Formarea competenţei de investigare ştiinţifică exprimentală a fenomenelor fizice prin intermediul experimentelor virtuale

Maria Dinică, Şcoala Superioară Comercială „Nicolae Kretzulescu”,

mariadinica@gmail.com Luminiţa Dinescu, Colegiul Tehnic „Dimitrie Leonida,

dinesculuminita@yahoo.com

Abstract

Între Fizica - disciplină de învăţământ şi Fizica - ştiinţă apar diferenţe tot mai mari, spectaculozitatea şi provocarea la nou promovate de această ştiinţă, pierzând în intensitate ca urmare a studierii în învăţământul liceal a unor conţinuturi neactualizate şi a utilizării unei aparaturi de laborator necorespunzătoare. Experimentul este metoda distinctivă utilizată de ştiinţe care conduce la învăţarea eficientă prin investigare şi descoperire. Nu întotdeauna putem invoca costul ridicat sau complexitatea aparaturii de laborator pentru a putea studia noi fenomene sau fenomene greu observabile. Experimentele virtuale permit eliminarea acestor dificultăţi, reuşind cu succes să conducă la formarea competenţelor care ar putea fi atinse prin metodele tradiţionale de cercetare. În această lucrare prezentăm modul în care elevii îşi pot forma deprinderi de investigare a realităţii, pe o plajă extrem de extinsă, de la distanţe astronomice până la distanţe atomice, prin intermediul experimentelor virtuale.

1. Introducere

Procesul de înlocuire a vieţii reale cu componentele şi aspectele aduse de computer şi media este numit virtualizare. Atunci când computerele sunt folosite pentru a substitui experienţele de învăţare ce se realizau anterior în contact cu profesorul sau pentru a da şansa de a învăţa ceea ce în trecut nu ar fi fost disponibil asistăm la virtualizarea educaţiei. [1]

Metodele tradiţionale de predare nu satisfac în întregime calitatea proceselor de predare şi învăţare. IAC şi e-learning, folosite creativ şi efectiv, pot să ofere suport şi să îmbunătăţească procesul de învăţare a elevilor.

Simularea este o metodă de predare prin care se încearcă repetarea, reproducerea şi imitarea unui fenomen sau proces real. Elevii interacţionează cu programul de instruire într-un mod similar cu interacţiunea operatorului cu un sistem real, dar situaţiile reale sunt simplificate. Simulările conţin o prezentare iniţială a fenomenului, a procesului şi a echipamentului, ghidează activitatea elevului şi oferă situaţii practice pe care elevul trebuie să le rezolve, atestă nivelul de cunoştinţe şi capacităţi pe care elevul le posedă după parcurgerea programului de instruire. [2]

Participând prin experienţe şi experimente la rezolvarea unor probleme ştiinţifico-tehnice, elevii au posibilitatea să cunoască producţia modernă, metodele tehnologice şi aparatura ei în mod nemijlocit. Învăţarea experimentală nu se reduce doar la utilizarea unor instrumente sau punerea în funcţiune a unei aparaturi speciale, ci presupune o intervenţie activă din partea elevilor pentru a modifica condiţiile de manifestare a fenomenelor supuse studiului. [3]

2. Integrarea experimentului virtual în lecţia de fizică prin metoda proiectului

Predarea eficientă a fizicii readuce pe primul plan experimentul de cercetare şi descoperire.

Scopul didactic principal al exprimentului se axează pe formarea unui sistem de gândire logică a

Conferinţa Naţională de Învăţământ Virtual, ediţia a X-a, 2012 253

elevilor. Experimentul poate fi combinat cu aplicarea unor mijloace audiovizuale de instruire, în special în cazul unor demonstraţii ce nu pot fi efectuate în condiţii de laborator. [4]

În ultimul timp computerele îşi găsesc o aplicare tot mai largă în procesul instructiv, ele solicitând modelarea anumitor experienţe. În experimentul clasic, profesorul acordă o atenţie deosebită procesului de formare la elevi a deprinderilor de măsurare, în timp ce pentru simularea experimentului pe calculator există un protocol de desfăşurare, o analiză a rezultatelor şi o notă teoretică de interpretare.

IAC prezintă o serie de avantaje în comparaţie cu celelalte metode de instruire ca urmare a folosirii în activitatea de predare-învăţare a modelelor interactive, acestea fiind programe care imită experimente, fenomene, procese sau situaţii idealizate, întânite în fizică. Aceste modele permit obţinerea unor reprezentări dinamice ale experimentelor şi fenomenelor şi reproducerea unor caracteristici care pot fi omise la observarea experimentelor reale. [5]

Formarea competenţelor specifice prevăzute în programa de fizică este de multe ori îngreunată de trusele de fizică insuficiente sau învechite, atunci când există, iar de multe ori necesită condiţii greu de realizat în cadrul unei ore de laborator de fizică. Elevii trebuie stimulaţi să exploreze singuri fiecare aspect al realităţii, şi prin ghidarea atentă a profesorului să descopere legile care o guvernează. Această cercetare nu trebuie să se încheie odată cu ora de fizică alocată studierii unui anumit fenomen, proces sau instrument.

Calculatorul devine, încă o dată, aliatul elevilor în demersul lor de a cunoaşte lumea fizică şi legile acesteia prin posibilitatea efectuării unor experimente virtuale şi a simulării unor fenomene fizice.

Impactul acestor experimente este profund asupra elevilor de la clasa a IX-a. Fiind la început de nou ciclu, având într-o mai mare sau mai mică măsură deprinderi rudimentare de experimentare, aceşti elevi pot fi câştigaţi sau pierduţi pentru studiul disciplinei Fizică, dacă metodele utilizate nu sunt adecvate şi incitante.

Studiul Opticii geometrice în liceu se finalizează cu prezentarea instrumentelor optice şi caracterizarea imaginii formate de acestea.

Ca metode alternative la metodele tradiţionale de predare-învăţare, am ales metoda proiectului şi învăţarea multimedia. Învăţarea prin proiecte are o mulţime de avantaje care o recomandă a fi folosită ori de câte ori este cazul: depăşeşte dihotomia dintre cunoaştere şi gândire, îi ajută pe elevi să "ştie" şi să "facă", sprijină elevii în învăţarea şi practicarea abilităţilor de rezolvare a problemelor, comunicare şi auto-gestionare, satisface nevoile elevilor cu diferite niveluri de competenţe şi stiluri de învăţare, încurajează dezvoltarea obişnuinţei de a gândi în asociere cu învăţarea pe tot parcursul vieţii, responsabilitatea civică şi succesul personal sau în carieră. [6]

De asemenea, în cadrul proiectelor, este încurajată învăţarea prin colaborare, care este de multe ori superioară celei în care elevii lucrează în medii competitive şi individualiste. [7]

Învăţarea multimedia oferă noi oportunităţi atât pentru profesori, cât şi pentru elevi, aceştia îmbogăţindu-şi experienţele de predare şi învăţare, prin medii virtuale, care nu înseamnă numai furnizarea, ci şi explorarea şi aplicarea informaţiilor şi promovarea de noi cunoştinţe. [8]

Abordarea procesului de predare-învăţare-evaluare prin metoda proiectului a constat în parcurgerea următoarelor etape:

Lecţia 1: Caracteristici ale instrumentelor optice (Durata: 1 oră) Profesorul prezintă elevilor metoda învăţării prin proiecte subliniind avantajele acestei metode,

lansează întrebarea esenţiala a proiectului “Lumea noastră este mică sau mare?”, face o prezentare pentru identificarea nevoilor elevilor, prezintă elevilor planul proiectului precizând obiectivele, activităţile, metodele şi mijloacele de realizare, utilizează conversaţia şi brainstormingul pentru a introduce termenii specifici subiectului.

Elevii sunt împărţiţi în patru grupe, fiecare dintre grupe urmând a prezenta, pe baza cercetării realizat, unul dintre următoarele instrumente opticeŞ ochiul uman, aparatul de fotografiat, microscoopul optic şi telescopul.

Universitatea din Bucureşti şi Universitatea „Transilvania” din Braşov 254

Lecţia 2: Ochiul uman (Durata: 1 oră) Elevii au utilizat lecţiile AEL pentru studiul structurii ochiului uman, al formării imaginii unui

obiect pe retină şi pentru simularea defectelor de refracţie.

Figura 1. Studiul ochiului uman [9]

Lecţia 3: Aparatul de fotografiat (Durata: 1 oră) Pentru a identifica părţile componente ale unui aparat de fotografiat, a-şi însuşi mărimile fizice

care pot fi variate pentru a obţine o imagine clară pe sistemul de înregistrare, dar şi pentru a favoriza manifestarea creativităţii prin editarea imaginilor obţinute, elevii au studiat un aparat de fotografiat virtual.

Figura 2. Studiul aparatului de fotografiat [10]

Conferinţa Naţională de Învăţământ Virtual, ediţia a X-a, 2012 255

Figura 3. Panoul de editare a imaginii [10]

Figura 4. Editarea creativă a imaginii [10] În timpul susţinerii temei „Aparatul de fotografiat” elevii au folosit un aparat real şi s-a

constatat că exersarea pe aparatul virtual le-a permis utilizarea în condiţii optime a celui real, dar şi transmiterea cu claritate a informaţiilor.

Lecţia 4: Microscopul optic (Durata: 1 oră) Deşi în fiecare laborator există cel puţin un microscop optic, iar studiul acestuia nu necesită

abilităţi complexe, se constată de multe ori că elevii nu ştiu să utilizeze acest aparat. Experimentul

Universitatea din Bucureşti şi Universitatea „Transilvania” din Braşov 256

realizat într-un laborator virtual a permis formarea deprinderilor de bază pentru studiul şi utilizarea acestui instrument optic, fapt constatat cu prilejul prezentării temei.

Figura 5. Studiul microscopului optic [11]

Lecţia 5: Telescopul (Durata: 1 oră)

Unul dintre instrumentele cel mai puţin accesibile studiului într-un laborator de fizică este telescopul. Nu întămplătoare este abundenţa experimentelor virtuale cu acest instrument. Elevii au astfel posibilitatea de a vizualiza detalii ale diverselor corpuri cereşti, calitatea acestora fiind mărită prin selectarea optimă a parametrilor fizici. De asemenea, elevii pot face predicţii asupra calităţii unor telescoape, analizând comparativ imaginea formată de acestea aceluiaşi corp.

Figura 6. Studiul telescopului optic [12]

Conferinţa Naţională de Învăţământ Virtual, ediţia a X-a, 2012 257

Figura 7. Stabilirea parametrilor fizici ai telescopului [12]

Figura 8. Compararea imaginilor formate cu telescoapre diferite [12] Lecţia 6: Evaluare (Durata: 1 oră) Evaluarea finală s-a realizat prin prezentarea proiectului şi a portofoliilor create de elevi. În

evaluarea produselor activităţii desfăşurate de elevi s-au utilizat metode specifice: observarea şi monitorizarea modului de lucru şi a activităţii efective a grupelor de elevi pe parcursul elaborării proiectelor, grile pentru evaluarea proiectului şi a prezentării. De asemenea, elevii au fost implicaţi atât în evaluare, cât şi în autoevaluare, aceştia completând grilele de evaluare ce au fost luate în considerare la stabilirea notei finale de către profesor.

Universitatea din Bucureşti şi Universitatea „Transilvania” din Braşov 258

Aplicarea metodei proiectului pentru studiul instrumentelor optice s-a concretizat în însuşirea temeinică a noţiunilor de fizică introduse în cadrul acestei unităţi de învăţare. Aproximativ 90 % dintre elevii care au realizat proiectul au rezolvat din testul de evaluare sumativă, corect şi complet, toţi itemii de evaluare care verificau cunoştinţele din acest capitol. Totodată, elevii au dobândit abilităţi de utilizare a instrumentelor optice, exersarea virtuală favorizând reuşita experimentului real şi, nu în ultimul rînd, s-a constatat dezvoltarea spiritului de echipă şi a capacităţilor creative ale elevilor.

3. Concluzii

Experienţa didactică a demonstrat că lucrările de laborator în care profesorul oferă elevilor

posibilitatea maximă de manifestare a iniţiativei şi independenţei, favorizează creşterea interesului lor faţă de fizică şi asigură o asimilare mai profundă a cunoştinţelor. [5]

Sistemul informatic sprijină procesul de predare-învăţare prin mijloace informatice moderne, uşurează procesul de învăţare, stimulează creativitatea şi competiţia, dar şi lucrul în echipă, suplimentează metodele didactice tradiţionale cu tehnologii noi, utilizează softurile de simulare ca substitut pentru materialele şi instrumentele didactice scumpe sau greu de procurat. [4]. Utilizarea metodelor interactive nu trebuie privită ca o încercare de înlocuire a experimentelor reale cu simulări deoarece există un număr suficient de mare de fenomene fizice studiate în şcoală care nu pot fi prezentate decât în acest mod. Experimentele virtuale faţă de experimentele reale au avantajul că înlătură limitele de spaţiu şi de timp, permiţând elevilor utilizarea lor repetată şi nelimitată. Prin utilizarea calculatorului şi a mijloacelor moderne de învăţământ, elevii sunt mult mai atraşi de studiu, îşi măresc interesul pentru şcoală. Ei beneficiază de lecţii interactive cu un bun suport informatic şi ştiinţific, mult mai atractive, dar şi instructive, datorită utilizării mijloacelor multimedia.

Este necesar să întervenim cu noi tehnici de predare, pe baza utilizării noilor tehnologii şi a calculatorului, pentru a câştiga interesul elevilor pentru şcoală. Includerea calculatorului, cu valenţele multiple demonstrate în educaţie în ultimii ani, conferă învăţămîntului modernitatea necesară instruirii individului uman în acord cu cerinţele şi evoluţia societăţii.

Bibliografie

[1] C. Cucoş, Informatizarea în educaţie: aspecte ale informatizării formării, Editura Polirom, Iaşi, 2006 [2] A. Adăscăliţei, Instruire asistată de calculator:didactică informatică, Editura Polirom, Iaşi, 2007 [3] I. Cerghit, Metode de învăţământ, Editura Polirom, Iaşi, 2006 [4] C. Miron, Didactica fizicii, Editura Universităţii din Bucureşti, 2008 [5] V. Malinovschi, Didactica fizicii, Editura Didactică şi Pedagogică, R.A., Bucureşti, 2003 [6] T. Markham, J. Larmer, J. Ravitz, Project Based Learning. A Guide to Standards-Focused Project Based

Learning for Middle and High School Teachers, Buck Institute for Education, Novato, 2003 [7] L. Thorley, R. Gregory, Using Group-based Learning in Higher Education., Kogan Page, London, 1994 [8] B. Holmes, J. Gardner, E-Learning: Concepts and Practice, SAGE Publications, London, 2006 [9] http://portal.edu.ro/index.php/base/materiale/ [10] http://www.nga.gov/kids/zone/photoop.htm [11] http://escoala.edu.ro/labs/index.php#88 [12] http://www.telescope-simulator.com