Veletrh nápadů učitelů fyziky 16
Elektronická sbírka řešených úloh z fyziky ZDEŇKA KOUPILOVÁ, DANA MANDÍKOVÁ, MARIE SNĚTINOVÁ KDF MFF UK Abstrakt V příspěvku bude představena elektronická sbírka řešených úloh z fyziky, vznikající již pátým rokem na KDF MFF UK. Sbírka je určena vysokoškolským studentům k opakování a prohloubení učiva v základních kurzech fyziky, ale také 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 obsahuje podrobná 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.
1 Úvod Příspěvek navazuje na příspěvky z předchozích let, ve kterých byla prezentována elektronická sbírka řešených úloh z fyziky vznikající na KDF MFF UK. Sbírka je určena především studentům základních fyzikálních kurzů na vysokých školách k prohlubování a opakování učiva a středoškolským studentům se zájmem o fyziku k rozšiřování a procvičování učební látky či k přípravě na přijímací zkoušky na VŠ. Do sbírky začínáme zařazovat i jednodušší úlohy vhodné pro žáky středních a základní škol. Sbírku mohou samozřejmě využívat i pedagogové a zájemci z řad neodborné veřejnosti. Sbírka obsahuje podrobná komentovaná řešení všech úloh, komentáře a strukturované nápovědy, které čtenářům pomáhají při samostudiu a vedou je k aktivnímu přístupu a plnému pochopení dané úlohy. Podobně koncipovanou rozsáhlejší sbírku fyzikálních úloh se nám nepodařilo v dostupných českých, ani zahraničních zdrojích nalézt.
2 Jak sbírka vypadá Stránka s úlohou je rozdělena na několik částí (viz obrázek 1). V levé části se nachází rozbalovací menu se seznamem úloh (tvoří obsah a zároveň rozcestník sbírky). Úlohy v jednotlivých tématických celcích jsou členěny do kapitol a podkapitol. 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. Požadovaný oddíl se zobrazí vždy přímo pod příslušnou lištu a poklepáním na lištu jej lze opět zavřít. Zobrazené oddíly mohou obsahovat lišty dalších, na první pohled skrytých oddílů.
1
Veletrh nápadů učitelů fyziky 16
Obrázek 1: Příklad zobrazení úlohy ve sbírce Úlohy jsou označeny podle náročnosti příslušnou kategorií (ZŠ, SŠ, SŠ+ a VŠ). Pokud se úloha řeší nějakým méně obvyklým způsobem, může být zařazena do jedné ze speciálních kategorií – úloha řešená graficky, úloha řešená úvahou, komplexní úloha, úloha řešená neobvyklým „trikem“ a úloha s vysvětlením teorie.
2
Veletrh nápadů učitelů fyziky 16 Každá úloha má svůj výstižný slovní název a přehledné, jasně formulované zadání. Snažíme se, aby zadané číselné hodnoty byly realistické. První oddíly, na které je členěno vlastní řešení úlohy, obsahují obvykle nápovědy. Ty mají pomoci řešitelům v začátcích a zároveň je motivovat k samostatnému řešení úlohy. Další součástí úlohy bývá rozbor, ve kterém je slovně shrnutý postup (strategie) řešení úlohy. Každá úloha obsahuje podrobné komentované řešení, kde je postup popsán „krok po kroku“. U všech úloh je uvedena odpověď umožňující rychlou kontrolu při samostatném počítání. V komentáři úlohy může být uveden případný jiný možný postup řešení či poznámky k realističnosti zadání úlohy, další možné varianty zadání, různé zajímavosti apod. Související úlohy jsou mezi sebou provázány pomocí odkazů. Pořadí jednotlivých oddílů v řešení úlohy není pevně dáno a záleží na tvůrci a povaze úlohy, jak budou oddíly seřazeny. V rámci webového rozhraní si může čtenář nastavit, aby se mu zobrazovaly pouze úlohy požadované obtížnosti a případně i vybraného typu.
3 Současný stav sbírky Celá sbírka v současnosti obsahuje přes 500 úloh – přibližně 150 úloh z mechaniky, 200 úloh z elektřiny a magnetismu, 140 úloh z termodynamiky a molekulové fyziky a 40 úloh z kvantové mechaniky. Většina úloh vzniká v rámci studentských prací studentů učitelství fyziky. Sbírka má v současnosti již i svou anglickou (34 úloh) a polskou (26 úloh) verzi a je připravena ve své uživatelské části na rozšíření i pro případné další jazyky. Důležité je, že do angličtiny bylo převedeno celé administrátorské rozhraní. Využívat sbírku a zadávat do ni úlohy mohou tedy i kolegové z jiných zemí. Pro účely prezentace sbírky v zahraničí jsou postupně překládány vybrané úlohy do angličtiny.
4 Názory na sbírku Průběžně monitorujeme názory uživatelů na sbírku a využití sbírky. 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 1. 7. 2011 bylo vyplněno a zpracováno 99 dotazníků. Při interpretaci dat je třeba brát v úvahu, že dotazník nebyl zadáván reprezentativnímu vzorku, vyplňovali jej jen čtenáři, kteří se sbírkou pracovali a měli o vyplnění dotazníku zájem. 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 cíleně 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 36 % respondentů dokonce uvedlo, že sbírku využívají ke studiu pravidelně. Velmi optimisticky působí i přístup 3
Veletrh nápadů učitelů fyziky 16 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.
Graf 1: Intenzita využívání sbírky čtenáři
Graf 2: Způsob řešení úloh ve sbírce
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. 4
Veletrh nápadů učitelů fyziky 16
5 Budoucnost sbírky Během podzimu letošního roku bude sbírka rozšířena o úlohy z nového tematického celku Teoretická mechanika. Chceme také vyzkoušet propojení těchto úloh se studijním textem formou interaktivních odkazů. Vzhledem k tomu, že řada studentů nastupujících do prvního ročníku bakalářského studia fyziky nemá ze střední školy dostatečnou matematickou průpravu potřebnou pro úvodní přednášky z fyziky (jedná se zejména o základy diferenciálního a integrálního počtu), rozhodli jsme se rozšířit sbírku v průběhu příštího roku i o úlohy z matematiky. Průběžně také doplňujeme úlohy do všech stávajících kapitol. Úlohy ve sbírce jsou navíc propojovány s multimediální encyklopedií fyziky, která je dostupná na adrese http://fyzika.jreichl.com/index.php. Máme zájem o navázání užší spolupráce 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 budeme sledovat, jak studenti sbírku využívají i jejich názory na její použitelnost a přínos. To nám umožní sbírku v budoucnosti lépe uzpůsobovat požadavkům uživatelů.
6 Závěr Elektronickou sbírku řešených úloh chceme i nadále rozšiřovat a zdokonalovat. Věříme, že je a i dále 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 široké veřejnosti. Náměty na další úlohy a připomínky k současnému stavu sbírky je možné zasílat na adresu:
[email protected]. Tvorba úloh z mechaniky, elektřiny a magnetismu, molekulové fyziky a termodynamiky (zejména jejich technický převod do formátu sbírky) a teoretické mechaniky byla podpořena také v rámci řešení projektů FRVŠ F6 759/2008, FRVŠ F6 788/2010 a FRVŠ F6 888/2011. Překlady úloh do angličtiny jsou podporovány z projektu "Fyzweb a elektronické sbírky fyzikálních úloh pro podporu formálního i neformálního fyzikálního vzdělávání na školách", který je částí MFF projektu č. 5 "MFF UK otevřená pro střední školy" (Projekt UK č.14/20 "Podpora spolupráce Univerzity Karlovy v Praze se středními školami").
5
