Elektronická sbírka řešených úloh z fyziky

Veletrh nápadů učitelů fyziky 15

Elektronická sbírka řešených úloh z fyziky ZDEŇKA KOUPILOVÁ, DANA MANDÍKOVÁ, MARKÉTA POPOVÁ, MARIE SNĚTINOVÁ Katedra didaktiky fyziky MFF UK Praha Následující příspěvek představuje elektronickou sbírku řešených úloh z fyziky, vznikající na KDF MFF UK, která byla na Veletrhu prezentována již v minulých letech. Tato sbírka je určena jak vysokoškolským studentům k opakování a prohloubení učiva v základních kurzech fyziky, tak studentům středních škol se zájmem o fyziku k rozšiřování a procvičování dovedností v řešení fyzikálních úloh či k přípravě na přijímací zkoušky na VŠ. Sbírka ale může sloužit i učitelům fyziky, jakožto námět pro přípravu na zajímavou hodinu fyziky či fyzikální seminář. Tato sbírka se od ostatních sbírek liší tím, že obsahuje podrobně komentovaná řešení všech úloh, komentáře a strukturované nápovědy, které mají čtenářům pomoci při samostudiu a vést je k aktivnímu přístupu a plnému pochopení dané úlohy. V příspěvku uvádíme, k jakým změnám došlo během posledního roku a co dalšího se sbírkou plánujeme.

Proč sbírka vzniká Na internetu i v jiných dostupných zdrojích existuje celá řada sbírek úloh. Většinou ale obsahují pouze zadání, případně výsledek nebo náznak řešení. Těžko jsme ale hledali rozsáhlejší sbírku úloh, kde by byla řešení úloh podrobně a srozumitelně rozebrána a vysvětlena. Z tohoto důvodu jsme se rozhodli vytvořit vlastní sbírku s podrobně řešenými a komentovanými úlohami.

Jak sbírka vypadá Sbírku jsme se snažili navrhnout tak, aby svoji přehledností a jednoduchou obsluhou vyhovovala převážné většině uživatelů. Druhým hlediskem byla dostatečně velká univerzálnost a flexibilita celé struktury. Kromě velkého důrazu na kvalitu uživatelského rozhraní jsme také dbali na to, aby zadávání úloh do sbírky bylo pohodlné a časově a technicky co nejméně náročné. Stránka s úlohou, tak jak ji vidí uživatel, je rozdělena na několik částí. V levé části se nachází rozbalovací menu, kde jsou úlohy zařazeny do jednotlivých kapitol a podkapitol. Toto menu slouží jako obsah a zároveň rozcestník sbírky. Nově zde přibylo filtrování úloh. Čtenář si tak může navolit zobrazování jen určitého typu úloh (úlohy pro ZŠ, SŠ, VŠ ale i úlohy řešené nějakým neobvyklým způsobem). Další novinkou je okénko pro vyhledávání úloh pomocí jejich kódu.


Samotná úloha se zobrazuje v pravé části stránky. Pod zadáním úlohy jsou pod sebou umístěny „rozklikávací“ lišty s názvy jednotlivých oddílů, ze kterých se skládá řešení úlohy (oddíly jsou podrobněji rozebrány dále). Požadovaný oddíl se zobrazí vždy přímo pod příslušnou lištu a poklepáním na lištu jej lze opět skrýt. Úlohy jsou označeny podle obtížnosti, pokud se úloha řeší nějakým méně obvyklým způsobem, může být zařazena do speciální kategorie. Obojí je vyznačeno pomocí ikon vpravo od zadání úlohy. Každá úloha má svůj slovní název výstižně popisující, čeho se úloha týká. Zadání úloh je přehledné, jasně formulované a snažíme se, aby zadané hodnoty veličin byly realistické. Jednotlivé kapitoly jsou ještě tématicky členěny do podkapitol, v nich jsou pak úlohy řazeny podle stoupající obtížnosti. Jak bylo napsáno výše, vlastní řešení úlohy je členěno na jednotlivé oddíly. První oddíly obsahují obvykle nápovědy, jež jsou psány tak, aby pomohly řešitelům v začátcích a zároveň je motivovaly k samostatnému vyřešení úlohy. Další důležitou součástí úlo-


hy je rozbor, ve kterém je slovně shrnutý celý postup řešení (strategie řešení). Každá úloha obsahuje podrobné komentované řešení, kde je postup popsán „krok po kroku“. Snahou je nevynechávat žádnou logickou operaci a podrobněji rozepisovat i složitější matematické úpravy, aby i čtenář s horší matematickou průpravou porozuměl jednotlivým krokům. Řešení jsou uváděna včetně zápisu veličin, převodu jednotek, číselného dosazení a výpočtu. Pro přehlednost je u všech úloh uveden oddíl odpověď umožňující uživatelům rychlou kontrolu při samostatném počítání. Pokud je to vhodné, je v komentáři úlohy uveden alternativní postup či poznámky k realističnosti zadání úlohy, jednodušší nebo složitější varianty zadání, různé zajímavosti apod. Související úlohy jsou mezi sebou provázány pomocí hypertextových odkazů. Pořadí jednotlivých oddílů v řešení úlohy není pevně dáno a záleží na tvůrci a povaze úlohy, jak budou oddíly seřazeny. Texty a ostatní součásti úloh se ukládají do databáze ve speciálním formátu, který vychází z jazyka XHTML. Vlastní zadávání je uskutečněno pomocí webového rozhraní, které umožňuje editovat nejenom vlastní texty úloh a výše popsané doprovodné informace o úloze (obojí je ukládáno do databáze MySQL), ale také obrázky a další doprovodné soubory (jako zdrojové soubory obrázků ve vektorovém formátu, podklady pro tvorbu grafů apod.).

Novinky ve sbírce Sbírka je od minulého roku, kdy byla na Veletrhu prezentována, obohacena o několik novinek. Některé změny postřehne sám uživatel, jiné jsou patrné pouze pro zadavatele úloh. Jednou z novinek, která má pomoci čtenáři v lepší orientaci v řešení úlohy, je tzv. skrytý oddíl. Jedná se o část řešení, která se zobrazí až po zobrazení příslušného nadřazeného oddílu. Ve skrytém oddílu bývají většinou podrobně popsány některé matematické výpočty, které mohou být některým řešitelům již jasné, nebo jsou v nich uvedena řešení nápověd. S tím souvisí i novinka určená pro zadavatele úloh, který může podle potřeby zvolit, zda daný oddíl v úloze bude v normální podobě, bude skrytý, nebo se zobrazí ve formátu pdf. Jednou z dalších novinek, je filtrování úloh. Uživatel si může nastavit, které úlohy, podle obtížnosti nebo podle způsobu řešení, se mu ve výběru zobrazí. Dále je v uživatelské i administrátorské části přidána možnost vyhledat úlohu pomocí jejího kódu. Toto vyhledávání je při zvětšujícím se množství úloh ve sbírce velice praktické. K české a anglické verzi sbírky přibyla i verze v polštině, do které postupně přibývají úlohy překládané z češtiny a v budoucnosti mohou vznikat i úlohy úplně nové.

Současný stav sbírky V současné době sbírka obsahuje tři tématické celky – Mechanika, Elektřina a magnetismus a Termodynamika a molekulová fyzika. Každé z témat je rozděleno


na několik kapitol, z nichž některé se podle potřeby a počtu úloh ještě dále dělí na podkapitoly. Mechanika V tématické části Mechanika si čtenář může vybrat z přibližně 100 úloh, které jsou zařazeny v kapitolách Kinematika hmotného bodu, Dynamika hmotného bodu, Hybnost, práce, energie a výkon, Mechanika tuhého tělesa a Gravitační pole. Každá z těchto kapitol se dále dělí na další podkapitoly, které usnadňují přesné zařazení úlohy. Pro kapitoly Inerciální a neinerciální vztažné soustavy a Mechanika kontinua se úlohy připravují. Do formátu sbírky je převedeno i dalších 30 úloh, ke kterým jsou postupně dopracovávány nápovědy a úlohy jsou zveřejňovány. Elektřina a magnetismus Tématická část Elektřina a magnetismus se od minulého roku rozrostla nejen o počty úloh, kterých je nyní zveřejněno přibližně 160, ale i o nové kapitoly. Čtenář si tak nyní může vybírat úlohy z kapitol Elektrostatika, Stejnosměrný elektrický proud, Stacionární magnetické pole, Nestacionární magnetické pole, Obvody střídavého proudu a Elektromagnetické pole. I nadále studenti pracují na dalších úlohách, které budou postupně zveřejňovány. Termodynamika a molekulová fyzika Nově jsou do sbírky zařazeny úlohy z tématického celku Termodynamika a molekulová fyzika. Tato část nyní obsahuje přibližně 100 úloh zařazených v kapitolách: Základní poznatky, Změna vnitřní energie, práce a teplo, Ideální plyn, Reálný plyn, Tepelné děje v plynech a Pevné látky a kapaliny. Poděkování zde patří panu Mgr. Kohoutovi z FAV ZCU v Plzni, který poskytl úlohy používané na cvičeních a významně tak přispěl k urychlení vzniku této tématické oblasti. Sbírka má v současnosti již i svou anglickou a polskou verzi a je připravena ve své uživatelské části na rozšíření pro případné další jazyky. Důležité je, že do angličtiny bylo převedeno celé administrátorské rozhraní. Využívat sbírku a zadávat do ní úlohy mohou tedy i kolegové z jiných zemí. Do angličtiny je zatím přeloženo 32 úloh a další jsou postupně překládány, polská verze obsahuje 20 úloh.

Názory na sbírku Průběžně také monitorujeme, jak je sbírka využívána. Kromě sledování přístupů na web sbírky vytvořila Marie Snětinová v rámci své diplomové práce dotazník zjišťující způsob, jakým návštěvníci sbírku používají i jejich náměty na její vylepšení. K datu 7. 10. 2010 bylo vyplněno a zpracováno 73 dotazníků. Dotazník nebyl zadáván reprezentativnímu vzorku, neboť jej vyplnili jen čtenáři, kteří se sbírkou pracovali a měli o vyplnění dotazníku zájem. Tuto skutečnost je třeba brát při interpretaci získaných dat v úvahu. Z velké části byly dotazníky vyplněny posluchači prvního ročníku bakalářského studia ve studijním programu Fyzika na Matematicko-fyzikální fakultě


Univerzity Karlovy. Těmto studentům byla sbírka na začátku studia představena a doporučena jako studijní materiál. Z výsledků dotazníků však vyplývá, že uživateli sbírky jsou i studenti jiných vysokých škol, žáci středních škol a učitelé. Sbírka je podle očekávání uživateli využívána příležitostně, ale někteří v dotazníku uvádějí, že se ke sbírce vracejí. Z grafu 1 je vidět, že dvacet devět procent respondentů dokonce uvedlo, že sbírku využívali ke studiu pravidelně. Velmi optimisticky působí i přístup k řešení úloh, který uživatelé preferují. Nahlédnutím do grafu 2 lze zjistit, jakým způsobem čtenáři využívali možnost „rozklikávání" jednotlivých částí řešení. Při řešení úloh jsou hojně využívány oddíly nápověda a rozbor, což jsou části, které se obvykle u řešených úloh v učebnicích či sbírkách neobjevují.

10%

6%

1%

Do sbírky jsem se ani nepodíval(a). 8%

19%

56%

Do sbírky jsem nahlédl(a) jen jednou, když jsem se o ní dozvěděla. Sbírku jsem několikrát navštívil(a) a pročetl(a) si několik úloh. Sbírku jsem využíval(a) či využívám pravidelněji ke studiu úloh. Sbírku jsem využíval(a) či využívám pravidelněji, úlohy se snažím řešit samostatně. Sbírku jsem využívala či využívám jinak.

Graf 1: Graf prezentuje, jak čtenáři trávili nad sbírkou čas.


Podívám se na celé řešení úlohy, jestli bych věděl(a), jak ji řešit, a úlohu už neřeším Podívám se na (skoro) celé řešení úlohy, potom ji zkouším řešit samostatně Když úloze nerozumím, přečtu si nápovědu nebo rozbor a dál se snažím řešit úlohu samostatně Řeším úlohy samostatně a průběžně si kontroluji postup Řeším známé či jednoduché úlohy samostatně a kontroluji si jen řešení 0% Rozhodně ano; Spíše ano

20%

Rozhodně ne; Spíše ne

40% Bez odpovědi

60%

80%

100%

relativní četnost

Graf 2: Graf ukazuje, jakým způsobem díky „rozklikávání" oddílů přistupují čtenáři k řešení úloh.

Sbírka je čtenáři kladně hodnocena, a to nejen v dotazníku, ale i v osobních sděleních a emailových ohlasech. Z výsledku průzkumu vyplývá, že sbírka nachází uplatnění jak při výuce na školách, tak při samostudiu doma. Je zřejmé, že vytváření sbírky a vkládání nových úloh hodnotí čtenáři jako užitečnou a prospěšnou práci.

Budoucnost sbírky Během příštího roku chceme do sbírky zařadit úlohy z Teoretické mechaniky a vyzkoušet jejich propojení se studijním textem formou interaktivních odkazů. Sbírka bude také rozšířena o úlohy z kvantové mechaniky a fyziky mikrosvěta. Průběžně doplňujeme úlohy do stávajících kapitol. Sbírka bude také propojena s multimediální encyklopedií fyziky, kterou čtenář nalezne na adrese http://fyzika.jreichl.com. Ve sbírce se tak budou vyskytovat odkazy na tuto internetovou encyklopedii, kde je problematika, na kterou se úloha zaměřuje, podrobně vysvětlena. Rádi bychom navázali užší spolupráci se středoškolskými pedagogy, kteří v rámci používání sbírky ve výuce mohou získat cenné náměty na uzpůsobení sbírky praxi, při recenzování úloh by mohli přispět svými zkušenostmi k vylepšení textů jednotlivých úloh, ale také mohou poskytnout vhodné úlohy, které jsou pro studenty problematické a jejich komentované řešení ve sbírce by umožnilo studentům je podrobněji prostudovat. I nadále chceme sledovat, jak studenti sbírku využívají i jejich názory na její použitelnost a přínos. To nám umožní sbírku v budoucnosti lépe uzpůsobovat požadavkům uživatelů.


Závěr Elektronickou sbírku řešených úloh budeme i nadále rozšiřovat a zdokonalovat. Věříme, že je a i nadále zůstane dobrým pomocníkem jak studentům, tak jejich učitelům. Sbírka je dostupná na adrese http://fyzikalniulohy.cz, její anglická verze pak na adrese http://physicstasks.eu na katedrálním serveru KDF nejen studentům MFF UK, ale i širší veřejnosti. Budeme rádi, když nám svoje náměty na další vývoj sbírky i připomínky k jejímu současnému stavu budete zasílat na adresu: [email protected]. Tvorba úloh z mechaniky, elektřiny a magnetismu a molekulové fyziky a termodynamiky (zejména jejich technický převod do formátu sbírky) byla podpořena také v rámci řešení projektu FRVŠ F6 759/2008 a FRVŠ F6 788/2010. Překlady úlohy do angličtiny jsou podporovány z projektu "Fyzweb a další prostředky pro elektronickou podporu formálního i neformálního fyzikálního vzdělávání“, který je částí rozvojového projektu MŠMT ČR č. 14/38/2010. Vznik polského rozhraní sbírky byl součástí mezinárodního projektu řešeného v rámci International Visegrad Fund (projekt číslo 20910347).

Elektronická sbírka řešených úloh z fyziky

Recommend Documents