Dielektrika

Fyzika normálních dielektrik

Role kognitivních procesů ve výuce fyziky


    Velké množství fyzikálních úloh je zaměřeno na rozvoj konvergentního myšlení. Tyto úlohy mají za cíl ukázat cestu k výsledku, která je jediná správná. Ze zadaných veličin nelze dospět k výsledku odlišným způsobem. Pouze malá část úloh využívá otevřených odpovědí. Takové úlohy rozvíjejí tvůrčí potenciál studentů, ale jejich využití v praxi není příliš hojné. Je zřejmé, že úlohy sledující pouze nižší úrovně Bloomovy taxonomie jsou zaměřeny na konvergentní myšlení. Naopak úrovně vyšší (aplikace, hodnocení) lze využít při konstrukci úloh zaměřených na divergentní myšlení. Příkladem mohou být otázky, které studenta přinutí k zamyšlení nad skutečností, která je nějakým způsobem v rozporu s realitou.
Bylo by možné v technické praxi využít vodu, pokud by její dielektrická konstanta byla rovna diel konst?
K čemu bychom mohli využít termodielektrický jev?
    Tyto otázky předpokládají porozumění látce a ponechávají prostor pro fantazii. Studenti pak musí využít kreativní přístup, který může přinést velice originální a cenné výsledky.
    Domnívám se, že jedním ze základních úkolů fyziky je podpora kritického myšlení. V populaci je silně zastoupen odlišný druh myšlení - myšlení magické. Právě magické myšlení je charakterizováno vírou v nadpřirozeno, tajemno. Patří sem víra v účinnost astrologie, numerologie, homeopatie apod. Tato témata nabízejí šanci k zajímavým diskuzím s žáky. Například alchymie a její pokusy o transmutaci kovů je příležitostí k zahájení výkladu jaderné fyziky. Mnoho významných fyziků (Newton, Boyle) se alchymií vážně zabývalo, a proto můžeme toto téma rozšířit o výklad historie fyziky.
    Role paměti ve vyučovacím procesu je zcela nezastupitelná. Při pohledu na Bloomovu taxonomii však vidíme, že zapamatování je v této taxonomii zařazeno na úroveň nejnižší. Přesto bývá právě tato úroveň častým cílem evaluace. Akcentování této úrovně však vede k vytvoření špatných učebních návyků. Studenti často dané látce nerozumí, ale dokáží pouze její obsah reprodukovat. Učitelé se pak setkávají se studenty, kteří dokáží téma poměrně obsáhle popsat, ale při otázce sledující porozumění látce nedokáží odpovědět. Je zřejmé, že dochází k pouhému mechanickému zapamatování, které je však z hlediska dalšího využití v praxi téměř bezcenné. Rámcový vzdělávací program se snaží o využití výukových metod, které by umožnily následnou evaluaci i vyšších úrovní Bloomovy taxonomie. Tento přístup je zcela oprávněný, protože se snaží řešit významný problém současného vzdělávání - výrazné rozšíření učení nazpaměť, které nevede k důkladnému osvojení daného tématu. Učiteli je tento způsob učení preferován pro svou jednoduchost. Lze snadno evaluovat poznatky reprodukované studentem při srovnání s tím, co bylo obsahem výkladu. Z historického hlediska je tento způsob tradiční. Zastánci často mluví o nezastupitelné roli učení nazpaměť. Do jisté míry mají pravdu v tom, že je třeba se určité poznatky z fyziky naučit stejně, jako je potřeba při studiu cizího jazyka se nazpaměť naučit jednotlivá slovíčka. Z Bloomovy taxonomie je rovněž zřejmé, že jednotlivé úrovně nelze přeskakovat. K přechodu na vyšší úroveň je nutné zvládnutí úrovně nižší. Ve výuce fyziky tak nemůžeme učení nazpaměť zcela vynechat. Otázkou je, které učivo je vhodné pro tento typ učení. Domnívám se, že základní veličiny a vztahy by měly být předmětem zapamatování. Učení se nazpaměť vzorcům by mělo být využíváno pouze u těch nejdůležitějších. Z několika základních vzorců je možné odvodit vztahy i pro další veličiny, a tak student nemusí znát přesně výsledek, ale pouze cestu k němu vedoucí. Reprodukování přesného znění definic by mělo být spíše výjimečné. Pokud je smysl definice zachován, nic nebrání v její reprodukci vlastními slovy. Výuku fyziky je vhodné zpestřit širokou škálou výukových metod. Dominantní využití pouze jedné metody vede k "suchopárnosti" výuky a zhoršení schopnosti zapamatovat si učenou látku. Využití prezentací (webových, PowerPointových apod.) či multimediální tabule vede o osvěžení výuky, které výrazně zvyšuje její efektivnost a atraktivnost. Zapamatování poznatků je pak snazší a hlubší.
    Mnoho fyzikálních dějů probíhá na mikroskopické úrovni, a tak nejsou přístupné přímému vizuálnímu pozorování. Stejně tak se můžeme setkat s ději, které probíhají příliš pomalu, rychle nebo v obrovském prostoru. Tyto děje musíme pro studenty zpřístupnit pomocí vhodné analogie, počítačové simulace či správně nastaveným experimentem. Je však zřejmé, že například správné pochopení fyzikálních dějů uvnitř atomového jádra je založeno na správných představách o chování a stavbě elementárních částic a působení fyzikálních interakcí. Právě u mikroskopických dějů často narážíme na nesprávné představy, které vycházejí z běžné každodenní zkušenosti a vytvoření nesprávné makroskopické analogie. Mikroskopickými ději se zabývá kvantová mechanika, která si vytvořila pověst obtížně pochopitelné fyzikální teorie, ve které neplatí běžné zákonitosti. Tato pověst souvisí s výukou kvantové mechaniky. Kurz fyziky obvykle začíná výkladem klasické mechaniky. Studenti se seznámí s termíny jako trajektorie či hmotný bod a zjišťují, že klasická mechanika s výbornou přesností popisuje děje, se kterými se dnes a denně setkávají. Pochopí, že při znalosti určitých veličin je možné zjistit místo dopadu vykopnutého míče, nebo polohu planety na její cestě okolo Slunce. Tento determinismus je ve studentech pěstován od základní školy a s kvantovou mechanikou se podrobněji seznámí až na škole střední. Vidíme tedy, jak dlouhou dobu je v představách studentů zakořeněna možnost absolutně přesného popisu pohybu či lokalizace objektu. Myšlenkové konstrukce, které si studenti vytvoří během studia, jsou pak nabourány výkladem kvantové mechaniky. Například si můžeme všimnout, že již na základní škole se studenti setkávají s popisem stavby atomu. Na obrázcích jsou znázorněny elektrony, protony a neutrony jako kuličky s různými elektrickými náboji. Tato představa přetrvává velmi dlouho, než je nahrazena pravděpodobnostním popisem, který respektuje nemožnost lokalizace. Termíny jako trajektorie ztrácejí smysl a student zjišťuje, že dosavadní představy, které tak dobře souhlasily se skutečností, musí nahradit jinými. Zde nastává důležitý zlom. V této fázi je možné zavrhnutí kvantové mechaniky ze strany studenta, který na tuto teorii začne nahlížet jako na něco příliš abstraktního, nepochopitelného. Podobný střet můžeme pozorovat při výuce speciální teorie relativity. Zde se učitelé setkávají s nepochopením nepřekročitelnosti rychlosti světla či vlnově částicového dualismu. Moderní fyzika tak patří mezi nejnáročnější partie výuky fyziky. Některé výzkumy ukazují, že v celosvětovém měřítku mají lidé představy o pohybu a jeho příčinách přednewtonovské.
    V souvislosti s výukou musíme zdůraznit roli vnímání. Tento kognitivní proces je zcela zásadní pro vytváření poznatků a chápání vykládané látky. Je zřejmé, že již drobná porucha vnímání způsobí neefektivnost výuky. Učitel by tedy měl sledovat, zda u některých problémových studentů nedochází k nepochopení probírané látky vlivem poruchy vnímání. Často se totiž může jednat o vadu některého z receptorů. Student může mít problémy se zápisem poznámek z tabule v důsledku krátkozrakosti. Tyto poruchy receptorů často jako první odhalí učitel, který by samozřejmě neměl spoléhat pouze na svou intuici a v závažnějších případech by měl vždy nechat diagnostiku na lékaři. Učitel se svými studenty tráví velké množství času, a proto by měl věnovat pozornost různým náznakům (např. "mhouření" očí), které mohou vysvětlit případnou špatnou efektivitu vyučovacího procesu. Celý problém pak lze řešit přesunutím studenta blíže k tabuli.
    Během výuky je třeba studentům zajistit dostatečný komfort potřebný k efektivnímu vnímání. Nelze počítat s úspěšným výkladem, pokud probíhá v hlučné třídě, která je neustále rozptylována. V nižších ročnících základních škol můžeme pozorovat pouze krátkodobé udržení pozornosti. V dalších ročnících se situace postupně zlepšuje. Nemůžeme však od studentů čekat, že budou vnímat výklad celý den zcela stoprocentně. I zde hraje roli únava. Proto bychom měli důležitou látku a zásadní experimenty plánovat na vhodnou dobu. Samotné experimenty jsou podstatnou částí výkladu, a proto správné vnímání hraje nezastupitelnou roli. Často se můžeme setkat s nepochopením experimentu, které je způsobeno zaměřením pozornosti odlišným směrem, než jsme očekávali. Experiment musíme uvést seznámením s aparaturou a zdůrazněním významných částí pokusu. Pokud je to možné, pokus i několikrát zopakujeme. Pokud během výkladu chceme použít multimediální prezentace, musíme zachovat několik pravidel. Jedná se o pravidla, která jsou předmětem psychohygieny. Nejhorší možnou variantou je prezentace složená z velkého množství snímků, které jsou zcela zaplněny textem, vzorci a grafy. Rychlým přeskakováním z jednotlivých snímků dosáhneme pouze naprosté apatie u studentů. Abychom se toho vyvarovali, musíme dbát na správné rozložení snímku, dostatek obrázků, dostatečnou velikost písma, vhodně zvolené kontrastní prostředí (text oproti pozadí snímku) a správný rytmus výkladu, který nesmí být překotný ale ani příliš rozvláčný. Zachováním těchto pravidel můžeme zvýšit efektivitu výuky.


Zpět na úvodní stránku                                        Zpět na Kapitoly z obecné psychologie