитациона и сила трења). Свако питање нуди само један тачан одговор. Остали понуђени одговори на свако питање одражавају присуство алтернативних концепција о испитиваним феноменима и резултат су обимних истраживања која укључују интервјуе са великим бројем испитаника. Овај тест настао је касних осамдесетих година на Универзитету у Аризони. У почетним фазама примене теста, један од аутора, професор теоријске физике Хестенс (Hestenes), изнео је драматичан податак да приближно 80% студената уводних курсева физике може да наведе Трећи Њутнов закон на почетку курса, али да „FCI“ тест примењен на крају курса показује да мање од 15% студената употпуности разуме овај концепт [16]. Слични резултати поновили су се касније у великом броју студија са различитим групама испитаника. Међу онима који су „FCI“ тест применили убрзо након саопштавања првих узнемирујућих података о постигнућима студената, био је и професор Мазур. Ни резултати студената уводних курсева физике на Харварду нису били значајно бољи. И професор Мазур често наводи пример задатка који је усмерен на проверу разумевања Трећег Њутновог закона [11]: „Замислите директан судар између великог камиона и малог аутомобила. Током судара: 1. Камион делује већом силом на аутомобил него што аутомобил делује на камион.

2. Аутомобил делује већом силом на камион него што камион делује на аутомобил.

3. Ниједно не делује силом на друго. Аутомобил ће бити разбијен само зато што се нашао на путу камиона.

4. Камион делује силом на аутомобил, али аутомобил не делује силом на камион.

5. Камион делује истом силом на аутомобил као што аутомобил делује на камион.“ Схвативши да студенти нису разумели Трећи Њутнов закон, професор Мазур покушао је да им помогне додатним објашњењима. Видевши да и након десет минута објашњавања студенти имају исти, збуњен израз лица, у тренутку очаја,

3

4

Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3

предложио им је да међусобно продискутују. Показало се да је неко ко је тек схватио један научни принцип далеко више у могућности да пренесе своје знање другом студенту од професора. Ову ситуацију професор Мазур често наводи као почетак рада на „Peer Instruction“ наставној стратегији (https://www.youtube.com/watch?v=Z9orbxoRofI). Концептуална питања садрже вербално исказан проблем, и за разлику од класичних рачунских задатака који се у неким случајевима могу решавати само пуком репродукцијом научених шаблона, траже од ученика суштинско разумевање научних принципа. Ова питања наставницима често изгледају једноставно, али се у пракси показало да ученици могу имати бројних потешкоћа у њиховом решавању управо због дубоко укорењених система наивних уверења, односно алтернативних концепција. Имајући у виду широку распростарњеност алтернативних концепција о пливању и тоњењу тела [17, 18], на овом месту наводимо пар концептуалних питања професора Мазура која се тичу ових феномена (http://www.compadre.org/ipal): 1. Замислите да држите 2 цигле под водом: цигла А је тик испод површине, док је цигла Б на значајно већој дубини. Сила која је потребна да би се цигла Б држала под водом је (у односу на силу којом се држи цигла А):  већа;  једнака;  мања.

2. Чамац носи велики камен и плута на језеру. Ако се камен баци у воду и потоне, ниво воде језера (у односу на обалу) ће:  порасти;  опасти;  остати исти.

3. Две чаше су напуњене водом до истог нивоа, при чему у једној од њих пливају коцкице леда по врху. Која чаша је тежа?  чаша са ледом;  чаша без леда;  исте су тежине.

ПРИМЕНА „PI“ И „JITT“ НАСТАВНИХ СТРАТЕГИЈА „Peer Instruction (PI)“ представља интерактивни наставни метод којим се подстиче активност свих ученика у одељењу [1-3]. Ученицима се поставља концептуално питање на које треба да одговоре након краћег размишљања. Након тога ученици имају прилику да у малим групама продискутују своја решења и да поново дају свој одговор. Да би ово био ефикасан метод учења, неопходно је да ученици познају основне елементе градива које се обрађује. Зато се „PI“ метод идеално комбинује са „Just-in-TimeTeaching (JiTT)“ наставном стратегијом [1, 19]. Док „PI“ ставља у фокус учење током самог часа, JiTT захтева да ученици посвете извесно време одабраном наставном материјалу код куће, пре самог часа, те да се на тај начин припреме. Припремљеност за час, као и степен разумевања дате материје утврђује се неком врстом улазног теста који уобичајено обухвата три задатка. Прва два задатка су концептуална питања која се односе на задату материју, док је трећи,

Oсновни принципи „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија

додатни задатак увек исти и подразумева да ученици издвоје конкретан елемент који им је ток учења био најкомпликованији или збуњујући, а ако нема оваквих елемената да наведу шта им је било најинтересантније током учења. Рок за предавање решења улазног теста оставља наставнику неколико сати да изврши анализу ученичких одговора, одговори ученицима на исказане недоумице и припреми концептуална питања за предстојећи час. Ово омогућава да се време на часу користи ефикасније, односно да од се уместо традиционалног предавања, на часу заиста реализује процес учења уз континуирану размену информација на релацији ученици-наставник. Након кратке лекције, не дуже од 15 минута, фокус се пребацује са наставника на ученике и отпочиње се низом концептуалних питања. Постављањем концептуалног питања са вишеструким одговорима, наставник ученике увлачи дубље у саму проблематику материје. Након пар минута ученици дају одговоре на постављено питање, а у зависности од процента тачних одговора наставник одлучује да ли ће покренути дискусију или не. У случају да је на тесту било мање од 30% тачних одговора, наставник мора да ревидира концепт и боље објасни материју, те да понови тест питање. Ако је на тесту било више од 70% тачних одговора, наставник може да пређе на следеће питање, а ако је проценат тачних одговора између 30-70%, наставник упућује ученике једне на друге да продискутују своје одговоре, притом не говорећи који је одговор тачан. Ученици могу да дискутују са паром до себе или у малим групама, при чему наставник упућује ученике да нађу пара за дискусију који је изабрао различит одговор. Истраживања су показала да након кратке дискусије између ученика, резултати на поновљеном питању готово увек буду бољи него у првом кругу [1]. Иако наставник не учествује у дискусији, ученици брзо уче једни од других, а неретко боље разумеју концепт када објашњење добију од вршњака него од наставника. То се не дешава зато што наставник не познаје материју довољно добро, већ зато што је ученицима стечено знање свеже и још увек су свесни потешкоћа које су имали при стизању до одређеног знања, те из тог разлога лакше успевају да објасне свом вршњаку. У наставку наводимо пример задатака са уводног теста и низа концептуалних питања на часу посвећеном одбијању и преламању светлости [1].

Пример: Учење о одбијању и преламању светлости Уводни задаци: А) На слици 2 приказане су путање 3 карактеристична зрака емитована из извора и пропуштена кроз сабирно сочиво. Како бисте описали путању четвртог зрака који полази из сијалице и наставља између зрака 1 и 2?

1 2 предмет

3

СЛИКА 2. Преламање светлости кроз сабирно сочиво

лик

5

6

Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3

Б) Посматраш рибу која плива у језерцету. У односу на стварну дубину на којој риба плива, чини ти се да риба плива на већој, мањој или истој дубини?

Концептуална питања 1. Посматрач О стоји испред равног огледала и посматра светлосни извор S. Где посматрач О уочава лик извора S? (Слика 3) 1. у тачки 1; 2. у тачки 2; 3. у тачки 3; 4. у тачки 4; 5. на неком другом месту; 6. у овом случају није могуће видети лик извора S. огледало О

1

3 4 S

2

СЛИКА 3. Скица уз прво концептуално питање

2. Светлосни зраци путују од објекта О до посматрача P одбијајући се од површине равног огледала. Која од три приказане путање представља најкраћи пут од О до P? (Слика 4) 1. Путања 1; 2. Путања 2; 3. Путања 3; 4. Све путање су једнаке; P 5. Одговор зависи од храпавости површине.

1

О

2 3

СЛИКА 4. Скица уз друго концептуално питање

3. Светлосни зрак долази хоризонтално на систем два равна огледала постављена под правим углом приказан на слици 5. Након одбијања од оба огледала светлост: 1. се одбија више пута напред-назад док не удари у теме угла између огледала; 2. одбија се назад у смеру који зависи од упадног угла;

Oсновни принципи „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија

3.

4.

5.

одбија се назад и навише; одбија се назад и наниже; одбија се паралено упадном зраку у супротном смеру од њега.

СЛИКА 5. Скица уз треће концептуално питање

4. Посматрач О уочава рибу која плива у језерцету (Слика 6). Опажена дубина на којој риба плива је: 1. већа од стварене; 2. мања од стварне; 3. иста као стварна.

СЛИКА 6. Скица уз четврто концептуално питање

5. Три паралелна светлосна зрака долазе до равних површина стакленог тела приказаног на слици 7. Након уласка у стакло, зраци: 1. настављају паралено; 2. конвергирају у једну тачку; 3. дивергирају; 4. друго.

1

2

3

СЛИКА 7. Скица уз пето концептуално питање

7

8

Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3

„PI“ и „JiTT“ и технологија При примени „PI“ и „JiTT“ наставних стартегија важно је обезбедити довољно добре начине реализације уводног тестирања и примене концептуалних питања на самом часу. У ту сврху могуће је користити много техника: од најједноставније усмене провере, преко коришћења картица са обележеним словима (флеш-картица) и класичних кликера (Clickers - Classroom Response Systems), све до различитих онлајн и офлајн апликација, као што су Каху (Kahoo), Сократив (Socrative) и Пликери (Plickers) и комплексних система за управљање учењем (LMS-Learning Management System) као што је Мудл (Moodle). Напоменимо да је и професор Мазур 2011. године основао компанију Learning Catalytics - која је развила врло софистициран систем за управљање учењем. Ово решење 2013. године откупила је велика издавачка кућа Pearson и њега данас користе многи познати универзитети за организацију наставе. Једина, али велика препрека за његову употребу у нашим условима је висока цена. На овом месту осврнућемо се на нека решења које је могуће употребити у нашим учионицама и указаћемо на неке њихове основне карактеристике.

Флеш-картице То су картице са обележеним опцијама А, Б, Ц, Д за давање одговора и престављају најједноставнији начин на који се може реализовати метод професора Мазура. Недостатак је свакако немогућност анализе и колекције података као и мали избор различитих врста питања.

Кликери Кликери су бежични уређаји за давање одговора. Једноставни су и поуздани, припрема тестова је лака, софтвер садржи бројне опције за анализу и чување, а интернет није потребан. Недостатак је висока цена (око 2000 евра за 30 ученика) и мали избор врста питања.

Пликери Реч је о онлајн апликацији за организацију тестова. Ученици одговарају помоћу одштампаних кодираних флеш-картица, а наставник камером телефона сакупља одговоре само прелазећи преко њих. Бесплатна је. Интернет је потребан само наставнику и ученици не могу да „преписују“ одговоре. Подржава само питања вишеструког избора и има најосновнију анализу.

Сократив Онлајн апликација за организацију тестова. Ученици одговарају помоћу својих уређаја (телефон или таблет). Бесплатан програм са великим могућностима за начин вођења теста, анализе података и њихово касније коришћење. Сем питања вишеструког избора и да/не питања подржава и питања типа „кратак одговор“. Тешкоћа је једино што је интернет веза потребна и наставнику и ученицима.

Oсновни принципи „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија

Мудл Мудл је водећи светски систем за управљање учењем. Бесплатан је и потпуно локализован на српски језик. Наставнику су на располагању бројне могућности за креирање тестова, садржи више од 10 различитих врста питања и комплексне опције за нализу резултата. Ученици одговарају користећи своје телефоне или таблете као „кликере“. Огромна предност је што су бесплатно доступне базе са многобројним концептуалним питањима укључујући и комплетну базу професора Мазура. Недостатак је свакако потреба да ученици имају уређаје и приступ интернету.

ЗАКЉУЧАК Истраживања су показала да се реализацијом наставе уз коришћење „Peer Instruction“ и „Just in Time Teaching“ наставних стратегија могу остварити значајно боља постигнућа ученика него кроз наставу усмерену на вербално преношење знања [1, 2, 3]. Ове наставне стратегије стављају ученика и процес учења у фокус, док наставник преузима улогу модератора, креатора ситуација у којима ученици усвајају научне концепте. Најзахтевнији део посла наставника је креирање адекватног концептуалног питања, а за то је неопходно је добро познавати претходно знање ученика и њихове алтернативне концепције.

ЗАХВАЛНИЦА Аутори овог рада захваљују се др Мирјани Божић и др Андријани Жекић на њиховом великом труду око превода и издавања књиге [20] професора Мазура и ширењу његових идеја у Србији. Сигурни смо да тиме наставници физике у Србији добијају снажан алат чија је ефикасност већ доказана у свету.

ЛИТЕРАТУРА 1. Watkins, J., Mazur, E. (2010). Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. In Simkins, S.P. and Maier, M.H. (Eds.), Just-in-Time Teaching: Across the Disciplines, Across the Academy. скинуто 1. септембра 2015. са http://mazur.harvard.edu/sentFiles/Mazur_263828.pdf 2. Mazur, E., Peer Instruction: A User’s Manual, NY: Prentice Hall, 1997 3. Crouch, C. H., Mazur, E. (2001), Peer instruction: Ten years of experience and results, American Journal of Physics, 69(9), 970–977 4. Carey, S. (2000), Science education as conceptual change, Journal of Applied Developmental Psychology, 21(1), 13-19 5. Gang, S. (1995), Removing Preconceptions with a "Learning Cycle", The Physic Teacher, 33, 346-354 6. Chi, M. T. (2005), Commonsense conceptions of emergent processes: Why some misconceptions are robust, The journal of the learning sciences, 14(2), 161-199 7. Антић, С., Кооперативно учење: модели, потенцијали, ограничења, Београд: Институт за психологију, 2010

9

10

Владан Младеновић1, Јелена Радовановић2, Марина Дороцки3

8. Duit, R. (2009). Bibliography–STCSE. Students’ and Teachers’ Conceptions and Science Education. Скинуто 3. фебруара 2013. са http://www. ipn. uni-kiel. de/aktuell/stcse/download_stcse. html 9. Hardy, I., Jonen, A., Möller, K., & Stern, E. (2006), Effects of instructional support within constructivist learning environments for elementary school students' understanding of "floating and sinking", Journal of Educational Psychology, 98(2), 307-326 10. Антић, С. (2007), Заблуде које остају упркос школском учењу, Зборник Института за педагошка истраживања, 39(1), 48-68 11. Hestenes, D., Wells, M., Swackhamer, G. (1992), Force concept inventory, The Physics Teacher, 30(3), 141-158 12. Thornton, R. K., Sokoloff, D. R. (1998), Assessing student learning of Newton’s laws: The Force and Motion Conceptual Evaluation and the Evaluation of Active Learning Laboratory and Lecture Curricula, American Journal of Physics, 66 (4), 338-352 13. Yeo, S., Zadnik, M. (2001), Introductory thermal concept evaluation: assessing students' understanding, The Physics Teacher, 39 (8), 496-504 14. Ding, L., Chabay, R., Sherwood, B., Beichner, R. (2006), Evaluating an electricity and magnetism assessment tool: Brief electricity and magnetism assessment, Physical review special Topics-Physics education research, 2 (1), 010105 15. Maloney, D. P., O’Kuma, T. L., Hieggelke, C. J., Van Heuvelen, (2001), Surveying students’ conceptual knowledge of electricity and magnetism, American Journal of Physics, 69 (S1), S12S23 16. Hestenes, D. (1998), Who needs physics education research!?, Am. J. Phys. 66, 465-467 17. Yin, Y., Tomita, M. K. and Shavelson, R. J. (2008), Diagnosing and Dealing with Student Misconceptions: Floating and Sinking, Science scope 31(8), 34-39 18. Radovanović, J., Stepanovic Ilić, Slisko, J. (2014), Identifikovanje učeničkih alternativnih shvatanja o plivanju i tonjenju tela, Nastava i vaspitanje, God. 63, Br.1, 83-94 19. Novak, G. M., Patterson, E. T., Gavrin, A. D., Christian, W., Just-In-Time-Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, NY: Prentice Hall, 1999 20. Мазур, Е. Колегијално подучавање: приручник, превели Поповић-Божић, М., Жекић, А., Београд: Физички факултет, 2016.

Basics of Peer Instruction And Just In Time Teaching Methods And Its Aplication in Physics Education Vladan Mladenović, Jelena Radovanović, Marina Dorocki Abstract: Article represents basic principles of complementary teaching techniques Peer Instruction and Just In Time Teaching. These methods promote students interaction and their engagement in using time spent in classroom more efficiently. Importance of using conceptual questions and tests in physics teaching is also highlighted. Кеywords: Active learning and teaching; Conceptual tests; Peer instruction; Just in Time Teaching; Interactive Learning Toolkit.