ISLE co to je a pro Leo Dvok

ISLE – co to je a proč Leoš Dvořák, Irena Dvořáková

Úvod: co je ISLE • Investigative Science Learning Environment • Ne jen „prostředí“ = laboratoř, ale specifický přístup • Odlišnosti od (a styčná místa s): - tradiční výuky, - vyvracení miskoncepcí, - peer instruction, - IBSE, … • Pro nás: - poučení, - inspirace, - další zdroje, … - rozšíření spektra přístupů Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 2

Kdy to začalo • Kořeny: 90. léta A. van Heuvelen: Learning to think like a physicist, Am. J. Phys. 59, 891 (1991) A. van Heuvelen: The Workplace, Student Minds, and Physics Learning Systems, Am. J. Phys. 69, 1139 (2001) • Začátek: ~ 2000 E. Etkina, A. Van Heuvelen: Investigative Science Learning Environment: Using the processes of science and cognitive strategies to learn physics. In Proceedings of the 2001 Physics Education Research Conference. (Rochester, NY, 17 -21, 2001). Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 3

Kdo za tím stojí • Alan van Heuvelen • Eugenia Etkina – Ph. D. 1964, Colorado, začínal jako fyzik – Od 80. let -> PER – Spoluautor CSEM – Millikan Award 1999 –… Co je ISLE – Učitelka fyziky v Moskvě – Od 1995: Rutgers Univ. , New Jersey – Zvané přednášky: • GIREP 2010 (Remeš) • ICPE 2013 (Praha) – Millikan Award 2014 – práce s učiteli fyziky… KDF MFF UK, 16. 4. 2015 4

První pohled na ISLE • Objevování (guided inquiry). . . „jako detektivka“ Příklad: Přijdete ke mně domů a vidíte, že mám ve vstupní hale…. Ø pozorování 10 televizí ! (bez předpovídání !) • Jaké to může mít vysvětlení? Ø tvorba hypotéz (Nějaké nápady, třeba i bláznivé? ) (více) předpovědi • Všechna vysvětlení nebudou Ø testování testovací pokusy současně pravdivá… 5 Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 ne/zamítání hypotéz ?

ISLE cyklus Observační experiment „vzorce chování“ víc dat Kontrola sběru dat, předpokladů, úprava vysvětlení ne navrhni jiné ověř, zlepši… Vysvětlení (kvalit. , kvant. ) Propojuje přístupy: • Induktivní • Deduktivní předpovídání (hypotetickodeduktivní) KDF MFF UK, 16. 4. 2015 7 Testovací experiment + předpoklady porovnání s předpovědí ano Další testy Aplikace Co je ISLE

Lze to zkusit i u nás? Příklady: • Elektrické obvody (úvod) - hodně se podobá cyklu ISLE • Archimedův zákon… Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 8

Podobnosti … Konkrétní zkušenost Observační experiment „vzorce chování“ víc dat Kontrola sběru dat, předpokladů, úprava vysvětlení ne navrhni jiné ověř, zlepši… Testovací experiment Aktivní experimentování Vysvětlení (kvalit. , kvant. ) Reflexe Abstraktní konceptualizace + předpoklady předpovídání Konkrétní zkušenost porovnání s předpovědí ano Další testy Kolbův cyklus Aktivní testování Zull (učení) Reflektivní pozorování Aplikace Abstraktní hypotéza Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 9

„Jemná struktura“ ISLE: co se rozlišuje • Experimenty: – Observační – Testovací – Aplikační Observační experiment Kontrola, úpravy Vysvětlení předpoklady předpovídání Testovací experiment Aplikace Co je ISLE • Rozlišovat: – Hypotézy (vysvětlení, ideje) – Předpoklady – Předpovědi (když platí hypotéza … a za předpokladu … a já udělám …, pak bude výsledek …) Pozn. : Cyklus lze nejdříve „otočit“ kvalitativně, pak kvantitativně KDF MFF UK, 16. 4. 2015 10

Odlišnosti… (jaké a proč) Observační experiment Kontrola, úpravy Vysvětlení předpovídání Testovací experiment Aplikace Co je ISLE • Ne evokace existujících znalostí • Ne předpovídání observačního experimentu • Ne zvláštní důraz na miskoncepce (kognitivní konflikt) • Ne učení předem • Ne klasický výklad KDF MFF UK, 16. 4. 2015 11

Příklad (z workshopu Physware 2015) • Baterie a LED s rezistorem – jak se chová? • Možná vysvětlení (na „inženýrské úrovni“): – ? ? • Testujeme vysvětlení (navrhněte pokusy, předpovězte) – ? ? • … a pak kvantitativně (závislost I na U) … Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 12

Další důležitý prvek ISLE: Vícenásobné reprezentace • Grafické reprezentace (Náčrtky, grafy, diagramy (síly, , …), sloupcové diagramy pro energii a toky…) • Slovní popis • Matematický zápis konzistence různých reprezentací ! Nácvik práce s vícenásobnými reprezentacemi ! A navíc: – Pečlivá práce s jazykem – Pečlivá práce se symboly Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 13

Třetí podstatný prvek ISLE: rozvoj vědeckých kompetencí • Trocha názvosloví: – scientific abilities (USA); scientific competencies (EU) vědecké kompetence, dovednosti, návyky (habits) • Důležité pro 21. století (důraz i jinde: TIMMS, PISA) • Je třeba je hodnotit! – Důraz na formativní hodnocení – Ještě lepší: sebehodnocení -> „rubriky“ Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 14

Vědecké kompetence: kategorie rubrik A Reprezentovat informace různými způsoby (11) B Navrhnout a provést observační experiment (9) C Navrhnout a provést testovací experiment (8) D Navrhnout a provést aplikační experiment (9) F Komunikovat vědecké myšlenky (2) G Sbírat a analyzovat data z experimentů (5) I Ohodnotit modely, rovnice, řešení a tvrzení (6+4) Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 15

Rubriky - příklady RUBRIC B: Ability to design & conduct an observational experiment Scientific Ability B Is able to identify 7 a pattern in the data Missing Inadequate Needs improvement Adequate No attempt is made to search for a pattern The pattern described is irrelevant or inconsistent with the data The pattern has minor errors or omissions. Terms proportional are used without clarity- is the proportionality linear, quadratic, etc. The patterns represents the relevant trend in the data. When possible, the trend is described in words. RUBRIC C: Ability to design & conduct an experiment to test an idea/hypothesis/explanation or mathematical relation Scientific Ability C Is able to 3 distinguish between a hypothesis and a prediction Co je ISLE Missing Inadequate Needs improvement Adequate No prediction is made. The experiment is not treated as a testing experiment. A prediction is made but it is identical to the hypothesis. A prediction is made and is distinct from the hypothesis but does not describe the outcome of the designed experiment. A prediction is made, is distinct from the hypothesis, and describes the outcome of the designed experiment. KDF MFF UK, 16. 4. 2015 16

Rubriky – k čemu a jak • Ukazují, v čem se lze zlepšovat • Přenositelnost • Fungují, ale nutno trénovat (studenti si na ně zvykají 6 -8 týdnů) • Podobné způsoby hodnocení v ČR např. : H. Košťálová, J. Straková: Hodnocení. Důvěra, dialog, růst. SKAV 2008 Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 17

Vztah k dnešní „módě“: IBSE badatelsky orientovaná výuka open … chaos … guided řízená cookbook není inquiry • Studenti potřebují oporu („scaffolding“): – Konceptuální (lze otázkami učitele) – Procedurální (rubriky: i pro sebehodnocení) Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 18

Motivace a teoretické základy ISLE (kombinace podnětů z různých oblastí) • Potřeby 21. století (needs of 21 th century workplace) • Vědecká epistemologie (scientific epistemology) • Výzkumy mozku, neurovědy • Výzkumy v oblasti učení Co je ISLE (brain research) (research on learning) KDF MFF UK, 16. 4. 2015 19

ISLE kombinuje podněty z různých oblastí (část tabulky z článku z r. 2007) Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 20

ISLE: funguje to ? • Výsledky testů: – FCI (gain 0, 6 ; 0, 64) – CSEM (posttesty: 63% až 74 %) … srovnatelné s jinými „reformními přístupy“ • Další výzkumy a šetření – Užívání vícenásobných reprezentací – Zlepšení vědeckých kompetencí – Posun ve vědeckém uvažování (dedukce oproti naivním přístupům) Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 21

Pro koho použitelné • Uvádějí, že skoro pro všechny…: – Velké i malé skupiny – Algebra based i calculus based – VŠ i SŠ • Dlouhodobě využíváno v přípravě učitelů Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 22

Jak ho využívají • Skupinová práce: – Optimální skupiny po 3 – Optimální monogenderové skupiny • Pomůcky a metody: – Whiteboardy apod. (na Physware velké papíry…) – Odpovědi ve velkých skupinách lze hlasovátky… • Přednášky („large room meetings“), cvičení, laboratoře – propracované, viz: E. Etkina, A. van Heuvelen: Investigative Science Learning Environment - A Science Process Approach to Learning Physics. In: Reviews in PER, Vol. 1. , Eds. : E. F. Redish, P. J. Cooney, 2007. Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 23

Naše zkušenosti z Physware 2015 Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 24

Zdroje informací • E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen: College Physics, Pearsons (Addison-Wesley) 2013 • E. Etkina, M. Genitle, A. van Heuvelen: Active Learning Guide for College Physics, Pearsons 2013 • https: //sites. google. com/site/scientificabilities / rubriky, úlohy, … a 45 článků • http: //paer. rutgers. edu/pt 3/ videa pokusů k ISLE KDF cyklu (>160) Co je ISLE MFF UK, 16. 4. 2015 25

Závěr – zajímavé momenty ISLE • Důraz na neohrožující přístup • Staví na pokusech, hodně z nich vytahuje (indukce + dedukce, kvalitativní + kvantitativní, vícenásobné reprezentace…) • Snaha o široký myšlenkový základ • Nejen koncepty, ale hlavně „vědecké návyky“ • Formativní hodnocení a sebehodnocení (rubriky) --- a to je (zatím) vše, přátelé… --Co je ISLE KDF MFF UK, 16. 4. 2015 26