Едукациона визуелизација физичких феномена у парку науке и школском простору

Abstract

Tоком последњих деценија, значајан број физичара, астронома, географа, педагога, филозофа и архитеката истакли су потребу да се настава и учење физике и других природних наука одвијају у ширем простору, од учионице и лабораторије. Један сегмент овог рада указује на потребу да студенти добију прилику да понове искуства и резоновања научника, која су водила како до правилних, тако и она, која су водила до погрешних решења. У тези је истакнуто да су наставнику потребни ходник, двориште, кров, фасада, тераса да би се уградили уређаји и елементи који омогућују пресликавање, демонстрацију и проучавање физичких појава. Теза даје смернице и решења професорима и студентима како могу да реализују поменуте ситуације коришћењем ширег простора од учионице и лабораторије за физику. У истраживањима везаним за тему докторске дисертације проучаван је скуп конкретних спознајних инсталација погодних за ширење физичке лабораторије у комплекснији школски простор. Парк науке у Шапцу представља простор у којем је аутор тезе заједно са стручним тимом предложио, изградио, осмислио инсталације које су база едукационе визуелизације. Један сегмент тезе се бави усавршавањем оних учила која су раније већ предложена у литератури. Описан је и пут изградње инсталација и њиховог постављања у парку науке у Шапцу. Приказана је корисност Торичелијеве фонтане (која је изграђена у Шапцу) у учењу и примени у физици и математици и могућности примене квадратне функције и корена квадратне једначине. Њена употребљивост се заснива на визуелизацији математичких могућности облика индивидуалних водених млазева и групе млазева из суда напуњеног водом са бочним отворима. Рад сугерише да би наставници и аутори уџбеника требало да користе фонтану да би показали везу између физике и математике и да искористе ову везу у интегрисаном учењу две наведене науке. Један део рада је посвећен и грешкама у разматрању Торичелијеве фонтане у уџбеницима физике. Поред Торичелијеве фонтане анализиран је и Паралелни Глобус (Дан Ноћ и Година Глобус - ДИНГ). Овај Глобус је такође као саставни део докторског рада, осмишљен и исталиран у парку науке у Шапцу. ДИНГ је идеалан објекат за едукациону визуeлизацију знања о облику Земље, Земљиној ротацији око Сунца, дужини годишњих солстиција, еквиноција, локалног меридијана, дистрибуцију Сунчевог зрачења на Земљи, утицају овог зрачења на климу Земље, и како то зрачење користити ефикасно. ДИНГ је вишеструко користан за предавање физике, геофизике, астрономије и у развијању искуствено проблемског учења у подстицајној околини за ученика и јавност. У оквиру докторског рада изграђен је још један значајан број инсталација које едукационом визуелизацијом, пружају ученицима спознају о истраживачком путу научника и правилном резоновању кроз критичко мишљење. Са развојем информационо-комуникационих технологија едукациона визуелизација је постала посебна област научних истраживања са више нових праваца изучавања и развоја. У том контексту, теза истиче и анализира веома корисно повезивање визуелизације у реалном и виртуелном простору, а све у сврху наставе и учења. Такође, у раду и у складу са савременим тренутком описана је имплементација паметних телефона у посматрањима и мерењима како у физичкој лабораторији тако и у широј околини. У тези је такође урађено истраживање мисконцепције ученичких знања и промена њихових научних знања и ставова приликом рада у учионици на отвореном. Анализиран је едукативни утицај визуелно богате околине на наставу, успех, учење и популаризацију науке. На крају, представљена је тренутна позиција физике у образовању, стратегија развоја паркова науке и школских лабораторија на отвореном, као и мерљив утицај које могу направити у образовним програмима са циљем повећања интересовања ученика за бављење физиком и природним наукама.

During last decades, considerable number of physicists, astronomers, geographers, pedagogues, psiholophers and architects have stressed the need that the physics and science teaching should be carried out in a broader space than the usual classrooms and labaratories. One segment of this work indicates the neceessity of providing students the opportunity to recreate experience and reasoning of scientists which led them to both, correct and incorrect solutions. In a thesis it is pointed out that a teacher needs a hall, a school yard, a roof, a facade, a terrace to install devices and elements for enabling mapping, demonstrations and studying physical phenomena. This thesis gives guidelines and keys to professors and students to realize mentioned situations by using broader space than a usual classroom and labratory for physics. In research related to the PhD reserach a group of concrete/authentic cognitive installations convinient for extending physics labaratory into more complex school space. Šabac Science Park is an example of space where the thesis author, with the expert team, suggested conteptualised installations based on educational visualization. One segment of thesis is devoted to advancing of teaching aids which were recommended earlier in the literature. The endeavour of the installations construction and its assembling in Šabac Science Park was described. The usefullness of Torriceli’s fountain in teaching applicability in physics of mathematical properties of the quadratic function and of the roots of the quadratic equation is demonstrated. The usefulness is based on the visualization of mathematical properties of the forms of individual water jets and of the sets of jets from the water tank with holes. Physics teachers and textbooks writers should use this fountain to show the interplay of physics and mathematics and to exploit this interplay in integrating physics and mathematics teaching and learning. Besides Torichelli`s fountain The Parallel Globe (Day Night Year Globe - DING) was built. Having the same orientiation in space as the Earth, DING shows in real time the pattern of illumination of the Earth’s surface and its diumal and seasonal variations. It is an ideal object for visualization of knowledge and rise of knowledge about the form of the Earth, Erath’s rotation around the Sun, the lenght of seasons solstices, equinoxes, the longitude problem, the distribution of Sun’s radiation over the Earth, the impact of these radiation on Earth’s climate, and how to use it efficiently. DING is simultaneously useful for teaching physics, geophysics, astronomy usage of solar energy and for experiencing inquiry learning environment by students and public. As a part of the PhD research, more than twenty installations were constructed. The installations provide to students the insight on research route of scientists and their correct reasoning through analytic thinking. Following the progress of communication technology, educational visusalisation has become a special field of scientific research branching into new ways of studies and development. Furthermore this work stresses and analyses very beneficial correlation of visualisation in real and virtual space aiming at efficient teaching and learning corresponding to actual trends to implement smartphones in observation and measuring in the physics laboratory as well as in the open space. The thesis also comprises the research of misconceptions in students’ knowledge and the change of their science knowledge and attitudes in classes in outdoors classrooms. Educational influence of visually enriched environment on teaching and learning progress, and popularisation of science has been analysed. Finally, current status of physics in educational system was presented. Strategy of developing science parks and outdoors school labaratories, and measurable impact they may have in curriculum aimed at motivating students to get more interested in styding physics and science in general, are present, as well.