SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET

FIZIČKI ODSJEK

Smjer: Profesor fizike i informatike

Ana Jurić

DIPLOMSKI RADDIPLOMSKI RADDIPLOMSKI RADDIPLOMSKI RAD

Zagreb, 2006.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET

FIZIČKI ODSJEK

Ana Jurić

RAČUNALANA IMPLEMENTACIJA RAČUNALANA IMPLEMENTACIJA RAČUNALANA IMPLEMENTACIJA RAČUNALANA IMPLEMENTACIJA

KONCEPTUALNOG TESTA IZ JEDNOSTAVNIH KONCEPTUALNOG TESTA IZ JEDNOSTAVNIH KONCEPTUALNOG TESTA IZ JEDNOSTAVNIH KONCEPTUALNOG TESTA IZ JEDNOSTAVNIH

STRUJNIH KRUGOVASTRUJNIH KRUGOVASTRUJNIH KRUGOVASTRUJNIH KRUGOVA

Voditelj diplomskog rada: Doc. dr. sc. Mirko Planinić

Ocjena diplomskog rada: ________________ Povjerenstvo: 1. ________________ 2. ________________ 3. ________________

Datum polaganja: ________________

Zagreb, 2006.

Hvala mentoru na pomoći i strpljenju, te pruženoj potpori prilikom izrade ovog diplomskog rada. Hvala Maji Planinić na korisnim savjetima. Hvala mojim prijateljima što su uvijek tu, hvala roditeljima koji su mi omogućili ovo školovanje i svima koji su pokazali volju, sudjelovali u testiranju i tako doprinijeli izradi ovog diplomskog rada.

SSSSadržajadržajadržajadržaj

UvodUvodUvodUvod ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 1111

1 Intelektualni razvoj1 Intelektualni razvoj1 Intelektualni razvoj1 Intelektualni razvoj ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 2222

1.11.11.11.1 Kako sustav školskog obrazovanja utječe na intelektualni razvoj?Kako sustav školskog obrazovanja utječe na intelektualni razvoj?Kako sustav školskog obrazovanja utječe na intelektualni razvoj?Kako sustav školskog obrazovanja utječe na intelektualni razvoj? ............................. 3 1.1.1 Inteligentno učenje ............................................................................................................................5

2 Nastava fizike2 Nastava fizike2 Nastava fizike2 Nastava fizike .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7777

2.12.12.12.1 Što fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kako to utječe na nastavu fizikeŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kako to utječe na nastavu fizikeŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kako to utječe na nastavu fizikeŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kako to utječe na nastavu fizike .... 7 2.1.1 Ciljevi u nastavi .................................................................................................................................8 2.1.2 Motivacija ............................................................................................................................................9 2.1.3 Interakcija ...........................................................................................................................................9

2222.2.2.2.2 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije u fizici u fizici u fizici u fizici .......................................................................................................... 10 2.2.1 Uloga jezika u stvaranju pretkoncepcija ....................................................................................11 2.2.2 Važnost pretkoncepcija u nastavi fizike .....................................................................................12

2.32.32.32.3 Sustavi za upravljanje učenjem (LMSSustavi za upravljanje učenjem (LMSSustavi za upravljanje učenjem (LMSSustavi za upravljanje učenjem (LMS-a)a)a)a) ......................................................................... 13 2.3.1 Primjena LMS-a u nastavi fizike .................................................................................................14 2.3.2 Primjena LMS-a u otkrivanju i istraživanju pretkoncepcija .................................................15

3 Konceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugova3 Konceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugova3 Konceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugova3 Konceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugova ............................................ 17171717

3.13.13.13.1 Učeničke ideje i Učeničke ideje i Učeničke ideje i Učeničke ideje i predkoncepcijepredkoncepcijepredkoncepcijepredkoncepcije u području elektriciteta s primjenom na u području elektriciteta s primjenom na u području elektriciteta s primjenom na u području elektriciteta s primjenom na električne strujne krugoveelektrične strujne krugoveelektrične strujne krugoveelektrične strujne krugove................................................................................................................ 18

3.3.1 Predkoncepcije o električnoj struji ...............................................................................................19 3.1.2 Predkoncepcije o naponu ................................................................................................................20 3.1.3 Predkoncepcije o otporu..................................................................................................................22 3.1.4 Predkoncepcije o električnoj energiji ...........................................................................................23

3.23.23.23.2 Modeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih krugovaModeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih krugovaModeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih krugovaModeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih krugova ........... 23 3.2.1 Poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih krugova ......................24

3.33.33.33.3 Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje formalnih Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje formalnih Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje formalnih Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje formalnih pojmovapojmovapojmovapojmova i modela, te razumijevanje strujnih krugova i modela, te razumijevanje strujnih krugova i modela, te razumijevanje strujnih krugova i modela, te razumijevanje strujnih krugova ............................................................... 27

3.3.1 Zahtjevi konstrukcije konceptualnog modela ............................................................................28 3.3.2 Konstruiranje znanstvenog modela primjenom analogija ......................................................28 3.3.3 Konstruiranje znanstvenog modela primjenom kognitivnog konflikta................................29 3.3.4 Kvalitativni pristup u razvoju konceptualnog razumijevanja ...............................................30 3.3.5 Polu-kvantitativan i kvantitativan pristup u razvoju konceptualnog razumijevanja.....33

4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova.................................................................................................... 36363636

4.14.14.14.1 Konstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih krugovaKonstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih krugovaKonstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih krugovaKonstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih krugova...................... 36

4.24.24.24.2 Računalna implementacija konceptualnog testaRačunalna implementacija konceptualnog testaRačunalna implementacija konceptualnog testaRačunalna implementacija konceptualnog testa............................................................ 38

4.34.34.34.3 Primjena konceptualnog testaPrimjena konceptualnog testaPrimjena konceptualnog testaPrimjena konceptualnog testa ............................................................................................ 41

4.44.44.44.4 Obrada i analiza rezulObrada i analiza rezulObrada i analiza rezulObrada i analiza rezultatatatatatatata................................................................................................... 41

4.54.54.54.5 Pregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranja ............................................................................. 42 4.5.1 Usporedba rezultata testiranja.....................................................................................................47 4.5.2 Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj i SAD-u ........................................55

5 Implementacija u nastavi5 Implementacija u nastavi5 Implementacija u nastavi5 Implementacija u nastavi .................................................................................................................................................................................................................................................................... 56565656

ZaključakZaključakZaključakZaključak ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 61616161

LiteraturaLiteraturaLiteraturaLiteratura .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 62626262

PrilogPrilogPrilogPrilog ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 63636363

1

UvodUvodUvodUvod Znatiželja i neprestano traganje čovjeka prethodilo je razvoju i mogućnostima u kojima danas uživamo. U neumornoj potrazi za boljim rješenjima svakodnevno smo suočeni s mnoštvom informacija. Mnoge od njih ne doživimo u potpunosti, pojedine pobude naš interes te ih kratkotrajno i zadržavamo, a neke od njih su rješenja koje smo upravo tražili. Kako sistematizirati sve te informacije i iskoristiti od njih najbolje? Različita individualna usmjerenost omogućava razvoj znanosti u svim smjerovima i otkrivanje neiscrpnog izvora informacija. Raznolikosti koje se pri tome otkrivaju, obogaćuju našu egzistenciju. Individualna raznolikost predstavlja veliki problem za naš program odgoja i obrazovanja. U cilju da se obuhvate sve raznolikosti, a opet omogući slobodno obrazovanje i usmjeravanje prema vlastitim afinitetima, naš sustav školovanja neprestano traga za boljim rješenjima... Rapidan razvoj tehnologije nezaobilazna je činjenica koja veliko utječe na način funkcioniranja našeg društva. Polako ali sigurno mijenja način življenja, pri tome kontrolirajući njegovu dinamiku. Kao u svim ostalim granama razvoja tako i u programu obrazovanja, ne postoje ograničenja u mogućnostima već samo u spremnosti da se te mogućnosti prihvate i iskoriste. Ovaj diplomski rad posvećen je istraživanju poteškoća u razumijevanju jednostavnih strujnih krugova. Naglasak stavlja na prednosti dobivene razvojem informacijsko komunikacijske tehnologije (ITC-a), na mogućnosti koje nam ona pruža u istraživanja individualnih ideja i pretkoncepcija u području strujnih krugova. Istraživanje je provedeno kako bi se dobila opća slika o razumijevanja tog sadržaja, koja može poslužiti u svrhu klasificiranja potreba, a rezultirati razvijanjem novih ili mijenjanjem već postojećih pristupa u poučavanju tog sadržaja.

2

1 1 1 1 Intelektualni razvojIntelektualni razvojIntelektualni razvojIntelektualni razvoj

Razvoj svakog pojedinca započinje u majčinoj utrobi. Već od samog početka počinju se formirati skupine stanica specijalizirane za obavljanje određenih zadaća. Postepenim rastom i razvojem one formiraju jedinke sposobne za obavljanje složenih funkcija – ljudska bića.

U prvom mjesecu postojanja, tog još ne u potpunosti formiranog bića,

započinje razvoj njegovog živčanog sustava, čiji centralni dio čini mozak. Razvitak mozga omogućuje čovjeku daleko naprednije i složenije funkcije od bilo koje druge vrste. Svojom strukturom i načinom funkcioniranja mozak predstavlja osnovu intelektualnog razvoja.

Temeljna organizacija razvoja mozga programirana je genetski, ali na razvoj

mozga značajnu ulogu imaju i različiti čimbenici iz okoline. Određena područja mozgovnih hemisfera specijalizirana su za obradu različitih podražaja koji u obliku živčanog impulsa putuju do svojih odredišta, za njihovu interpretaciju i koordinaciju s pripadajućim osjetnim organima. Određen broj, razmještaj i gustoću neurona nasljeđujemo od svojih roditelja. Veća gustoća neurona u pojedinom dijelu mozga predstavlja povoljniju genetsku predispoziciju za optimalan i svrsishodan rad tog dijela mozga. Dakle, sposobnost mozga ovisi o genetskoj predispoziciji u građi, ali važnu ulogu u mogućnosti iskorištavanja tog potencijala ima umreživane neurona. Umreživane neurona ovisi o vanjskim čimbenicima, a to su podražaji koji putem očnog, slušnog i drugih sustava stižu u specifičnu regiju mozga .

Vanjski čimbenici, okruženje stimulira razvoj mozga kako bi mogao optimalno koristiti svoje mogućnosti. Okruženje je ukupnost svih podražaja koje pojedinac prima od početka svojeg postojanja. Izloženost različitim podražajima kod pojedinaca rezultira stečenim različitim iskustvima i različitim nagonskim reakcijama. Znatan dio tih podražaja oblikovan je odgojem i obrazovanje, te usmjeren kulturnim običajima.

Mnogobrojna istraživanja psihologa potvrđuju da su ljudske sposobnosti rezultat združenog djelovanja i nasljeđa i okoline. Individualne razlike u inteligenciji među pojedincima stoga su neizbježne. Inteligencija, često definirana kao „sposobnost mišljenja pri rješavanju problema ili svrsishodno prilagodljivo ponašanje u danim okolnostima“, razvija se i mijenja tijekom čovjekova života. Po istraživanjima intelektualni razvoj dostiže svoj vrhunac u dobi od otprilike 20 godina, zatim se održava na postignutoj razini do 40, pa počinje blagi pad. Zbog utjecaja okoline postoje znatna odstupanja kod pojedinaca. Golemi kapaciteti mozga mogu se iskoristiti samo ukoliko smo izloženi situaciji koja će to omogućiti. Takvu situaciju nazivamo učenjem. Pod utjecajem okoline, svih vanjskih čimbenika koji nas okružuju neprestano učimo. Učimo kroz igru (nenamjerno učenje), kroz aktivnosti i zadatke koje obavljamo (namjerno učenje), učimo na osnovu stečenog iskustva. Sva ta učenja kojima smo neprestano

3

izloženi rezultiraju promjenama u mozgu. Promjene se mogu očitovati na strukturalnoj bazi (nastajanje i nestajanje veza među neuronima), te povećanjem aktivnosti određenog područja. „Učenje je aktivnost (iskustvo) kojom pojedinac postiže relativno trajnu promjenu svog ponašanja“, pa možemo zaključiti da se mozak razvija učenjem, a intelekt korištenjem mozga.

1.11.11.11.1 KKKKako ako ako ako sustav školskog obrazovanjasustav školskog obrazovanjasustav školskog obrazovanjasustav školskog obrazovanja utječe na intelektualni razvoj? utječe na intelektualni razvoj? utječe na intelektualni razvoj? utječe na intelektualni razvoj?

Školski obrazovni program započinje oko sedme godine djetetova života. Na našim prostorima taj se program sastoji od osmogodišnjeg obveznog školovanja, četverogodišnjeg srednjoškolskog i visokoškolskog programa koji nisu obvezni. Program osnovnoškolskog, obveznog obrazovanja koji je trenutno najzastupljeniji, reguliran je od strane državnog tijela - Ministarstva znanosti, obrazovanja i športa. Od šezdesetih godina prošlog stoljeća osnovnoškolsko obrazovanje definirano je u trajanju od osam godina s postepenim prelaznom od razredne k predmetnoj nastavi. Takav sustav osnovnog obrazovanja zadržao se sve do danas. Već u samom nazivu, osnovno, sugerira namjenu ovog programa. Ta osnovu koju treba izgraditi kod svakog pojedinca tijekom osmogodišnjeg obrazovanja čini temelj i ostaje podloga za daljnji razvoj svakog pojedinca. Težina samih riječi navodi nas na zaključak koliko kompleksan taj plan i program treba biti.

Tokom godina, razvijale su se strategije poučavanja i učenja. Psiholozi, sociolozi, pedagozi i metodičari svojim su istraživanjima znatno doprinijeli unapređenju odgojno-obrazovnih procesa. Nastavni plan i program tako je često bio podvrgavan različitim reformama. Reforme uvijek direktno obuhvaćaju nastavni materijal, uvođenjem prilagođenijih udžbenika i vježbenica, ponekada i broj sati određen za pojedini predmet, te preporučene nastavne metode. Ukupnom rezultatu osim navedenog, veliko pridonosi i individualan pristup svakog predavača (nastavnika, profesora...), a to niti jedna reforma direktno ne definira, ostavljajući dovoljno slobode za uspješnije djelovanje u skladu s definiranim ciljevima.

Jedan od važnih temelja današnjih reformi obrazovanja, otkriće je švicarskog psihologa Jeana Piageta o razvoju kognitivnih (spoznajnih) procesa kod djece. Faze razvoja mišljenja prema J. Piagetu dijelimo na:

1. Senzomotornu fazu koja traje do druge godine. U toj fazi dijete uočava

svoje mogućnosti, postaje svjesno konstantnosti objekata koji ga okružuju.

2. Predoperacionu fazu koja traje od 2. godine, pa do polaska u školu. Ta je faza obilježena učenjem uporabe jezika i predstavljanjem predmeta pomoću riječi i slika. Klasifikacija predmeta u ovoj fazi moguća je samo po jednom kriteriju.

4

3. Faza konkretnih operacija traje od 7. do 12. godine. Mišljenje se u ovoj fazi razvija kroz mentalne operacije. Dijete može zamišljati postupke s objektom i anticipirati rezultate tih postupaka - razvija se mogućnost zaključivanja o stvarima, predmetima i pojavama. Različite logičke operacije dijete obavlja isključivo s konkretnim objektima ili njihovim mentalnim reprezentacijama. Klasifikacija predmeta moguća je i prema više kriterija.

4. Faza formalno logičke operacije razvija se već oko 11. godine. Započinje razvoj logičkog razmišljanja i o apstraktnim tvrdnjama, a ne samo o onome što je ovdje i sada. Rađa se početak znanstvenog razmišljanja: razvijanje hipoteza, interpretiranje, provjeravanje pretpostavki... Tu fazu karakterizira i zanimanje za buduće događaje, filozofske probleme i pitanja vrijednosti. Prema istraživanjima kompleksnost mišljenja se mijenja do 17. godine, bez sumnje da se neki oblici mišljenja mijenjaju i nakon toga.

Prelazak iz jedne u drugu fazu kognitivnog razvoja javlja se kod različite djece u različito vrijeme, pa ako dijete ima 11 ili 12 godina to ne mora automatski značiti da dijete rabi formalne operacije. Trenutni kognitivni kapacitet kojim pojedinac raspolaže bez poteškoća će mu omogućiti da percipira, zna i razumije ono što vidi u novoj situaciji (fenomenu, iskustvu ili problemu ). Ukoliko nove situacije kojima pojedinci budu izloženi prate njihovu kognitivnu zrelost, tada je postignuta ravnoteža. Ta ravnoteža omogućuje uspješno svladavanje zadanih ciljeva. Razlika u nivou kognitivne zrelosti unutar određene grupe je neizbježna, pa će svladavanje već predodređenih nastavnih cjelina kod određenih pojedinaca zahtijevati dodatni intelektualni rad kako bi se postigla ravnoteža.

Prateći ove faze, obrazovanje pojedinca započinje već u ranom djetinjstvu.

Prvo se uči kroz igru, pa nastavlja kroz školovanje. U sustav školskog obrazovanja pojedinci dolaze kao konkretni mislioci, razvijajući se u apstraktne mislioce sposobne predviđati, analizirati i samostalno rješavati postavljene probleme. Uočavamo koliko je bitno da nastavni proces (nastavni sadržaj i metode) bude prilagođen određenoj fazi kako bi se kroz svladavanje nastavnog sadržaj omogućio i utvrdio razvitak pojedine faze u potpunosti.

Promatrajući, zapažajući, opisujući, analizirajući, pretpostavljajući... neprestano učimo. Učimo kako se postaviti u određenoj situaciji, kako ju interpretirati i kako djelovati u toj situaciji. To učenje nam ne može biti preneseno, ono zahtijeva vrijeme i prostor u kojem će biti realizirano. Nastavni proces, oblik organiziranog učenja s ciljem odgoja i obrazovanja sudionika, svojom kvalitetom obilježava osnovno obrazovanje pojedinca i na taj način utječe na njegov intelektualni razvoj. Osim standardnog, najzastupljenijeg sustava obrazovanja postoje i alternativni oblici obrazovanja. Alternativne škole teže stvoriti što bolje uvjete za učenje koje će omogućiti intelektualni razvitak u slobodi, dopuštajući razvoj sposobnosti svakog pojedinca ovisno o njegovim individualnim predispozicijama i

5

potrebama. Jedna od temeljnih razlika u odnosu na uobičajene škole, upotreba je posebnih didaktičkih materijala koji su dizajnirani tako da dijete kroz igru, bavljenje, dodir, dođe do spoznaje apstraktnih pojmova, kao što su brojevi, funkcije, riječi u rečenici. Primjer su Waldorfska škola, osnovana u Zagrebu 1993. godine i Montessori škola, osnovana u Zagrebu 2003. godine.

Waldorfska pedagogija osim intelektu pojedinca, posvećuje se i njegovim tjelesnim i duhovnim potrebama i sposobnostima, razvijajući radne i stvaralačke navike. Utemeljitelj waldorfske pedagogije je austrijski znanstvenik Rudolf Steiner.

Montessori pedagogija, nazvana po talijanskoj znanstvenici koja je djelovala potkraj 19. i početkom 20.stoljeća, Maria Montessori, naglasak stavlja na slobodu izbora i samostalnost u kojoj će dijete uživati tokom svog obrazovanja.

1.1.11.1.11.1.11.1.1 Inteligentno učenjeInteligentno učenjeInteligentno učenjeInteligentno učenje

Učenje primjereno načinu funkcioniranja našeg mozga nazivamo

inteligentnim učenjem. Znanstvene spoznaje o načinu funkcioniranja mozga otkrivaju nam

specijalizaciju mozgovnih hemisfera. Desna hemisfera je specijalizirana za obradu slike i analogije, a lijeva hemisfera procesira informacije analitički dio po dio i zato je specijalizirana za obradu jezičnih i drugih simboličnih operacija. To znači da će se prilikom učenja novog simbola (riječi, brojke..) za vrijeme dok ga lijeva hemisfera obrađuje, desna istovremeno tražiti odgovarajuću sliku s kojom će ga povezati. Primijenimo li tu spoznaju na način usvajanja novog sadržaja, možemo odmah zaključiti koliko je bitno osigurati kvalitetnu situaciju u kojoj će se učenje odvijati. Kvaliteta se očituje u stvaranju onakve situacije koja će pojedincu pružiti što više učenja posredstvom iskustva, jer će takvo učenje omogućiti istovremenu obradu informacija uz stvaranje slika s kojima će one biti povezane. Takvim pristupom pojedinac će svladavajući novi sadržaj dobiti potpunu sliku o simbolu, pojavi, situaciji koju nastoji razumjeti.

Nastavni proces u kojem učenici i nastavnici komuniciraju preko nastavnog

sadržaja orijentiran je ka svrsishodnom učenju. Pristup tom učenju, strategije koje koriste razne metode i postupke određuju nekoliko različitih sustava nastave.

• Predavačka nastava – težište stavlja na nastavnika koji pokazuje, dokazuje i izvodi zaključke.

• Heuristička nastava – temelji se na „aha doživljaju“, momentu kad pojedinac doživi heureka, taj. novu spoznaju. Nedostatak takve nastave je u tome što se spoznaja, znanje iskazuje kao jedinstvo empirijskog i racionalnog.

• Programirana nastave – program upravlja učenjem pojedinca. • Problemska nastava – temelji se na rješavanju problema, na „iskustvenom

učenju“. U takvom se radu, koji se odvija u grupama, razvija fluentnost, kreativnost i produktivnost, razvijajući tako sposobnost divergentnog mišljenja. Divergentno mišljenje je fleksibilno, vodi do pravog rješenja, istražujući različitim smjerovima.

6

• Istraživačka nastava – naglasak stavlja na samostalno istraživanje učenika, problem je zadan, ali bez procedure za pronalaženje rješenja

• Otkrivalačka nastava – cilj postavlja na otkrivanje veza između fizikalnih veličina u nekoj pojavi, težeći otkrivanju zakonitosti. Smatra se podvrstom problemske nastave u kojoj važnu ulogu ima eksperiment

Raznolikost nastavnog sadržaja koji se obrađuje zahtijeva različite pristupe. Pojedini sustavi nastave zadovoljiti će u potpunosti zahtjeve određenih nastavnih sadržaja, a neki neće biti niti približno dovoljni. U fizici se očituje potreba za interaktivnim oblicima nastave. Istraživačka, otkrivalačka i problemska nastava tipovi su interaktivne nastave, čijom se kombinacijom postiže konstruktivistički pristup u poučavanju i učenju.

Važnu ulogu u tom procesu ima nastavnik. Zadaća nastavnika je omogućiti učenicima pristup sadržaju putem adekvatne nastave, dopuštajući tako dozrijevanje njihova znanja i bolje razumijevanje. Komunikacija učenika s nastavnim sadržajem pretvorit će se tako u svrsishodan proces. Već sam postepeni prijelaz k predmetnoj nastavi u sustavu obrazovanja, upućuje nas na raznolikosti u nastavnom sadržaju koji se obrađuje u sklopu tih predmeta. Neizbježan je zaključak da će i pristupi upoznavanju, obradi i svladavanju tih sadržaja zahtijevati različite metode i postupke. Sustavi nastave razvijeni kroz godine učenja i poučavanja zastupaju različite pristupe ostvarenju te komunikacije. Situacije učenja trebaju biti složene i raznovrsne, tek će kombinacijom različitih situacija ono omogućiti postizanje zadanih ciljeva. Integracijom svih tih pristupa i metoda koje zastupa pojedini sustav nastave, stvara se raznovrsnost i bogatstvo koje učenje čini boljim, atraktivnijim i valjanijim.

7

2 2 2 2 Nastava fizike Nastava fizike Nastava fizike Nastava fizike

2.12.12.12.1 Što fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kakoŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kakoŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kakoŠto fiziku čini drugačijom od ostalih znanosti i kako to utječe na to utječe na to utječe na to utječe na nastavu fizikenastavu fizikenastavu fizikenastavu fizike

Fizika (grčki fysis – priroda) je znanost koja proučava prirodu u sveobuhvatnom smislu, istražuje fundamentalne koncepte materije, energije i prostora, te odnose među njima. Fizika je često isticana kao fundamentalna znanost jer izučava osnove prirodnih pojava i temelje na kojima funkcioniraju otkriveni mehanizmi, te na osnovu njih formulira zakonitosti. Zbog svog pristupa koji se temelji na istraživanju i eksperimentima, možemo reći da se fizika pokazala kao ključna znanost u primjeni na mnogim područjima ljudske djelatnosti. U širem smislu govoreći, njezina je primjena neizbježna u ostalim granama znanosti (bilogija, kemija, geodezija, informatika, ekonomija...), pa tako doprinosi razvoju drugih znanosti i tehnologije. Nastojeći objasniti različite pojave, fenomene na osnovu njihove sličnosti ili pravilnosti strukture, fizika stvara modele koji služe za razumijevanje tih pojava. Usvajanje tih modela poslužit će kasnije i za predviđanje rješenja u novonastalim problemskim situacijama.

Model služi za opis sustava, ima svoje područje valjanosti, koje više ili manje može zadovoljiti sustav koji se njime opisuje. Modeli su gotovo uvijek pojednostavljeni prikazi, objašnjenja za stvarne pojave tj. sustave u kojima se one zbivaju. Svrha modela je omogućiti stvaranje predodžbe pomoću koje će se razumijeti određena pojava ili funkcioniranje sustava. Ukoliko on to omogućuje za određenu pojavu, sustav, tada će se sve ostale situacije temeljne na toj pojavi, moći razumjeti primjenom tog modela u određenim okolnostima, naravno, uz uvođenje dodatnih uvjeta i parametara kako bi se postiglo zadovoljavajuće slaganje između modela i prave pojave ili sustava koji se opisuje.

Preduvjet za konstrukciju modela je proučavanje određene pojave, sustava, analiziranje, pretpostavljanje, selekcioniranje, usporedba spram stečenog iskustva (već usvojenih modela ili sličnih situacija), definiranje pretpostavki na kojima će se zasnivati model i parametara s kojima će biti opisan, te sustavno provjeravanje slaganja modela s realnim situacijama. Iz svega toga možemo zaključiti da je za konstruiranje modela, koji će učenicima omogućiti razumijevanje fizikalnog sadržaja koji im se želi prenijeti, fizike kao znanosti općenito, pa tako i njezine primjene u svijetu koji nas okružuje, nemoguće bez njihova fizičkog iskustva. Iskustvo će im biti omogućeno putem vlastitog istraživanja. Istražujući, znanstvenici dolaze do različitih saznanja o funkcioniranju sustava u kojem egzistiramo, pri tome težeći da ih u potpunosti spoznaju i kreiraju valjane teorije. Teorije imaju različita polazišta i pristupe, pa zato i na različite

8

načine objašnjavaju iste pojave, fenomene. Da bi bila prihvatljiva, teorija se treba slagati s rezultatima dobivenim provođenjem eksperimenata i pokusa, tek tada ona za nas postaje značajna. Njezin je značaj, vjerodostojnost sve dok ona uspješno objašnjava nadolazeće situacije. Tek kada se pojave uvjeti u kojima njezin pristup ne bi davao adekvatna objašnjenja za rezultate dobivene eksperimentom, tada se pristupa kreiranju novog modela koji će sadržavati sve potrebne elemente za razumijevanje, a teorija će biti proširena ili potpuno nova, ovisno o tome koliko će se razlikovati polazne točke gledišta. Raznim teorijama, pristupima, eksperimentima i pokusima znanstvenici nam pokušavaju prenijeti spoznaje do kojih su došli u svome radu. Približavaju nam svijet, stvaraju uvjete da i sami spoznamo princip funkcioniranja pojava s kojima živimo, zakonitosti po kojima se odvijaju, mogućnosti koje nam te spoznaje pružaju. U pokušaju da bi spoznali i razumijeli, potrebni su nam uvjeti koji će to omogućiti. Svrsishodno učenje fizike pružit će uvjeti koji omogućuju istraživanje, provjeru i primjenu rezultata dobivenih istraživanjem. Nastava fizike u osnovnoj školi započinje u sedmom razredu, u dobi između 13. i 14. godine. To je vrijeme prelaska iz faze konkretnih mislioca u fazu formalnih operacija, apstraktnih mislioca. Mogućnost logičkog apstraktnog mišljenja, postepeno stjecanje sposobnosti za izvođenje formalnih misaonih operacija kao što su apstrahiranje, pretpostavljanje, modeliranje, uopćavanje, te razmišljanja o apstraktnim tvrdnjama i pojavama bitna je za nastavu fizike jer nastavni sadržaj fizike obiluje pojmovima s kojima učenik nema zornih iskustava i ne može ih zorno prikazati. Dovoljno je spomenuti struju i napon... Uočiti i razumijeti te pojmove moći će jedino ukoliko se budu nalazili u situacijama u kojima će im se takve zamisli postepeno otkrivati, dopustiti im da ih postepeno izgrađuju. Fizikalni pojmovi (npr. energija, električni potencijal...) misaone su konstrukcije, plodni uvjeti za njihovo konstruiranje omogućiti će otvorena rasprava, komunikacija u nastavi, putem koje će se generalizirati otkriveno. Otkrivanje pojava učeniku će se omogućiti ukoliko će on imati uvjete koji će mu osigurati „dodir˝ s tom pojavom, tj. iskustvo u istraživanju, uočavanju i proučavanju promjena koje ona uzrokuje, tako će učenici kroz raspravu koju vodi nastavnik moći kvalitetno zaključivati i konstruirati modele.

2.1.12.1.12.1.12.1.1 Ciljevi u nastaviCiljevi u nastaviCiljevi u nastaviCiljevi u nastavi Formuliranjem ciljeva koji se žele ostvariti, započinje oblikovanje nastavnog procesa. Svaki cilj ima materijalnu, funkcionalnu i odgojnu komponentu. Obrađujući nastavni sadržaj, tendencija je kroz svaku nastavnu cjelinu zadovoljiti sve tri komponente, ostvarujući tako zadane ciljeve u potpunosti.

Stjecanje znanja i vještina ovisno je o sposobnostima i aktivnosti učenika u procesu učenja. Različite sposobnosti i aktivnosti učenika stvaraju realnu situaciju koja zahtijeva prilagodbu nastavnika. Ta će se prilagodba moći realizirati konstruiranjem fleksibilnih ciljeva, koji će moći u samom tijeku nastave doživjeti promjene.

9

2.1.22.1.22.1.22.1.2 MotivacijaMotivacijaMotivacijaMotivacija Kvalitetno oblikovan proces učenja i poučavanja ne smije zanemariti motivaciju učenika. Na motivaciju učenika djeluju različiti čimbenici, a to su biološki, zatim navike i znanja, te poticaji iz okoline. Biološki čimbenik, navike i znanja faktori su koji određuju stupanj različitosti među pojedincima unutar grupe učenika koji čine jedan razred. Poticaj iz okoline u toj grupi ima važnu ulogu. U razredu je taj poticaj iz okoline nastavnik. Sadržaj motiviranja predmetni nastavnik izabire u skladu sa značajkama predmeta.

U nastavi fizike motivirajuću ulogu ima problemska situacija. Prema P. Orleonu, „problem je svaka situacija u kojoj subjekt ne može automatski ispravno reagirati na osnovi svoje zalihe pripremljenih odgovora“. Otvaranjem problemske situacije osigurat će se uočavanje problema koji će zaokupirati pažnju učenika i bit će mu izazov s kojim će se rado suočiti. Stvaranje takve problemske situacije omogućiti će učenicima angažiranje na različite načine. U toj dobi učenik reagira na sve aspekte okoline, istražuje i najbolje uči u akcijama. Problemsku situaciju nastavnik (ili učenik) može otvoriti :

• razgovorom • pitanjem • izlaganjem • demonstracijskim pokusom

Uloga nastavnika je stvoriti motivirajuću situaciju u skladu s ciljevima koji se

žele postići, individualnim razlikama i interesima učenika, te sredstvima kojima raspolaže.

Motivacija utječe na kreativno djelovanje, upornost, dugotrajan rad te

svrsishodno učenje. Upravo zato je potpuno i uspješno motiviranje od velikog značenja za nastavu.

2.1.32.1.32.1.32.1.3 InterakcijaInterakcijaInterakcijaInterakcija Učenje je aktivan proces, omogućuje konstruiranje novog znanja aktivnim usklađivanjem novih iskustava i informacija s već postojećim predznanjem. Kvalitetno učenje zahtijeva i osobnu aktivnost. U problemski orijentiranoj nastavi taj proces koji zahtijeva osobnu aktivnost, primanje i prerađivanje novih znanja bit će uspješan ukoliko se bude odvijao u situacijama koje će osigurati dovoljno vremena za razmišljanje, iznošenje hipoteza, argumentiranje, usklađivanje tih iskustava s već postojećim predznanjem i vlastitim idejama. Da bi takve situacije bile ostvarene bitna je suradnja, socijalna interakcija. Nastavni proces treba biti maksimalno interaktivan, dopuštajući učenicima da međusobno surađuju, izmjenjujući svoje ideje, iskustva, argumente, razvijajući pri tome vještine koje će im omogućiti ostvarivanje najviših kvaliteta, samostalnost u radu, te preuzimanje odgovornosti.

10

Suradnja nastavnika s učenicima jednako je bitna kao i suradnja učenika međusobno. Ta se suradnja može ostvariti kroz rad u grupama, gdje će uspjeh grupe značiti uspjeh pojedinaca koji ju čine, razvijajući tako timski rad. Suradnja se može ostvariti kroz situacije „natjecanja“ koje će pridonijeti većem angažmanu u postizanju boljih rezultat, boljeg vlastitog uspjeha. Mogućnost suradnje stvoriti će okruženje u kojem će učenici postati svjesni svoje važnosti u nastavnom procesu, dobiti osjećaj da se njihove ideje i potrebe osluškuju, te da imaju potporu u svome radu. Takvo je okruženje preduvjet za djelotvorno učenje, za razvoj tolerancije i jasnog formuliranja ideja upotrebom jezika znanosti.

Interaktivna nastava zahtijeva i nastavne metode koje će poticati učenje

putem socijalnih kontakata. Osim usvojenih standardnih metoda, koje često zanemaruju socijalnu i afektivnu sferu, stavljajući naglasak na kognitivno i psihomotoričko učenje, potrebne su metode koje će omogućiti transfer znanja i iskustva putem socijalnih kontakata. Za ostvarenje takvih metoda potrebni su različiti izvori (verbalni, vizualni, prakseološki) informacija, te različiti pristupi putem kojih će se te informacije učiniti dostupne učeniku. Razvoj tehnologije omogućio nam je tu raznolikost.

Nastava fizike više nije ograničena na knjigu, bilježnicu i demonstraciju putem pokusa, nastavu koja će poučavati sadržaj, prenoseći učenicima tuđa iskustva. Danas, više nego ikada prije, nastava fizike može koristiti različite izvore koji će omogućiti prijenos sadržaja učeniku, a i što je najbitnije, direktno iskustvo s tim sadržajem. Razvoj tehnologije omogućuje s jedne strane složenije i raznovrsnije eksperimente, vizualizaciju pojava putem multimedijalnih prikaza, java apleta, a s druge strane dostupnost velikog izvora informacija i istraživanje putem Interneta, te dodatne kanale simetrične komunikacije.

Interaktivno učenje treba prihvatiti kao nadopunu postojećim sustavima

nastave, iskoristiti prednosti koje pruža, među kojima treba svakako istaknuti razvoj komunikacijske i informatičke pismenost, težnja za poboljšanjem i ostvarenjem viših ciljeva.

2.22.22.22.2 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije u fizici u fizici u fizici u fizici

Od kada postoji čovjek, postoji i njegova znatiželja da razumije svijet oko sebe. Priroda je čovjeku bila tajnovita od samog početka, pa u nastojanju da razotkrije sve te pojave, fenomene, čovjek počinje tragati za objašnjenjima.

Objašnjenja koja čovjek traži pokazuju težnju i potrebu za razumijevanjem tih pojava, fenomena i cjelokupne prirode koja nas okružuje, razumijući tako svijet u kojem živimo. Prvi korak u tom pokušaju vlastite su ideje, nastale promatranjem i logičkim razmišljanjem. Takve su ideje intuitivne i mnogobrojne. Slike svijeta stvorene na osnovu tih ideja, „razumska“ su interpretacija realnosti. Nedostatak u konstrukciji slika na osnovi intuitivnih predodžbi je u njihovoj jednostavnosti i nepotpunosti. Stvarni svijet ipak je malo kompleksniji.

11

Intuitivna spoznaja prati odrastanje čovjeka. Učenici dolaze u školu i počinju učiti fiziku prepuni ideja koje koriste u procesu učenja, prilikom objašnjavanja i zaključivanja. Te ideje najčešće ne prate fizikalne pojmove i zakone, već intuiciju učenika, iskustva koja imaju i ono što su naučili tokom svog obrazovanja. Predodžbe koje učenici stvaraju na taj način, modele koje konstruiraju za lakše razumijevanje pojava i objašnjavanje raznih situacija, uglavnom se razlikuju od stvarnih modela. Iz tog razloga sve te ideje, predodžbe, koncepte, modele koji nisu u skladu s fizikalnim nazivano predkoncepcije ili miskoncepcije u fizici.

2.2.12.2.12.2.12.2.1 Uloga jezika u stvaranju pretkoncepcijaUloga jezika u stvaranju pretkoncepcijaUloga jezika u stvaranju pretkoncepcijaUloga jezika u stvaranju pretkoncepcija Jezik, nezaobilazno sredstvo komunikacije, prisutan je u svim granama

ljudskog djelovanja. Može li taj jezik biti univerzalan?

U procesu otkrivanja, neizbježan posrednik između nas i stvarnosti je jezik. Sva promatranja, pokušaji koji dovode do važnih spoznaja i na kraju definiranih teorija koje se danas poučavaju i uče, ne bi nam bile dostupne da ne postoji medij koji će omogućiti njihov transfer. Ovdje ćemo se ograničiti na jezik kao primarni medij komunikacije, čija nas upotreba karakterizira, kako socijalno tako i intelektualno. Jezik nam nudi mogućnost izražavanja. U fizici, kako znanosti tako i nastavi, izražavajući se „oživljavamo“ svoja opažanja, oblikujemo misli, ideje, spoznaje i razne teorije s ciljem prijenosa informacija, a u svrhu boljeg razumijevanja, promjene perspektive misaonog stava i mogućnosti transferiranja znanja. Bogatstvo pojmova korištenih prilikom izražavanja razlikuje „svakodnevni jezik“ od znanstvenog jezika. „Svakodnevni jezik“, ponekada se naziva i „kućni jezik“, nemoguće je izbjeći ili zaobići jer s njim odrastamo. „Svakodnevni jezik“ siromašan je simbolima koji se koriste za prijenos informacija, a njihova je primjena široka, što ima za posljedicu korištenje izraza i pojmova koji nisu egzaktni. Njega karakterizira spontanost u izražavanju, a cilj mu je sporazumijevanje na opće prihvaćenoj razini. Jezici znanosti međusobno se razlikuju po simbolici koju koriste, pa i unutar iste znanosti, simbolička aktivnost unutar jednog područje ne mora nužno vrijediti i u drugim područjima. Jezik kojim se koristi fizika prožet je simbolima koje karakterizira jednoznačnost. Pojmovi korišteni za opis sustava ili stanja egzaktno su definirani, te postoji točno određeni smisao u kojim se oni primjenjuju. Za razliku od znanstvenog, svakodnevni jezik nije „ograničen“ jednoznačnim simbolima. Uzmimo za primjer, na pitanje „Koliko kilograma imaš?“ ili „Kolika ti je težina?“, dobivamo identičan odgovor. Osim toga, postoje izrazi i pojmovi koji su jednostavno prihvaćeni u svakodnevnom govoru, koriste ih svjesno i ljudi koji znaju njihovo točno značenje. Tako svako kućanstvo dobiva „račun za struju“, iako je na njemu napisano da je račun za potrošnju električne energije. Plaćamo uvijek ono što i potrošimo, naglašavajući kako plaćamo struju, neizbježno je zaključiti da se ta struja troši.

12

Koliko nas onda treba iznenaditi najzastupljenija pretkoncepcija iz područja elektrodinamike i razumijevanja strujnih krugova, koja glasi: struja se troši ? Kroz proces obrazovanja, polako uviđamo „nepravilnosti“ svakodnevnog jezika, prihvaćene simbole kojima se značenje određuje po smislu. Izrazi i pojmovi, često su tako korišteni višeznačno, zanemarujući pri tome njihovo pravo značenje. U procesu učenja fizike svakodnevni govor, pojmovi korišteni u svakodnevnom izražavanju, otežavaju razumijevanje fizikalnih pojmova. Približavanje tih pojmova, njihovo razumijevanje, te primjena na fizikalnom nivou moguća je ukoliko se učenicima u procesu učenja omogući njihova konstrukcija, da otkriju od kuda oni dolaze, što oni opisuju i gdje se očituje njihova primjena, kako u fizici, tako i u drugim znanostima, pa i u svakodnevnom govoru. Izražavajući se na određen način oblikujemo svoje misli, tako će jezik koji pri tome koristimo, više ili manje, doprinijeti razumijevanju, pravilnom poimanju, zaključivanju i dokazivanju u procesu spoznavanja, te sporazumijevanju. N. Bohr je zaključio „da se nijedna istinski temeljena prirodna pojava ne može jednoznačno odrediti pomoću riječi iz svakodnevnog govora“.

2.2.22.2.22.2.22.2.2 Važnost pretkoncepcija u nVažnost pretkoncepcija u nVažnost pretkoncepcija u nVažnost pretkoncepcija u nastavi fizikeastavi fizikeastavi fizikeastavi fizike

Fizika je svojim velikim dijelom kontraintuitivna, to nam otkriva koliku važnost u procesu učenja fizike pruža mogućnost vlastitog istraživanja i otkrivanja.

Nastava fizike treba učenicima osigurati spoznaju fizikalnih ideja, omogućiti

im mijenjanje perspektive misaonog stava. Ta se promjena nikako ne može poučiti ili prenijeti njima na osnovu tuđih iskustava, priča iz povijesti, raznih teorija i formula.

Predkoncepcije učenici posjeduju već i prije učenja fizike, neke čak i nesvjesno. Učenici će se postavljati prema novom sadržaju u skladu sa svojim pretkoncepcijama jer sa sadržajem koji im nudi fizika već su se sigurno susreli na neki način u svom svakodnevnom životu: bilo promatrajući, kroz priču ili neko iskustvo.

Otkrivajući predkoncepcije koje učenici posjeduju, otkrivamo temelje na kojima oni grade svoju spoznaju, pa i pristup koji ih vodi u rješavanju problema. Detektirajući predkoncepcije, nastavnik dobiva sliku kroz koju učenici doživljavaju svijet, te na osnovu nje određuje u kojem smjeru, kojim metodama i intenzitetom treba djelovati nastavni proces da bi se konstruirala slika koja će im omogućiti realno shvaćanje svijeta.

Predkoncepcije su jednostavne, učenicima razumljive, upravo iz tog razloga prihvatljive i postojane. Njihova inertnost kod usvajanja fizikalnih ideja, načina razmišljanja otežava rad nastavnicima i kvalitetno usvajanje fizikalnog sadržaja. Bez kvalitetno usvojenog sadržaja, razumijevanja, ne razvija se divergentno mišljenje, pa ni operativno znanje. Kako se suprotstaviti pretkoncepcijama?

13

Tradicionalni oblici nastave ignoriraju postojanje pretkoncepcija, oni barataju s gotovim znanjima, nastojeći ih prenijeti učenicima. Nova znanja koja učenik dobiva u tom procesu najčešće su prezentirana bez iskustva o njihovoj primjeni. Rezultati takvog učenja fizike očituju se u konstrukciji učeničkih modela u kojima i dalje prevladavaju njihove intuitivne ideje, predkoncepcije.

Stavljajući naglasak na interaktivnost, današnja nastava ima tendenciju suprotstaviti se pretkoncepcijama. Da bi se to omogućilo, potrebno je predkoncepcije detektirati. Postoji više pristupa, a najjednostavniji je razgovor. Stvoriti atmosferu u kojoj će se voditi ravnopravni razgovor između svih sudionika. Razgovor u kojem će nastavnik i učenici biti ravnopravni, stvorit će kod učenika osjećaj slobode, te će bez straha iznositi svoje misli, ideje i argumentirano braniti svoja stajališta. U takvoj je raspravi nastavnik sudionik koji ciljanim pitanjima ili demonstracijom istražuje učeničke predkoncepcije. Ovisno o njihovoj učestalosti, porijeklu i otpornosti, nastavnik treba posegnuti za prikladnim metodama koje će omogućiti njihovo uklanjanje.

U dobi kada se počinje učiti fizika učenici su istraživači, već sposobni

razmišljati i o apstraktnim pojmovima. Upravo su to karakteristike znanstvenika koji su nam omogućili fiziku koju danas imamo, kao znanost i kao nastavni predmet putem kojeg se ona poučava i uči u školama.

Napisana tvrdnja, bilo da je ona u obliku neke definicije, teorije, zakona ili aksioma beznačajna je za istraživača. Istražujući njezinu primjenu, otkrivajući okolnosti u kojima ona vrijedi ili istražujući u različitim uvjetima i okolnostima, te otkrivajući da ona vrijedi, istraživač doživljava promjenu u svom razmišljanju, te na emotivnom i kognitivnom nivou. Promjene nastala u tako aktivnom procesu uzrokuju relativno permanentne promjene u ponašanju, a tim procesom je definirano učenje.

2.32.32.32.3 SustaviSustaviSustaviSustavi za upravljanje učenjem (LMS za upravljanje učenjem (LMS za upravljanje učenjem (LMS za upravljanje učenjem (LMS-a)a)a)a)

LMS (Learning Management System) predstavlja set funkcionalnosti dizajniranih za učenje, obuhvaća administriranje sadržaja učenja i njegovu isporuku, interakciju polaznika i mentora (nastavnika), te polaznika (učenika) međusobno, praćenje rada i napretka, te izvještavanje polaznika (učenika). Broj raznolikih LMS rješenja svakim danom sve više raste. Na tržištu danas postoji mnoštvo sustava za upravljanje učenjem, dio njih su komercijalni (npr. vodeći među komercijalnim sustavima je WebCT, zatim BlackBoard, IntraLearn...), a dio čine besplatni softveri dostupni na Internetu (npr. Claroline, Moodle, Ilias...). Claroline – online sustav za upravljanje učenjem, besplatan je LMS i dostupan na Internetu kao open-source softver. Claroline je kompatibilan s većinom okruženje koja nude mogućnost korištenja web preglednika (npr. Windows, Macintosh, Linux...), te minimalni sistemski zahtjevi (Web poslužitelj, PHP, MySQL) i jednostavna instalacija, čine ga dostupnim širokoj populaciji korisnika.

14

Baziran na PHP-u i MySQL-u, Claroline koristi bazu podataka u kojoj su pohranjeni svi elementi, sistematizirani putem tablica. Jedna ili više odvojenih baza se može kreirati kada se razvija više različitih kolegija. Pristupanje bazi podataka na serveru putem web sučelja (pomoću paketa phpMyAdmin), omogućava postavljanje upita na bazu, putem kojih možemo lako izvući tražene podatke. Definirajući kriterije pretraživanja, jednostavno dolazimo do tablica sa željenim podacima. Claroline nudi mogućnost izvoza podataka u Excel u svrhu dodatne obrade i analize.

2.3.12.3.12.3.12.3.1 Primjena LMSPrimjena LMSPrimjena LMSPrimjena LMS----a u nastavi fizikea u nastavi fizikea u nastavi fizikea u nastavi fizike Kompleksan softver koji čini osnovu LMS-a upravlja svim elementima

nastave. Razvoj računala i informacijsko-komunikacijske tehnologije omogućilo je učenje bez geografskog ograničenja, iskustveno i prošireno učenje, popularno zvano e-learning (e-obrazovanje). Nastava podržana sustavom za upravljanje učenjem treba sadržavati sve didaktičke komponente nastavnog procesa. Da li takva nastava može omogućiti svrsishodno učenje fizike? Tehnologija se rapidno razvija, stupanj razvoja na kojem je ona danas, nudi mogućnosti za unaprjeđivanje predmetne nastave, pa tako i nastave fizike. Računalna i informacijsko-komunikacijska tehnologija nudi bogatstvo medija koji pospješuju interaktivnost u nastavi fizike, a obrazovni proces čine raznolikijim i dinamičnijim. Tako upotreba računala u nastavi može služiti u svrhu prezentiranja tekstualnog sadržaja, slike, zvučnih materijala, obradu podataka, računanje i prikaz pomoću grafikona (u programima koji su za to predviđeni, npr. MS Excel). Danas dosta zastupljena je primjena interaktivnih animacija za simuliranje problemskih situacija, korištenje java apleta koji omogućuju učenicima da sami istražuju i vide promjene u sustavu, izazvane mijenjanjem parametara koji opisuju taj sustav (npr. java aplet koji služi za provjeru Ohmovog zakon). Dodatna je i mogućnost izvođenja eksperimenata u kojima mjerenje obavlja računalo, a učenici interpretiraju rezultate i na osnovu njih donose zaključke. Mnoštvo informacija, njihovu dostupnost i razmjenu pruža Internet. Na taj se način obogaćuje iskustvo učenika, na osnovu kojega će konstruirati svoje modele. Komunikacija učenika s nastavnikom, a i učenika međusobno kroz ovakav sustav, ostvaruje se putem foruma, chata (razgovora), e-maila. Suradnja je u tom sustavu ostvarena posredstvom računala. Pristupajući nastavi fizike kao problemski orijentiranoj, uzimajući u obzir zahtjeve koje postavlja takva nastava, neophodno je stvoriti uvjete i za direktnu suradnju. Definiranje obrazovnih ciljeva bitno je za svaku nastavu. U težnji da se ti ciljevi dostignu, određuje se prikladne metode i postupci koji se koriste za svladavanje gradiva. Stoga nije dovoljno nastavni materijal samo učiniti dostupnim, već koristiti adekvatne metode koje će motivirati učenike i omogućiti stjecanje znanja i vještina. Ovaj sustav zbog svojih tehničkih karakteristika omogućuje različite individualne i grupne pristupe i radove, pa treba oblikovati nastavni

15

materijal i odabrati prikladne nastavne metode kako bi se to moglo što više iskoristiti. Ponuda raznovrsnih zadataka koji zahtijevaju angažiranje učenika, poticat će i razvijati njihovu kreativnost i produktivnost. Veliku prednost koju pruža ovaj sustav, mogućnost je praćenja rada učenika. Nastavnik tim putem dobiva uvid u angažiranost, motiviranost, želje i potrebe svojih učenika. Ocjenjivanje znanja, vještina i sposobnosti učenika, riješeno je kroz mogućnost izrade različitih zadataka, vježbi i testova, te pouzdanog mjerenja i analize učinaka pojedinaca.

Možemo zaključiti da bi takav sustav učenja uveliko obogatio nastavu fizike, unoseći u nju raznolikost koja bi pozitivno djelovala na motiviranost učenika. Primjenu tog sustava učenja u nastavi fizike treba iskoristiti kao dodatnu mogućnost za obrazovanje. Upotrebom takvog sustava razvija se i informatička pismenost, koja je danas uz vještinu rukovanja tehnologijom, preduvjet za daljnji napredak svakog pojedinca.

Definiranje obrazovnih uvjeta potrebnih za ostvarenje učenja putem LMS-a, predstavlja ograničenje njegove upotrebe u našem školstvu. Dovoljno je spomenuti činjenicu da u većini škola postoji samo jedna računalna učionica, koja raspolaže s manje računala nego što najmanji razred ima učenika. Jedina su iznimka tehničke škole, čija je opremljenost računalnom opremom bolja, ali ne u toj mjeri da bi omogućila individualan rad većeg broja učenika istovremeno. To nastavnike ne bi smjelo spriječiti da koriste prednosti tog oblika obrazovanja, potičući učenike na učenje izvan školskih ustanova, gdje god će im biti moguć pristup računalu i Internetu, gdje će sami određivati tempo i kontrolirati svoj rad, pružajući im tako mogućnost obrazovanja na daljinu.

2.3.22.3.22.3.22.3.2 Primjena LMSPrimjena LMSPrimjena LMSPrimjena LMS----a u otkrivanju i istraživanju pretkoncepcijaa u otkrivanju i istraživanju pretkoncepcijaa u otkrivanju i istraživanju pretkoncepcijaa u otkrivanju i istraživanju pretkoncepcija

Osim toga što omogućuju interaktivnu nastavu, sustavi za upravljanje učenjem mogu se iskoristiti za otkrivanje i istraživanje pretkoncepcija. Kako?

LMS omogućuje komunikaciju između sudionika nastave putem foruma,

chata (razgovora), e-maila. Na forumu nastavnik (ili učenik) može pokrenuti slobodnu raspravu na određenu temu, prateći tako reakcije (argumenta) učenika. Učenici međusobno putem chata mogu izmjenjivati svoje ideje, iskustva ili rezultate dobivene iz zadanih vježbi. Sustav daje nastavniku ovlasti da određuje alat dostupan učenicima, imajući nadzor u njegovom korištenju. Tako nastavnik u svakom trenutku može kontrolirati komunikaciju, suradnju, usmjeravajući ju na otkrivanje učeničkih stajališta, ideja, pretkoncepcija.

Mogućnost kreiranja različitih vježbi, testova ili upitnika omogućuje da se ispitaju svi učenici. Testiranje ne mora nužno biti na satu, učenici mogu rješavati testove na dodatnoj, izbornoj nastavi ili od kuće, ostavljajući tako više vremena za rad na satu. Rezultati su odmah dostupni, otkrivajući nastavnicima modele koje učenici već posjeduju, prije učenja tog nastavnog sadržaja. Otkrivanje pretkoncepcija neposredno prije početka obrade nastavnog sadržaja, usmjerit će

16

nastavnika na odabir adekvatnih metoda za uspješnije svladavanje sadržaja i otklanjanje pretkoncepcija.

Treba istaknut da softver koji čini osnovu LMS-a evidentira sve parametre

potrebne za praćenje rada pojedinaca (grupe), pouzdano mjeri i omogućuje analizu njegova (ili grupnog) učinka.

Testirajući veći broj učenika koji su na istom stupnju obrazovanja, a trenutno se obrazuju u istom području, možemo istražiti koje ideje među njima su najzastupljenije, koje predkoncepcije prevladavaju.

Prateći rad učenika, testiranjem njihovog znanja koje su imali o sadržaju prije nego su ga počeli učiti u nastavi i nakon procesa učenja, možemo istražiti koje od pretkoncepcija su najotpornije.

Stabilnost pretkoncepcija možemo istražiti testiranje učenika koji imaju manje iskustava sa istim sadržajem (učenici) u odnosu na one koji imaju više iskustva, više i dublje su učili isti sadržaj (studenti).

Za razliku od standardnog testiranja koje zahtijeva ručnu obradu podataka i

samim time više vremena za dobivanje rezultata, u sustavima za učenja ona je implementirana. Nastavnicima to služi za brži pristup rezultatima, na osnovu kojih mogu izvoditi mjerenja u različite svrhe, pa i otkrivanje i istraživanje pretkoncepcija.

17

3 3 3 3 Konceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugovaKonceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugovaKonceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugovaKonceptualno razumijevanje jednostavnih strujnih krugova

Električni fenomeni, iako pobuđuju interes za istraživanje u svrhu

razumijevanja i njihove primjene, često su za većinu mladih i odraslih prepoznatljivi samo po svojim učincima. Zašto? Razvoj tehnologije i njezina primjena u današnje vrijeme orijentirana je na brže i efikasnije obavljanje raznih poslova. U kućanstvu je danas mnogo uređaja koji obavljaju različite poslove, zamijenivši tako nekadašnje ručne radove. Informatika i medicina koriste sve kompleksniju tehnologiju koja otvara nove mogućnosti istraživanja i napretka. Obavljajući svakodnevne poslove te ispunjavajući sebe kroz realizaciju vlastitih potreba i ciljeva, ljudi se asimiliraju s takvim načinom života, često uzimajući „zdravo za gotovo“ pozadinu koja im to omogućuje. Težeći tako da se do krajnjeg rezultata, ishoda, proizvoda dođe na što jednostavniji i brži način, na tom se putu izostavlja izgradnja temelja koji bi taj proces označili svrsishodnim, pa i na kraju primjenjivim u sličnim situacijama. Nepotpuno razumijevanje stvara prepreku između interesa za daljnji napredak i njegova ostvarenja. Tako se pojave vezane uz elektricitet interpretiraju uglavnom pomoću struje, što uzrokuje smanjenje opsega primjene i važnosti tog dijela gradiva iz fizike. U procesu učenja tog dijela gradiva potrebno je oprezno i promišljeno pristupiti učenicima, otvarajući putove novim spoznajama u svrhu dubljeg i potpunijeg razumijevanja na osnovu kojega će konstruirati ispravne modele. Konstrukcija modela najteži je korak u spoznavanju, učenici trebaju povezati ono što otprije znaju s rezultatima pokusa, pri tome trebaju eliminirati zaslijepljenost svojim „privatnim“ znanjima, pretkoncepcijama, usvajajući tako ispravne modele na osnovu kojih će razumjeti pojmove i pojave, te ih uspješno primjenjivati u rješavanju različitih problemskih situacija. Naše znanje o elektricitetu povezano je s proučavanjem električki nabijenih čestica u raznim sredinama i okolnostima. Pojmovi koje koristimo kako bi opisali njihovo ponašanje, učinke njihova ponašanja i zakonitosti koje su pri tom proučavanju otkrivene, konstruirane su fizikalne veličine, putem kojih nam znanost pruža mogućnost dubljeg poimanja prirode elektriciteta. Fizikalni pojmovi kao što su električno polje, struja, napon, otpor i električna potencijalna energija krucijalni su za razumijevanje pojava iz područja elektriciteta, te za razumijevanje električnih strujnih krugova, pravila njihova funkcioniranja, odnosa fizikalnih veličina pomoću kojih su opisani i za njihovu primjenu u realnom svijetu. U nedostatku zornih iskustava prilikom konstrukcije gore navedenih pojmova, učenje tog dijela gradiva zahtijevan je proces. Kvalitetna izgradnja tih misaonih konstrukcija temelj je kojem treba težiti aktivan proces učenja, kako bi se stečeno znanje učinilo svrsishodnim i primjenjivim.

18

3.13.13.13.1 Učeničke ideje i Učeničke ideje i Učeničke ideje i Učeničke ideje i predkpredkpredkpredkoncepcijeoncepcijeoncepcijeoncepcije u području elektriciteta s u području elektriciteta s u području elektriciteta s u području elektriciteta s primjenom na električne strujne krugoveprimjenom na električne strujne krugoveprimjenom na električne strujne krugoveprimjenom na električne strujne krugove

U ovom bitnom području fizike, koji svoj interes usmjerava na spoznaju jednog od osnovnih svojstava materije s ciljem razumijevanja posljedica uzrokovanih njegovim postojanjem, te primjenom u različiti sredinama i okolnostima, fizika pruža koncepte koji će omogućiti „vizualizaciju“ na tom, nimalo lakom putu. Učenici posjeduju svoja „privatna“ znanja koja uključuju razne činjenice koje su već negdje čuli, iskustva koja su imali s različitim električnim napravama, prirodnim fenomenima o kojima su se informirali (npr. munje, gromovi...) upotrebljavaju pojmove struje i električne energije u opisu određenih situacija. Zajedno s mnoštvom ideja koje imaju, učenici svoja „privatna“ znanja koriste kod interpretacije novih situacija u procesu učenja. Krenuvši uvijek najjednostavnijim putem i najčešće vođeni intuicijom, učenici konstruiraju pojmove i modele koji nisu u skladu sa znanstvenim. Tako je učenički pojam struje bliži znanstvenom pojmu električne energije nego električne struje. Nepravilni ili nepotpuni pojmovi i modeli otežavaju razumijevanje pojava koje se njima nastoje opisati (npr. svijetljenje žarulja), te onemogućuju njihovu primjenu u proučavanju strujnih krugova. Učestalost i postojanost tih ideja, u fizici nazvanih pretkoncepcijama, koje učenicima otežavaju znanstveni pristup i modeliranje u procesu spoznaje, otežavajući na taj način i rad nastavnika u procesu učenja tog gradiva, potaknulo je znanstvenike sa različitih sveučilišta diljem svijeta da već dulji niz godina provode istraživanja. Istražujući ideje i pristupe koje učenici koriste kako bih stvorili predodžbe pomoću kojih će lakše razumjeti značenje pojma struje, napona, otpora i električne energije, te interpretirati i razumjeti jednostavne strujne krugove primjenom tih pojmova, otkrivaju najzastupljenije koncepte i njihove karakteristike. Istraživanja su se provodila kroz rasprave tokom obrade sadržaja, demonstriranjem različitih problemskih situacija, za koje se tražilo predviđanje učenika i pripadno objašnjenje, putem organiziranih razgovora u kojima su ciljano postavljanja pitanja, a učenici su trebali eksperimentalno istražiti točnost svojih hipoteza i testiranjem. U istraživanje su bili uključeni učenici koji su tek trebali početi učiti fiziku, a i oni koji su odslušali to gradivo fizike u sklopu osnovnog i naprednog programa.

Dmitris Psillos sa sveučilišta u Grčkoj, P. V. Engelhardt i Robert Beichner sa sveučilišta u Sjevernoj Karolini, te Lillian McDermott i Shaffer sa sveučilišta u Washingtonu samo su neki od istaknutih znanstvenika koji su svoj trud i rad uložili u višegodišnje istraživanje razumijevanja pojmova i pojava vezanih uz elektricitet, njihove primjene u jednostavnim strujnim krugovima, otkrivanje razumijevanja zakonitosti koje u njima vrijede, te njihovu primjenu u stvarnom svijetu. Rezultati istraživanja koje su navedeni znanstvenici proveli u svojim državama sažeti su i objavljeni u znanstvenim časopisima, a otkrivaju nam najzastupljenije učeničke koncepte, njihovu primjenu i otpornost. Neki članci sadrže i razvoj strategija koje će unaprijediti učenje tog gradiva fizike i omogućiti razumijevanje prihvaćanjem znanstvenih koncepata. Slijedi kratki pregled objavljenih rezultata istraživanja.

19

3.3.13.3.13.3.13.3.1 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije o električnoj struji o električnoj struji o električnoj struji o električnoj struji Istraživanja pokazuju da je pojam električna struja učenicima najprihvatljiviji, pa zato i najzastupljeniji kod opisa električnih pojava, posebno kod interpretacije događaja u strujnim krugovima. Taj je pojam često korišten u svakodnevnom govoru, pa nas ne treba iznenaditi njegova široka primjena kod učenika. Eksperimentiranjem s baterijom i žaruljama, učenici dobivaju mogućnost da sami istraže uvjete pod kojima će žarulja svijetliti, da objasne posljedice koje nastaju spajajući više žarulja u seriju ili paralelno. Učenici problemu pristupaju intuitivno, otkrivajući nam četiri najzastupljenija modela, predkoncepcije.

1. Jednopolni model učenici koriste kako bi spojili izvor (bateriju) i trošilo. U tom modelu žarulja ima samo jednu kontaktnu točku (kovinsko dno) koju je dovoljno povezati s jednim polom baterije. Strelica na slici predstavlja smjer struje.

Slika 1. Jednopolni model strujnog krugaJednopolni model strujnog krugaJednopolni model strujnog krugaJednopolni model strujnog kruga

2. Sudarački model za svijetljenje žarulje uključuje oba pola baterije, koji

predstavljaju dva izvora struje. Struja potječe iz oba pola baterije (označeno sa strelicama na slici), dolazi do žarulje putem žice, sudarajući se u žarulji proizvodi se svjetlost i žarulja svijetli.

Slika 2. Sudarački model strujnog krugaSudarački model strujnog krugaSudarački model strujnog krugaSudarački model strujnog kruga

20

3. Potrošački model struju interpretira kao „gorivo“ pohranjeno u bateriji koje izlazi iz nje, dolazi do trošila u kojem se djelomično potroši, a ostatak se vraća u „spremnik“ (bateriju). Strelice označavaju smjer struje u ovom modelu.

Slika 3. Potrošački model strujnog krugaPotrošački model strujnog krugaPotrošački model strujnog krugaPotrošački model strujnog kruga

4. Model dijeljenja posljedica je interpretacije jednakog svijetljenja više žarulja

spojenih u seriju i više žarulja spojenih paralelno (zanemarujući pri tome razlike u intenzitetu). Po tom modelu struja se dijeli podjednako nailaskom na svaku točku grananja.

Već primjenom prvog modela možemo vidjeti da postoje poteškoće kod interpretacije potpunog strujnog kruga, kružnog ciklusa, zahtjeva za njegovo ostvarenje, te funkcije i građe njegovih elemenata. Drugi model prilagođen je interpretiranju uloge druge žice u strujnom krugu. Eksperimentiranjem se otkriva da i drugi pol baterije treba biti povezan sa žaruljom, ali učenicima nije intuitivno jasno iz kojeg razloga, pa to objašnjavaju sudaračkim modelom. „Primjena modela dijeljenja struje na žarulje spojene serijski u strujnim krugovima vrlo je sličan znanstvenom modelu jer učenici navode kako žarulje svijetle jednako jer su iz istog izvora opskrbljene jednakom snagom.“ Taj model ne uključuje očuvanje naboja. Potrošački model također ne uključuje očuvanje naboja. Model u kojem se baterija smatra izvorom, a žarulja potrošačem el. struje najtrajniji je model među navedenim, učenici ga zadržavaju dugo nakon višegodišnjeg učenja, a često i primjenjuju prilikom objašnjavanja raznih situacija, iako ga na direktan upit negiraju. Očuvanju potrošačkog modela pridonosi učenicima prihvatljiva činjenica da se baterija nakon nekog vremena istroši, a teško im je prihvatiti činjenicu da je struja u tom procesu očuvana tj. da su naboji očuvani.

3.1.23.1.23.1.23.1.2 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije o naponu o naponu o naponu o naponu Pojam napona učenici izbjegavaju prilikom opisivanja strujnih krugova i tumačenja pojava u njima, a najčešći je razlog tome njegovo nerazumijevanje. S tim se izrazom rjeđe susreću u svakodnevnom govoru i ne posjeduju zorna iskustva, pa to rezultira sljedećim pretkoncepcijama:

21

1. Naponu se pripisuju svojstva struje – gdje postoji struja, postoji i napon, tamo gdje nema struje, nema niti napona.

Na pitanje: „Koliki je napon između točaka A i B u strujnom krugu prikazanom na slici?“ 2/3 svih ispitanih učenika odgovara da nema napona između točaka A i B jer je A B strujni krug otvoren i njime ne teče struja.

Slika 4. Otvoreni strujni krugOtvoreni strujni krugOtvoreni strujni krugOtvoreni strujni krug

2. Često interpretiranje napona kao „snage baterije“ – kroz pokuse učenici utvrđuju da žarulja svijetli tek kada je spojena s baterijom, a napon im je najčešće prezentiran preko uloge baterije u strujnom krugu, pa ga nastoje interpretirati na osnovu uočavanja posljedica koje baterije (različitog napona i na različiti način povezane s ostalim elementima strujnog kruga) uzrokuju. „Oznaka volta na bateriji za učenike predstavlja snagu struje, koja je po njima pohranjena u bateriji.“

3. Interpretiranje napona kao „sile kojom struja djeluje“ u strujnom krugu –

posljedica je predkoncepcije o struji, po kojoj je struja pohranjena u bateriji, pa treba djelovati neka sila koja bi tu struju prisilila na gibanje kroz strujni krug.

Nerazlikovanje pojma napona i struje posljedica je nerazumijevanja uloge

baterije u strujnom krugu. Učenicima je teško promatrati bateriju kao uređaj (izvor) koji je karakteriziran konstantnom razlikom potencijala između svojih polova, bez obzira na način na koji je ona spojena s ostalim elementima strujnog kruga. Umjesto toga, oni odabiru lakši i njima jednostavniji model, po kojem baterija predstavlja konstantni izvor struje.

Poteškoće kod razlikovanja pojma potencijal i razlika potencijala – napon, očituje

se kada učenici objašnjavaju svijetljenje žarulja u strujnom krugu. Na primjeru strujnog kruga prikazanog na slici 5, u kojem se nalaze jednake žarulje, učenici su trebali predvidjeti svijetljenje žarulja.

22

Slika 5. Strujni krugStrujni krugStrujni krugStrujni krug

Većina učenika je poredala žarulje po jakosti svijetljenja na sljedeći način: A > B = C > D Uzimajući u obzir dogovoreni smjer struje po kojem ona putuje od pozitivnog pola izvora prema negativnom, objašnjavaju da jače svijetli ona žarulja koja je bliže pozitivnom polu jer smatraju da se ona nalazi na položaju s većim potencijalom. Tako objašnjavaju i jednako svijetljenje žarulja B i C. Svijetljenje žarulja učenici povezuju s vrijednošću potencijala na položaju na kojem se nalazi žarulja (trošilo), umjesto s razlikom potencijala na polova izvora tj. naponu na krajevima pojedinih žarulja (trošila). U ovom primjeru uočen je pokušaj učenika da primijene ono što su naučili o potencijalu i o razlici potencijala. Pogrešna interpretacija pojava u strujnim krugovima uz pomoć naučenog gradiva, posljedica je njegove interferencije s već postojećim pretkoncepcijama.

3.1.33.1.33.1.33.1.3 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije o otporu o otporu o otporu o otporu

Istraživanjem je otkriveno da ispitanici ne razumiju pojam otpora dovoljno da bi mogli pomoću njega interpretirati promjene u strujnim krugovima, objasniti kako utječe na ostale veličine u strujnom krugu. Utvrđene poteškoće primijećene su osim kod učenika i kod studenata fizike.

1. Povezivanje povećanja otpora s povećanjem struje. Učenici smatraju da će povećanje otpora u strujnom krugu zahtijevati veću struju za svijetljenje žarulja.

2. Zanemarivanje načina na koji su trošila (žarulje) spojena kod određivanja

ukupnog otpora u strujnom krugu, već fokusiranje na njihov ukupan broj u strujnom krugu.

3. Nerazlikovanje ukupnog otpora pojedine grane strujnog kruga od otpora

individualnog elementa (otpornika) te grane. Iz tog razloga učenici često razmišljaju o ukupnom otporu cijelog strujnog kruga samo kao svojstvu pojedinih žarulje koja se u njemu nalaze.

23

4. Poteškoće kod razlikovanja serijski i paralelno spojenih trošila. Problem se javlja kod kombiniranih spojeva, kada u nizu postoje više otpornika od kojih su pojedini međusobno spojeni paralelno, pa još serijski s ostalima i obratno.

5. Teško prihvaćaju činjenicu da je ukupan otpor paralelno spojenih trošila

manji od otpora pojedinog trošila u tom spoju.

Primijećeno je da učenici koji dobro barataju matematičkim alatom i koji su uspješni u rješavanju kompleksnijih zadataka s računanjem otpora u različitim strujnim krugovima, ne mogu zadovoljavajuće odgovoriti na kvalitativna pitanja.

3.1.43.1.43.1.43.1.4 PredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcijePredkoncepcije o električnoj energiji o električnoj energiji o električnoj energiji o električnoj energiji

Učenicima je energija apstraktan pojam. U fizici počinju učiti o energiji oko 13. godine, kada je faza prijelaza između konkretnih u formalne mislioce već započela. Učenicima se predstavlja zakon očuvanja energije kroz mnoge primjere. U električnim strujnim krugovima učenici ne razmišljaju na nivou očuvanja, niti naboja, niti struje, pa ni električne energije. Njima je to vrlo neprihvatljivo zbog dominacije potrošačkog modela.

Eksperimentiranjem s baterijama i žaruljama, te popratnim objašnjenjima uočavamo da učenici:

1. „u početku energiju povezuju s volumenom baterije, veća baterija označava spremnik za više energije.“

2. smatraju kako više energije uzrokuje dulje svijetljenje žarulja bez obzira kako

su žarulje spojene u strujnom krugu.

3.23.23.23.2 Modeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih Modeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih Modeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih Modeli i njihova primjena u razumijevanju jednostavnih strujnih krugovakrugovakrugovakrugova

U osnovi, strujnim krugovima predočavamo prijenos električne potencijalne energije s jednog mjesta na neko drugo. Naboji se gibaju duž strujnog kruga, prenoseći el. potencijalnu energiju iz izvora (npr. baterija, akumulator, gradska mreža) do uređaja (trošila) u kojem će se ta energija pohraniti ili pretvoriti u druge oblike (npr. u audio uređajima se el. energija pretvara u zvuk, u žarulji se pretvara u svjetlost i toplinu, a u autima se el. energija pretvara u mehaničku). Živčani sustav životinja i ljudi, specijaliziran je oblik strujnog kruga, u kojem se prenose živčani impulsi s jednog dijela tijela na drugi dio. Sa stajališta tehnologije, električni strujni krugovi su korisni jer omogućavaju prijenos energije samo na osnovu gibanja nabijenih čestica. Iz tog razloga rad svih električnih uređaja ostvaren je putem strujnih krugova.

24

Razumijevanje strujnih krugova koje implicira pravilnu interpretaciju pojava u njima i primjenu u određenim okolnostima, zahtijeva poznavanje i razumijevanje osnovnih pojmova koji se koriste prilikom njihova opisivanja. Razumijevanje pojma el. struje, el. energije, prirode materijala zbog koje neki lakše, a neki teže provode el. struju, te njihova primjena u opisivanju funkcioniranja el. strujnih krugova, omogućiti će uočavanje odnosa među navedenim veličinama. Modeli strujnog kruga pomažu u konstruiranju apstraktnih pojmova kao što je napon, snaga, boljem razumijevanju prijenosa i pretvorbe energije, te očuvanju naboja i struje. U osnovnoj školi se učenici upoznaju sa el. strujom, vodičima i izolatorima, el. energijom i snagom trošila primjenom jednostavnih strujnih krugova.

Jednostavni strujni krugovi se sastoje od izvora el. energije, vodiča putem kojih protječe struja i trošila u kojem se el. energija pretvara u druge oblike. Eksperimentiranjem se proučavaju uvjeti za ostvarenje strujnog kruga, predviđaju i objašnjavaju zapaženi učinci.

3.2.13.2.13.2.13.2.1 Poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih Poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih Poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih Poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih krugova krugova krugova krugova

Poteškoće variraju po zastupljenosti i trajnosti. „Uočeno je da se javljaju

gotovo jednake poteškoće u konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih krugova prije i nakon procesa učenja tog dijela gradiva fizike.“ One se javljaju zbog:

� nemogućnosti primjene formalnih pojmova (npr. napona, struje, el. energije) � nemogućnosti formalnog prikazivanja i interpretiranja strujnih krugova � nemogućnosti kvalitativnog razumijevanja strujnih krugova

Najzastupljenije poteškoće i Najzastupljenije poteškoće i Najzastupljenije poteškoće i Najzastupljenije poteškoće i predkoncepcijepredkoncepcijepredkoncepcijepredkoncepcije koje se javljaju kod interpre koje se javljaju kod interpre koje se javljaju kod interpre koje se javljaju kod interpretacije tacije tacije tacije strujnih krugovastrujnih krugovastrujnih krugovastrujnih krugova:

1. Izvor - potrošač model (slika 3) najzastupljeniji je kod učenika prije početka učenja fizike, a njegova otpornost se očituje zadržavanjem i nakon više godina učenja. Po tom modelu baterija predstavlja konstantan izvor el. struje, koja se nailaskom na pojedini element u krugu djelomično potroši, a ostatak se vraća natrag u bateriju (izvor). Tu se el. struja tretira kao neka vrsta goriva koja protječe krugom i daje snagu žaruljama (trošilima) da svijetle. Možemo uočiti da jednostavnost ovog modela sadržava niz pretkoncepcija: o el. struji, o naponu i otporu.

2. Korištenje sekvencijalnog modela (slika 2) prilikom opisivanja pojava u strujnom krugu. Po tom modelu promjena nastala u nekom dijelu strujnog kruga (npr. povećanje ili smanjenje jednog od otpornika) ne utječe na cijeli strujni krug (npr. smanjenje ili povećanje el.struje), već na elemente koji se nalaze ispred točke u kojoj se dogodila promjena.

25

Promotrimo strujni krug prikazan na slici 6. Učenici su trebali predvidjeti kako će zatvaranje prekidača utjecati na svijetljenje žarulje A.

Većina učenika odgovara da će žarulja A svijetliti jednako i nakon zatvaranja prekidača, objašnjavajući da struja prvo prolazi kroz žarulju A, a zatim dolazi na mjesto gdje se desila promjena.

Slika 6. Strujni krugStrujni krugStrujni krugStrujni krug

Primjenom ovog modela možemo uočiti da učenici smatraju smjer struje (dogovoreni) i poredak elemenata u strujnom krugu važnim za interpretiranje pojava.

3. Lokalni model učenici koriste kako bi objasnili put kojim prolazi struja u razgranatom strujnom krugu. Primjenom tog modela više struje uvijek prolazi „lakšim“ putem. Učenici su trebali predvidjeti kako će svijetliti žarulja A nakon povećanja otpora R. Slika dolje prikazuje strujni krug.

Slika 7. Strujni krugStrujni krugStrujni krugStrujni krug

Učenici primjenom ovog modela predviđaju da će povećanjem otpora R žarulja A jače svijetliti, jer će sva „struja unutar paralelnog spoja proteći kroz granu s manjim otporom (kroz žarulju A) - „lakšim“ putem“ . Žarulja A će uistinu svijetliti jače ali ne iz navedenog razloga.

Možemo uočiti da su učenici u svojim odgovorima u potpunosti zanemarili moguće promjene u svijetljenju žarulje B, a to upućuje na primjenu sekvencijalnog modela.

4. Nerazlikovanje uvjeta pod kojim su grane paralelnog spoja neovisne jedna o

drugoj. Na osnovu eksperimentiranja sa žaruljama spojenim paralelno s baterijom i uviđanja da one svijetle jednako bez obzira dodaje im se ili oduzima još jedna žarulja u takvom spoju, učenici to iskustvo primjenjuju i

26

drugdje, pa smatraju da iako se paralelan spoj nalazi negdje unutar strujnog kruga, promjena u jednoj grani neće utjecati na ostale grane tog spoja.

Od učenika se tražilo da predvide kako će otvaranje prekidača u strujnom krugu prikazanog na slici dolje, utjecati na svijetljenje žarulje B.

Slika 8. Strujni krugStrujni krugStrujni krugStrujni krug

Učenici predviđaju da će nakon otvaranja prekidača žarulja B svijetliti jednako iz iz razloga što je ona dio paralelnog spoja.

5. Shematski dijagrami strujnih krugova učenicima često ne predstavljaju samo

električne elemente i njihovu povezanost u strujnom krugu, već na osnovu njih zaključuju o prostornom i fizičkom odnosu među njima. Fokusirajući se više na fizičke karakteristike strujnih krugova, nego na način povezanosti električnih komponenata, javljaju se poteškoće kod zaključivanja o stvarnim strujnim krugovima na osnovu njihove prezentacije putem dijagrama i obratno.

6. Mjerne instrumente učenici ne tretiraju kao elemente strujnih krugova.

Nakon što im je objašnjena uloga ampermetra i voltmetra, te omogućeno da eksperimentalno provjere na koji način trebaju spojiti mjerne instrumente da bi izmjerili struju i napon, teško samostalno zaključuju iz kojeg razloga ampermetar treba biti spojen u seriju s uređajem kroz koji mjeri struju, a voltmetar paralelno s uređajem na kojem mjeri napon.

Navedene poteškoće i prisutne predkoncepcije koje se javljaju prilikom interpretiranja pojava u strujnim krugovima, posljedica su nedostatka osnovnih konceptualnih modela koji bi mogli poslužiti za predviđanje i tumačenje svijetljenja žarulja u strujnim krugovima. Iz tog razloga učenici se prilikom predviđanja oslanjaju na formule dobivene u procesu učenja i na intuiciju. Gore navedeni pristupi koje učenici koriste kako bi sebi približili pojave u strujnim krugovima, upravo su rezultat kombiniranja intuicije i računske primjene Ohmova zakona. Potrebno je naglasiti da su korišteni pogrešni pristupi podjednako zastupljeni i kod učenika kojima je u procesu učenja prevladavao predavački tip nastave, kao i

27

kod onih koji su pohađali nastavu orijentiranu na istraživanje i rješavanje problema.

3.33.33.33.3 Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje Strategije za uspješnije poučavanje elektriciteta, konstruiranje formalnih pojmova i modela, te razumijevanje strujnih krugovaformalnih pojmova i modela, te razumijevanje strujnih krugovaformalnih pojmova i modela, te razumijevanje strujnih krugovaformalnih pojmova i modela, te razumijevanje strujnih krugova

Povod istraživanja učeničkih ideja o funkcioniranju el. strujnih krugova provedeno je iz razloga što je uočen nedostatak razumijevanja i odbojnost učenika prema tom dijelu gradiva fizike, pa zatim i otežano usvajanje pojmova potrebnih za tumačenje pojava u strujnim krugovima. Rezultati istraživanja potvrđuju zadržavanje, pa i prevladavanje „vlastitih uvjerenja“ čak i nakon poučavanja i učenja znanstveno prihvatljivih modela, na kojima se temelji istinska spoznaja, primjenjiva u različitim okolnostima. Upravo su ti rezultati uputili na potrebu promjene u pristupu poučavanja tog dijela gradiva, jer vidljivo je da do sada korišteni pristupi rezultiraju zadržavanjem jednakih pretkoncepcija. Da bi se proces učenja obogatio strategijama koje će omogućiti konstruiranje znanstvenih modela, te na taj načini omogućit učenicima rekonstruiranje mreže njihovih uvjerenja, konceptualne promjene, izgrađujući tako kvalitetne temelje na kojima će moći bazirati ostale spoznaje, potrebno je „suočiti“ se sa zahtjevima koje taj proces nalaže. Pokazalo se da ovo gradivo nije dovoljno samo prezentirati na prikladan način, jer učenici često ne vjeruju i ne prihvaćaju odmah iznesene činjenice (npr. struja je jednaka u cijelom strujnom krugu), a rezultate pokusa interpretiraju u skladu sa svojim pretkoncepcijama. Strategije koje su se razvile kao posljedica istraživanja, analiziranja i prihvaćanja učeničkih pretkoncepcija, naglašavaju da je kod učenja i poučavanja ispravnih modela, učenicima potrebno skrenuti pozornost i omogućiti uvid u razlike između njihovih modela i prihvatljivog, znanstvenog modela. Potrebno je analizirati modele i usporediti ih, primijeniti ih u danim okolnostima, te vidjeti koliko su uspješni za predviđanje i tumačenje pojava. Takva aktivnost u procesu učenja omogućit će učenicima da provjere svoje pretpostavke i da se uvjere u njihovu ispravnost, omogućit će im prihvaćanje alternativnih ideja, modela, te ih osposobiti da razlikuju i odbace pogrešno od ispravnog. Adekvatno razumijevanje strujnih krugova je teško, pa se kod učenja treba usredotočiti na primjenu struje u kućanstvima ili očuvanje električne energije. Moguća je i primjena analogija prilikom tumačenja načina na koji funkcioniraju strujni krugovi. Razlika strategija koje se koriste prilikom učenja i poučavanja je u tome na što stavljaju naglasak i koja im je svrha.

28

3.3.13.3.13.3.13.3.1 Zahtjevi konstrukcije konceptualnog modelaZahtjevi konstrukcije konceptualnog modelaZahtjevi konstrukcije konceptualnog modelaZahtjevi konstrukcije konceptualnog modela

Zadaća znanosti je modeliranje stvarnog svijeta. Jezgra znanstvene spoznaje obuhvaća modele realnih objekata, procesa i pojava koji su elaborirani i podijeljeni znanstvenoj zajednici s namjerom da interpretiraju prirodu. Modeli su ispitani na eksperimentalnom polju i ugrađeni u teoriju. Proces izgradnje modela i teorije ne sastoji se od izolacije određenih činjenica tijekom promatranja, već prema konstruktivističkoj spoznaji, postoji jaka povezanost između postavljenih pitanja, promatranja i teoretskih gledišta. Teoretski pristup zahtijeva eksperimentalno polje prilikom svoje izgradnje. Tako je ujedinjenje elektrostatskih i elektrodinamičkih fenomena bilo moguće tek nakon rada Ohma i Kirchhoffa, te prihvaćanjem postojanja površinskog naboja u strujnim krugovima, a rad Faraday i Maxwell omogućio je osnovu za objašnjenje jedinstvenog elektromagnetskog fenomena u klasičnoj elektrodinamici. Konstantno međudjelovanje eksperimenta, modela i teorije, kojim se pokazuje potreba provjere i izgradnje povezanosti njihovih dijelova, zahtjeva intelektualni trud i napor, a rezultira objektivnim, javno prihvaćenim modelima. Znanstveni modeli su drugačiji u opsegu i strukturi od učeničkih, „svakodnevnih“ ideja, pa da bi bili razumljiviji učeničkom rezoniranju, potrebna je uzročnost prilikom njihove transformacije. Kod usvajanja znanstvenog modela treba postojati koherentnost između pripadnog modela i njemu odgovarajućeg eksperimenta koji omogućuje iskustvenu bazu kod određivanja značenja. „U znanstvenoj spoznaji modeli se trebaju shvatiti kao hipotetske konstrukcije, koje tek nakon valjanog procesa (koji uključuje gore navedene postupke) mogu postati prihvatljivi.“

3.3.23.3.23.3.23.3.2 KonstruiranjeKonstruiranjeKonstruiranjeKonstruiranje znanstvenog znanstvenog znanstvenog znanstvenog modelamodelamodelamodela primjenom analogija primjenom analogija primjenom analogija primjenom analogija

Učenici u ranoj adolescenciji ne pronalaze korisne analogije, što je po Piagetu normalno, jer konkretni mislioci ne mogu lako transformirati logičnu dedukciju s jednog fizikalnog sistema na drugi. Važnost analogije u procesu učenja bitna je kod povezivanja jezičnih simbola sa „slikom“ koja će predstavljati strukturu i njezina pripadna svojstva koje je potrebno usvojiti. Trebaju se koristiti analogije iz područja koja su učenicima već poznata. Analogije se tako mogu iskoristiti kao pomoć pri „vizualizaciji“ novog, nepoznatog ili apstraktnog sadržaja, za uvođenje novih ideja ili rekonstrukciju već postojećih koncepata. „U tumačenju strujnih krugova korisna je analogija s vodom.“ Elementi te analogije su crpka – izvor vode, mlin – kojeg voda pokreće, dajući mu snagu da obavi koristan rad i voda koja cijelo vrijeme cirkulira i pri tome ostaje očuvana.

Učenici su se susreli s načinom funkcioniranja mlina u sklopu gradiva iz tehničke kulture i povijesti, gledali su filmove o tome, tako da im taj pojam neće biti stran. Prilikom prisjećanja učenika, paralelno se može uspoređivati shematski prikaz nekog strujnog kruga, a pri tome skrenuti pažnja da uvide vezu između:

• cirkuliranja vode i značenje riječi krug u nazivu strujni krug

29

• voda ostaje očuvana u tom kružnom procesu, pa tako i struja u strujnom krugu – uvodeći im tako ideju da se nešto drugo troši

Ova se analogija preporuča za razumijevanje strujnih krugova kao zatvorenih

sustava u kojem struja protječe, cirkulira i ostaje očuvana. Korištenje analogija u procesu učenja treba biti oprezno. Potrebno je upoznati

učenike s ograničenjem primjene analogije kako ne bi došlo do negativnih rezultata. Nepromišljeno korištene analogije može imati negativan utjecaj, stvarajući tako dodatne predkoncepcije.

3.3.33.3.33.3.33.3.3 KoKoKoKonstruiranje znansnstruiranje znansnstruiranje znansnstruiranje znanstvenog modelatvenog modelatvenog modelatvenog modela primjenom kognitivnog konflikta primjenom kognitivnog konflikta primjenom kognitivnog konflikta primjenom kognitivnog konflikta Suočavanje učenika s njegovim (ne)znanjem ostavlja snažan dojam na njega. Izazivanje i osporavanje učeničkih ideja temelj su ove strategije, kojom se želi postići konceptualna promjena. Bit je ove strategije naglasiti u kojem se pogledu nove fizikalne ideja razlikuju od njihovih uvjerenja. Otkriveno je da učenici posjeduju intuitivne ideje o načinju funkcioniranja strujnih krugova i pojava u njima, što znači da posjeduju i pretpostavke o ishodu nekog pokusa i prije nego što su im rezultati tog pokusa dostupni. Potrebno je učenicima dati mogućnost da „ožive“ svoje pretpostavke prije izvođenja pokusa kako bi te pretpostavke mogli odmah i sustavno provjeriti. Učenici često ne uviđaju konflikte, pa je potrebna koordinacija između njihova pogleda, pristupa i procesa konstruiranja prihvatljivog modela. Ta je zadaća prepuštena nastavniku. Uključivanjem tog aspekta u proces učenja, zadaća je nastavnika usmjeriti učenike na uviđanje i prihvaćanje alternativnih ideja. Učenici u pokusu, rezultatima pokusa vide ono što im njihove predkoncepcije „dopuštaju“, a to ponovno zahtijeva djelovanje nastavnika da navede učenike na ispravan put. Iznoseći učenicima samo činjenice, neće za njih biti dovoljno uvjerljivo, pa je potrebno više različitih pokusa kako bih se oni zaista uvjerili, te mogli prihvatiti značenje i valjanost određenog pojma ili modela. Na primjeru mjerenja struje u strujnom krugu, učenici primjenjuju potrošački model. Shema jednostavnog strujnog kruga na slici prikazuje bateriju, žarulje i ampermetre.

Slika 9. Strujni krugStrujni krugStrujni krugStrujni krug

Od učenika se tražilo da pretpostave koliku će struju izmjeriti svaki ampermetar. U skladu s potrošačkim modelom, većina učenika pretpostavlja da će ampermetar

30

najbliži pozitivnom polu izvora (A1) izmjeriti najveću struju, ampermetar A2 manju struju i ampermetar A3 najmanju ili će pokazivati 0 jer se struja potroši dok dođe do njega. Uviđanjem da ampermetri pokazuju istu vrijednost, učenici prilažu argumente braneći njima svoje pretpostavke. Navode da su ampermetri A2 i A3 neispravni, pa da zato pokazuju istu struju kao i A1. Potrebno im je omogućiti da istraže i te pretpostavke, dopuštajući da zamijene položaj ampermetra u strujnom krugu i usporede rezultate. Potrebno je dopustiti da mijenjaju i jakost izvora (baterije) i broj žarulja u strujnom krugu, te promatraju kako ti parametri utječu na sličnosti i /ili razlike u vrijednostima koje pokazuju ampermetri. „Tek kada se učenici uvjere da će bez obzira na položaj ampermetra ili broja žarulja spojenih u seriju svi ampermetri pokazivati jednaki iznos struje, tek tada će doći do rekonstrukcije postojećeg potrošačkog modela struje, mijenjajući ga u model u kojem je struja očuvana.“ Primjena ove strategije u području strujnih krugova može biti široka, jer većina ideja koje učenici posjeduju su neispravne za interpretiranje pojava u strujnim krugovima i kvalitativno razumijevanje njihova funkcioniranja.

3.3.43.3.43.3.43.3.4 Kvalitativni pristup u Kvalitativni pristup u Kvalitativni pristup u Kvalitativni pristup u razvoju konceptualnog razumijevanjarazvoju konceptualnog razumijevanjarazvoju konceptualnog razumijevanjarazvoju konceptualnog razumijevanja Sekvence u poučavanju strujnih krugova počinju sa poučavanjem kvalitativnih fizikalnih pojmova (koncepata) i modela, te razvijanjem sposobnosti zaključivanja. Učenici izvode pokuse, svoja opažanja iznose usmeno i pismeno prilikom konstrukcije osnovnih fizikalnih pojmova (struja, otpor, napon). Koristi se induktivno i deduktivno zaključivanje, pa se dobiveni koncepti sintetiziraju u kvalitativan koncept ili model za opis strujnih krugova. Nastale mentalne slike i uočavanjem niza pravila u tom procesu, pružaju učenicima konceptualne okvire koji će im omogućiti predviđanje i objašnjavanje ponašanja u ostalim strujnim krugovima. Primjenjuju li ih u kompleksnijim strujnim krugovima, razvit će se potreba za uvođenjem novih koncepata kako bi u potpunosti mogli spoznati i objasniti njihovo ponašanje.

1.1.1.1. Uvođenje modela potpunog strujnog krugaUvođenje modela potpunog strujnog krugaUvođenje modela potpunog strujnog krugaUvođenje modela potpunog strujnog kruga Učenicima se dopušta da pomoću potrebnih elemenata (baterije, žarulje i različitih žice) konstruiraju model koji će omogućiti da žarulja svijetli. „Prvi i najčešći pristup prilikom spajanja izvora i trošila prikazan

je na slici lijevo.“

Slika 10. Žarulja i baterijaŽarulja i baterijaŽarulja i baterijaŽarulja i baterija Tek dužim eksperimentiranjem učenici isprobavaju sve kombinacije. Slika dolje prikazuje neke od njih.

31

Slika 11. Načini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterije (Engelhardt P., Beichner R. J., Students` understanding of direct current resistive electrical circuits)

Zahtijeva se od učenika da analiziraju strujne krugove u kojima je žarulja svijetlila i one u kojima nije. Tek tada učenici uočavaju i izlažu svoje zaključke, otkrivajući pri tome da je za svijetljenje žarulje potrebno da se njezine dvije kontaktne točke povežu na dva pola izvora, svaka na jedan od njih. Zaključuju da je bitno i kakvom su žicom povezani baterija i žarulja – da će neke dopustiti svijetljenje žarulje, a neke ne. Uvođenjem shematskih dijagrama za prikaz njihovih konstrukcija, može im se pokazati što njegovi elementi predstavljaju i kako se ta ista shema može u stvarnosti realizirati na više načina.

2.2.2.2. Uvođenje koncepta električne strujUvođenje koncepta električne strujUvođenje koncepta električne strujUvođenje koncepta električne strujeeee Povezujući polove baterije žicom, učenici uočavaju da se ona počinje zagrijavati. Na osnovu tog zapažanja iznose sljedeće pretpostavke: da žicom nešto protječe i da je jakost svijetljenja žarulja povezana s tim. Učenici nakon toga eksperimentiraju sa žaruljama spojenim u seriju. Uočavaju da dodavanjem žarulja u serijski spoj sve žarulje opet svijetle jednako, ali slabije. Od učenika se traži da na osnovi svojih pretpostavki o protjecanju zaključe da li će u krugu s manje žarulja proteći više struje, nego u krugu s više žarulja. Na osnovi uviđanja da više jednakih žarulja u strujnom krugu svijetle slabije, učenici zaključuju da više struja protječe krugom s manje žarulja. Učenici zaključuju da jednako svijetljenje žarulja u tim spojevima implicira da se struja ne troši. Za dublje konceptualno razumijevanje, potrebno je učenicima omogućiti da mijenjaju poredak žarulja u strujnom krugu u odnosu na bateriju. Tako će učenici uvidjeti da niti smjer struje, niti poredak elemenata ne utječe na svijetljenje žarulja. Spajajući žarulje u paralelu s baterijom, učenici uviđaju da one uvijek jednako svijetle i to jednakom jakošću, zaključujući pri tome da je potrebna veća struja iz baterije kako bi veći broj žarulja mogao uvijek jednako svijetliti. Tu uočavaju da struja u bateriji nije konstantna već da ovisi o konfiguraciji strujnog kruga. Učenici uočavaju i da promjene u jednoj grani paralelnog spoja ne utječu na ostale grane, elemente u tim granama, ukoliko su te grane direktno spojene na bateriju. Ovim se pristupom predkoncepcije o potrošnji struje i bateriji kao konstantnom izvoru struje mogu zamijeniti s ispravnim modelima,

32

baziranim na konceptualnom razumijevanju. Poznato je da i nakon uviđanja učenici ne prepuštaju lako dominaciju novousvojenim idejama, pa se nedostatak njihova konceptualnog razumijevanja očituje u njihovim daljnjim analizama strujnih krugova.

3.3.3.3. Uvođenje koncepta otporUvođenje koncepta otporUvođenje koncepta otporUvođenje koncepta otpor i ukupnog otpora i ukupnog otpora i ukupnog otpora i ukupnog otpora strujnog krugastrujnog krugastrujnog krugastrujnog kruga Postavljanjem više žarulja u serijski spoj one svijetle jednako ali slabije. Učenici zaključuju da te žarulje predstavljaju prepreku za protjecanje struje - to svojstvo žarulja koje djeluje kao prepreka nazovemo otpor. Učenicima je intuitivno jasno da više žarulja spojenih u seriju predstavlja veći otpor struji, ali ne mogu shvatiti da u paralelnom spoju, dodajući

žarulje, ukupan otpor takvog spoja postaje manji od otpora pojedine žarulje. Izvodeći pokus u kojem se paralelno s baterijom priključi jedna žarulja, pa pridoda još jedna žarulja (slika 12 prikazuje shematski dijagram takvog strujnog kruga), učenici zaključuju da je struja koja „potječe“ iz baterije veća u slučaju kada su dvije žarulje spojene jer one svijetle jednako, istom jakošću.

Slika 12 Paralelni spoj Paralelni spoj Paralelni spoj Paralelni spoj

Taj se pokus proširuje, tako da se druga grana paralelnog spoja zamijeni s dvije serijski spojene žarulje, kao što je prikazano na slici desno. Na osnovu promatranje učenici zaključuju da je struja koja „potječe“ iz baterije manja nego u prethodnom primjeru, ali da je još uvijek veća nego u strujnom krugu s jednom žaruljom spojenom paralelno na bateriju. Također uviđaju da struja kroz te dvije paralelne grane nije jednaka, jer žarulje ne svijetle jednako.

Slika 13. Mješoviti spojMješoviti spojMješoviti spojMješoviti spoj

Nakon tih pokusa učenici su zamoljeni da objasne ukupan otpor paralelnog spoja. Objašnjavaju da dodavanje grana u paralelan spoj rezultira smanjenjem ukupnog otpora cijelog strujnog kruga. Asociranje smanjenja otpora s povećanjem broja puteva kojima struja može proći, može se primijeniti na dodavanje elemenata u paralelni spoj, što rezultira smanjuju njegova ukupnog otpora. Učenici su sada na osnovu iskustva sposobni vjerovati i zaključiti da ukupan otpor u strujnom krugu neće ovisiti o broju njegova elemenata, već o konfiguraciji.

Primjenom ovih pokusa u izgradnji kvalitativnih koncepata, učenicima se paralelno treba skrenuti pozornost na njihove koncepte i modele koje su

33

primjenjivali kod predviđanja i zaključivanja. Tako primjenom novokonstruiranih koncepata i modela, učenici lako mogu uočiti da je lokalan i sekvencijalan pristup neosnovan i pogrešan.

Zapažanjem da žarulja B u paralelnom spoju svijetli slabije nakon što se doda žarulja C, navodi učenike da postoji razlika u granama paralelnog spoja koje nisu direktno spojene na bateriju u odnosu na one koje jesu. Tek sada učenici mogu razlikovati uvjete pod kojima će grane paralelnog spoja biti neovisne jedna o drugoj. Pri tome zaključuju da u paralelnom spoju u kojem su grane povezane direktno na bateriju, ne postoji međusobna ovisnost, dok kod grana koje nisu povezane direktno, postoji ovisnost.

Proces izgradnje kvalitativnih koncepata nastavlja se razvijanjem polu-kvantitativnih i kvantitativnih modela, te prezentiranjem strujnih krugova putem shematskih dijagrama, u svrhu proširenja primjenjivost tih koncepata i modela.

3.3.53.3.53.3.53.3.5 PPPPoluoluoluolu----kvantitativan kvantitativan kvantitativan kvantitativan i kvantitativan i kvantitativan i kvantitativan i kvantitativan pristup u pristup u pristup u pristup u razvoju konceptualnog razvoju konceptualnog razvoju konceptualnog razvoju konceptualnog razumijevanjarazumijevanjarazumijevanjarazumijevanja

1.1.1.1. Uvođenje ampermetraUvođenje ampermetraUvođenje ampermetraUvođenje ampermetra

Žarulje su koristan vizualni alat za početak razvoja kvantitativnog modela. Njihova je upotreba limitirana iz različitih razloga: jakost svijetljenja nije lako kvantificirati, dodavanje žarulja utječe na promjene u strujnom krugu i o njihovom otporu ovisi i jakost struje u strujnom krugu. Osim toga, one se već nalaze u strujnom krugu, pa ne mogu služiti kao indikatori promjene u njima. Uvođenjem ampermetra olakšava se razvoj kvantitativnog modela. Odsustvom numeričkog mjerenja, za učenike ampermetar predstavlja uređaj koji u strujnom krugu funkcionira jednako kao žarulja. Iz tog razloga učenici trebaju izvoditi mjerenja. U pokusu u kojem će učenici žicama različitog otpora povezivati bateriju, žarulju i ampermetar u seriju, pratiti će otklon kazaljke ampermetra. Tu im se treba skrenuti pažnja na odnos otklona kazaljke ampermetra i svijetljenja žarulje. Učenici će tada shvatiti da kazaljka koja se pomiče na ampermetru zapravo mjeri jakost svijetljenja žarulje, tj. struju koja kroz nju prolazi. Potrebno je od učenika zatražiti da objasne iz kojeg je razloga ampermetar treba biti spojen u seriju s uređajem kroz koji mjeri struju, dopuštajući im tako da povezuju i nadograđuju svoje znanje.

2.2.2.2. Uvođenje voltmetra i koncepta Uvođenje voltmetra i koncepta Uvođenje voltmetra i koncepta Uvođenje voltmetra i koncepta naponnaponnaponnapon U provedenim pokusima, učenici mogu naslutiti kako im nedostaje neka fizikalna veličina kojom bi mogli pobliže opisati ulogu baterije u strujnom krugu.

34

Izvodi se pokus u kojem je baterija spojena sa žaruljom, pa se zatim u seriju spajaju dvije, tri i četiri baterije, pri tome učenici zapažaju da žarulja jače svijetli ako je više baterija spojeno u takvom spoju. Učenicima se tada predstavlja voltmetar, te ih uputimo da u prethodno konfiguriranom strujnom krugu zamijene žarulju s voltmetrom. U tom pokusu učenici uočavaju otklanjanje kazaljke voltmetra, te odnos otklona kazaljke i broja serijski spojenih baterija. „Učenici zaključuju da je povećanje otklona kazaljke voltmetra proporcionalno s povećanjem broja jednakih baterija spojenih u seriju.“ Dobivene rezultate povezuju i objašnjavaju da se voltmetar ponaša kao žarulja. Svijetljenje žarulje osnova je za interpretaciju baterije kao „pogona za proizvodnju“ struje koja protječe strujnim krugom. Na osnovu sličnog ponašanja žarulje i voltmetra, potrebno je učenicima predstaviti da onda i on može biti indikator sposobnosti baterije, koji također mjeri jakost „proizvedene“ struje u njoj. Tada uvodimo pojam napon kao fizikalnu veličinu kojom ćemo opisivati svojstvo baterija, pokazujući učenicima da njegovu vrijednost mogu očitati na voltmetru. U daljnjem eksperimentiranju, učenici proširuju pojam napona, uviđanjem da se u paralelnom spoju, u kojem je više voltmetara spojeno direktno na bateriju, njihove kazaljke jednako otklanjaju. Potrebno je pustiti učenike da istraže u kojem će se položaju voltmetra u odnosu na element u strujnom krugu, njegova kazaljka otkloniti. Kada otkriju da je potrebno voltmetar povezati na oba kraja svakog elementa, tada će moći „vidjeti“ vezu između napona i razlike potencijala, povezujući tu izmjerenu razliku potencijala nekog elementa strujnog kruga sa svojstvom baterije da “ proizvodi“ struju koja će proći kroz taj element. Potrebno je učenicima omogućiti da mjere napon na različitim otporima, serijski spojenim u strujnom krugu, kako bi uočili da se smanjenjem /povećanjem otpora nego elementa uzrokuje smanjenje /povećanje napona na njemu. Uvođenje pojma napona povlači za sobom sklonost učenika da ga poistovjećuju sa strujom. Iz tog je razloga u daljnjim pokusima potrebno od učenika tražiti da interpretiraju sve pojave primjenom koncepta struje i odvojeno, primjenom koncepta napona.

3.3.3.3. Uvođenje pojma snage i energijeUvođenje pojma snage i energijeUvođenje pojma snage i energijeUvođenje pojma snage i energije Izvođenjem pokusa sa dvije različite žarulje spojene u seriju s baterijom, učenici uočavaju da je struja koja prolazi kroz njih jednaka. Zatim, spajanjem tih žarulja u paralelan spoj s baterijom, učenici mjere uočavaju) jednaki napon na obje žarulje. Učenici uočavaju da u oba spoja jedna od žarulja jače svijetli. Na osnovu usvojenih koncepata (struja, napon i otpor) učenici ne mogu predvidjeti kako će različite žarulje svijetliti niti objasniti raličito svijetljenje. U ovom je primjeru potrebno uvesti pojam snage.

Predstavljanjem pokusa u kojem su tri kruga konfigurirana kao što je prikazano na slici dolje, učenici predviđaju u kojem će se strujnom krugu baterija najprije istrošiti.

35

Slika 14. Strujni krugoviStrujni krugoviStrujni krugoviStrujni krugovi

Većina učenika navodi da će se prvo istrošiti baterija u strujnom krugu 2, pa zatim u krugu 1 i na kraju u krugu 3. Učenici shvaćaju da baterija ima određeno „vrijeme trajanja“, a duljinu njezina trajanja povezuju s jakošću svijetljenja žarulja s kojima je ta baterija povezana. Ovaj eksperiment otvara put za određivanje energije kao veličine koja se troši. Učenici ovdje, napokon, mogu uskladiti svoja intuitivna uvjerenja, po kojima se nešto u strujnom krugu mora trošiti sa formalnim znanjem da je struja očuvana

4.4.4.4. Modificiranje modela primModificiranje modela primModificiranje modela primModificiranje modela primjenom realnih baterijajenom realnih baterijajenom realnih baterijajenom realnih baterija Među najzastupljenijim pretkoncepcijama nalazimo i shvaćanje baterije kao konstantnog izvora struje. Nakon usvajanja pojma napona (razlike potencijala) potrebno je učenicima omogućiti da ga identificiraju kao svojstvo baterije. U pokusu sa paralelno spojenim žaruljama na jednu bateriju, ampermetar očitava povećanje struje u glavnom vodu („iz baterije“) kako se žarulje dodaju u takav spoj, a voltmetar očitava uvijek jednak (uz male promjene) napon. Nakon toga slijedi pokus u kojem se voltmetar prvo spaja na potpuno novu bateriju koja još nije korištena u prethodno opisanom pokusu, pa zatim na već korištenu bateriju. Opisanim pokusima pomažemo učenicima konstruirat pojam realne baterije u odnosu na idealne baterije, koju označava jednaka razlika potencijala u promatranom strujnom krugu. To će im pomoći da razumiju i uvjete u kojima se realna baterija može smatrati idealnom.

Uz pomoć mjernih instrumenata, ampermetra i voltmetra, učenici razvijaju

operativne definicije temeljnih koncepata za razumijevanje strujnih krugova. Posjedovanje tih definicija, omogućuje proširenje postojećih modela na uključivanje algebartskih operacija. Mjerenjem učenicima može pomoći za izvod prvog i drugog Kirchhoffovg pravila, te određivanje odnosa između struje i napona - Ohmova zakona, potvrđujući primjenu formule dobivene eksperimentalno na računanju ukupnog otpora serijski i paralelno spojenih elemenata.

36

4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova4 Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova

4.14.14.14.1 Konstruiranje konceptualnog testa iz jeKonstruiranje konceptualnog testa iz jeKonstruiranje konceptualnog testa iz jeKonstruiranje konceptualnog testa iz jednostavnih strujnih dnostavnih strujnih dnostavnih strujnih dnostavnih strujnih krugovakrugovakrugovakrugova Istraživanjem o konceptualnom razumijevanju jednostavnih strujnih

krugova, te pojmova putem kojih interpretiramo pojave i izražavamo zakonitosti u njima, dobiva se uvid o načinu razmišljanja ispitanika, o idejama koje smatraju prikladnim za opis pojava koje primjećuju, o poimanju odnosa veličina kojima se služe u tom opisu, te iskustvu koje oni posjeduju i primjenjuju. Proces konstrukcije konceptualnog testa temelji se na istraživanju područja čije se razumijevanje želi ispitati. Da bi se u potpunosti ispitalo razumijevanje o nekom pojmu nije dovoljno interpretirati rezultate samo na osnovi prvog dobivenog odgovora ili ako se koristi samo jedan kontekst prilikom postavljanja pitanja. To je dugotrajan proces, koji prije generalizacije zahtijeva opsežno istraživanje.

Istraživanje razumijevanja strujnih krugova proveli su istaknuti znanstvenici iz područja fizike sa sveučilišta u Sjevernoj Karolini, Paula V. Engelhardt i Robert J. Beichner uz pomoć svojih kolega. Istraživanju je prethodilo opsežno pregledavanje udžbenika i priručnika za osnovne i srednje škole kako bi se osiguralo da niti jedan fundamentalni pojam ne bude izostavljen.

Sredstvo komunikacije u ovom istraživanju je bio razgovor. Razgovore su znanstvenici individualno provodili s ispitanicima, postavljajući im ciljana pitanja, ponekad nudeći i niz odgovora između kojih su se ispitanici mogli odlučiti za točan odgovor. Učenici su osim odgovora iznosili i argumente za odabrani odgovor, te su mogli izrađivati skice i računati na papiru ako se nisu mogli usmeno izraziti ili ako im je to pomoglo da se usmeno izraze. Razgovori su dopuštali učenicima „razmišljanje na glas“, kako bi znanstvenici mogli dobiti bolji uvid u njihove pristupe prilikom odabira odgovora. Visok stupanj interaktivnosti kojom su obilježeni razgovori, omogućili su znanstvenicima da detaljno ispitaju prirodu određene poteškoće. Svi su razgovori trajali između 30 i 40 minuta, snimani su i kasnije transkribirani. Odgovori učenika preslušani su od više znanstvenika kako bih se izmjerila podudarnost u interpretaciji njihovih odgovora, te pripadnih skica i računa.

Razgovor je podijeljen na pet dijelova, oni se odnose na ispitivanje: • razumiju li učenici postavljena pitanja i što se od njih traži • razumijevanje simbola koji će se koristiti na testu, • razumijevanje definicija pojmova koje će primjenjivati, • odabira točnog odgovora na osnovu razumijevanja situacije, • postotka sigurnosti u odabrani odgovor.

Neprecizan jezika kojeg koriste ispitanici i nedefinirani pojmovi često su uzrok nesporazumijevanja, iz tog je razloga važno dobiti uvid u interpretaciju pitanja od strane ispitanika. Težnja je bila uskladiti pitanja s definiranim ciljevima koji su se

37

željeli postići testom. Ciljevi su vezani uz preispitivanje razumijevanja strujnih krugova:

1. Fizikalni aspekt jednostavnih strujnih krugova a) identifikacija potpunog strujnog kruga b) razumijevanje spajanja (dvije terminalne točke) i funkcioniranja

elemenata strujnog kruga c) razumijevanje potrebe ostvarenja potpunog strujnog kruga za

protjecanje struje d) primjena pojma otpora kod interpretacije strujnih krugova i

razumijevanje otpora kao pripadnog svojstva određenog elementa e) interpretacija slika i shematskih dijagrama strujnih krugova sa

serijskim, paralelnim i kombiniranim spojevima

2. Koncept energije a) primjena koncepta snage kao obavljenog rada /pretvorene energije po

jedinici vremena u strujnim krugovima b) primjena konceptualnog razumijevanja očuvanja energije, uključujući

Kirchhoffova pravila i bateriju kao izvor energije

3. Koncept struje a) razumijevanje i primjena pojma struje, te njezino očuvanje u različitim

strujnim krugovima b) razumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja struje u strujnim

krugovima, korištenjem pojmova: električno polje, razlika potencijala (napon) i električna sila

4. Koncept napona (razlike potencijala)

a) primjena razumijevanja da na jakost struje u strujnom krugu utječe napon (konstantna razlika potencijala) baterije i ukupan otpor unutar strujnog kruga

b) primjena pojma napona, uključujući razumijevanje da je ukupan napon svih elemenata strujnog kruga spojenih u seriju, jednak zbroju napona pojedinačnih elemenata, dok je napon na svakoj grani u paralelnom spoju jednak.

Na osnovu provedenog istraživanja i dobivenih informacije, te postavljenih

ciljeva, konstruiran je konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova. DIRECT (Determining and Interpreting Resistive Electric Circuits Concepts Test /Test iz konceptualnog razumijevanja jednostavnih strujnih krugova) test sadrži 29 pitanja koja pokrivaju područje jednostavnih strujnih krugova, s kojima se može ispitati razumijevanje kvalitativnih koncepata koji se nalaze u pozadini prilikom interpretacije pojava u strujnim krugovima. Pitanja su višestrukog izbora s ponuđena 3, 4 ili 5 odgovora od kojih je samo jedan odgovor točan. Ponuđeni odgovori predstavljaju najzastupljenije predkoncepcije na pripadno pitanje. Pitanja ne zahtijevaju računanje, naglasak je stavljen na kvalitativne zadatke jer više doprinose primjeni, pa i otkrivanju konceptualnog razumijevanja.

38

Potrebno je istaknuti da u ovom testu mjerni instrumenti (ampermetar i voltmetar) nisu korišteni iz razloga što je kroz razgovore otkriveno da ih veliki broj ispitanika ne tretira kao elemente strujnih krugova, ne prepoznaju njihovu ulogu i nije im jasno na koji način trebaju biti povezani u strujnom krugu. Teško im je prihvatiti činjenicu da dobar ampermetar ima zanemariv utjecaj na struju u strujnom krugu, te da dopušta struji da protječe kroz njega i na taj način mjeri jakost struje. Stoga, uključivanjem pitanja koja bi zahtijevala poznavanja funkcioniranja i načina povezivanja mjernih instrumenata u strujnim krugovima, otežala bi utvrđivanje njihova shvaćanja strujnih krugova i pojmova koje koriste prilikom interpretacije pojava u njima. U takvim bi uvjetima teže bilo eksplicitno odrediti ne mogu li ispitanici ispravno interpretirati pojavu zbog nerazumijevanja pojmova (npr. struje, napona) ili zato što ne razumiju ulogu mjernog instrumenta.

Ovaj je test proveden u SAD-u na uzorku od 1135 ispitanika, od kojih su 454 učenici srednjih škola, a 681 učenici visokih škola, usmjerenih na dodatno obrazovanje iz fizike.

Analizirajući odgovore učenika izmjerena su najdiskriminirajuća i najmanje diskriminirajuća pitanja koja su zatim bila dorađena. Prilikom mjerenja valjanosti testa, mjerila se usklađenost pitanja sa zadanim ciljevima. Pitanja kod kojih je slaganje sa ciljem bilo nisko, dodatno su prepravljena.

4.24.24.24.2 Računalna implementacija konceptualnog testa Računalna implementacija konceptualnog testa Računalna implementacija konceptualnog testa Računalna implementacija konceptualnog testa

Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova implementiran je u

Claroline sustav za učenje koji se nalazi na serveru PMF-a, http://metodika.phy.hr/~zrinka, putem kojeg je dostupan na Internetu. Implementacija konceptualnog testa i njegova primjena putem online sustava za učenje napravljena je iz više razloga. Navedene prednosti sustava za učenje ovim su putem iskorištene za ispunjavanje testa od kuće ili bilo koje lokacije na kojoj postoji pristup Internetu. To se pokazalo učinkovito s obzirom da su testirani učenici, a škole su vrlo slabo opremljene informatičkom opremom, po kvaliteti i po broju računala s obzirom na broj učenika u razredu. Na taj su način testu pristupili i studenti sa različitih sveučilišta iz Zagreba (PMF-a, Strojarstva, FER-a i Medicine).

Nakon identifikacije na glavnoj stranici koja se vrši putem korisničkog imena i lozinke, ispitanici na popisu kolegija odabiru Metodiku fizike - Strujni krugovi. Otvara se sučelje s potrebnim alatima i kratkim opisom namjene ovog testiranja. Slika prikazuje kako izgleda sučelje Claroline sustava za učenje.

39

Slika 15. Izgled uvodne strane sučelja ClarolineIzgled uvodne strane sučelja ClarolineIzgled uvodne strane sučelja ClarolineIzgled uvodne strane sučelja Claroline

Za ispunjavanje testa potrebna su minimalna računalska znanja: spajanje na

Internet putem prečaca na radnoj površini, označavanje i odabir željenog elementa (potrebnog linka i željenog odgovora), a to su radnje svedene na baratanje mišem. Svi su se učenici, pa i oni koji ne posjeduju računala kod kuće, uz navedene upute s lakoćom kretali po aplikaciji.

Testu se može pristupiti samo jedanput. Prije navedenih pitanja postavljena

je kratka uputa za rješavanje testa i napomena kojom se ispitanicima predstavljaju simboli koji se koriste na testu. Konstruirajući test, znanstvenici su prikaz simbola s pripadnim nazivima stavili kao podsjetnik prije rješavanje testa. U provedenom istraživanju na našim ispitanicima nužno je bilo priložiti tu shemu iz razloga što se u našem sustavu školstva koriste drugačiji simboli za iste elemente (npr. žarulju označavamo s krugom koji je ispunjen s dvije prekrižene crte, a otpornik označavamo pravokutnikom). U sklopu napomene priložena je shema s elementima i dodatno je izdvojeno da su u zadacima korištene identične žarulje i baterije. Slika 16 prikazuje kako to izgleda na stranicama Claroline sustava za učenje.

40

Slika 16. Uputstva i napomena za rješavanje testaUputstva i napomena za rješavanje testaUputstva i napomena za rješavanje testaUputstva i napomena za rješavanje testa Ispunjavanje testa zahtijeva samo klik mišem na onaj odgovor koji se smatra točnim. Nakon što je odabran odgovor na zadnje pitanje, automatski se otvara stranica na kojoj ispitanici dobivaju informaciju koliko imaju točnih odgovora i koliko dugo su ispunjavali test. Povratna informacija koja je trenutna, bez čekanja na dodatnu obradu, učenicima je vrlo korisna jer odmah pruža uvid u razinu poznavanja sadržaja za koji su bili testirani. Uvid u rezultate testiranja ima samo ispitanik koji je rješavao test i profesor, a to je ispitanicima pružilo dodatnu sigurnost i ohrabrenje za ispunjavanje testa.

Pozitivne reakcije na trenutni rezultat ispitanika, te čuvanje njihove privatnosti, očitovale su se zahtjevima za otkrivanjem onih odgovora koje su pogriješili, te obrazloženjem točnih.

Test je zaštićen od kopiranja. Od svih alata koje posjeduje Claroline, samo

unutar Vježbi (Exercises) gdje se nalazi test isključena je funkcionalnost desne tipke miša i na taj način onemogućeno kopiranje sadržaja (pitanja i pripadnih slika).

41

4.34.34.34.3 PPPPrimjena konceptualnog testa rimjena konceptualnog testa rimjena konceptualnog testa rimjena konceptualnog testa

Primjena pismenih pitanja na određenom broju ispitanika korisna je u

određivanju učestalosti pogrešnih shvaćanja kod različitih populacija na kojima se test primjenjuje.

Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova proveden je na učenicima različitih srednjih škola, te studentima različitih fakulteta. Testirani uzorak se sastoji od 147 ispitanika. Sudjelovalo je 116 učenika trećih i četvrtih razreda srednjih škola: Tehnička škola Ruđera Boškovića – 64 ispitanika, I Tehnička škola Tesla – 19 ispitanika i gimnazije – 33 ispitanika. Od ispitanika s višegodišnjim iskustvom učenja fizike, 26 je studenata, a 5 profesora fizike. Većina studenata je s PMF-a, s profesorskih smjerova fizike, a nekoliko studenata FER-a, Medicine i Strojarstva.

Iako je namjera bila da se testiranje izvrši isključivo putem Claroline sustava

za učenje, zbog loše opremljenosti srednjih škola, dio učenika je ovaj isti test rješavalo ručno, po standardu papir – olovka.

Svi su rezultati obrađeni na jednak način, primjenom alata koji nam nudi Claroline sustav za učenje i programa Excel.

4.44.44.44.4 Obrada i analiza rezultataObrada i analiza rezultataObrada i analiza rezultataObrada i analiza rezultata Rezultati testiranja su pohranjeni i unutar Clarolinea postoji alat koji će

ovlaštenoj osobi (administratoru ili course manageru, nastavniku) omogućiti da vidi statistiku, broj bodova koje je ostvario svaki ispitanik, pitanja na koje je netočno odgovorio te vrijeme koje je utrošio na rješavanje test. Statistika nam pruža uvid i u postotak rješivosti svakog pitanja, evidentirana je zastupljenost svakog odgovora na pojedino pitanje u postotku.

Za analizu, putem koje se želi dobiti uvid u opće stanje uspjeha na testu, postotak rješivosti pojedinih pitanja, te razlike između grupa ispitanika, napravljen je izvoz podatak koji su dobiveni postavljanjem upita na bazu. Izvoz podataka u Excel omogućava dodatnu obradu i grafički prikaz podataka koji će poslužiti za detaljniju analizu.

Prednosti Claroline sustava za učenje iskorišteni su i za obradu i analizu rezultata dobivenih testiranjem. Uspjeh pojedinog ispitanika možemo naći unutar statistike (zabilježeni su odgovori koje je ispitanik odabrao na svakom pitanju) koju obrađuje sam Claroline automatski. Unutar statistike se nalazi i postotak rješivosti pojedinog zadatka koji je izračunat na razini cijele grupe. Da bi se pristupilo rezultatima pojedinih grupa ispitanika iz cijelog ispitanog uzorka potrebno je pristupiti bazi podataka koju koristi Claroline (nalazi se na serveru PMF-a, http://metodika.phy.hr/~zrinka). Pristup je ostvaren putem paketa phpMyAdmin ( koji je također instaliran na serveru), a postavljanjem upita na bazu selektirani su traženi podaci. Dobivene tablice s podacima po traženom kriteriju (muško / žensko

42

ili učenik / student i učenici različitih škola) spremljene su lokalno na računalo u xls formatu. Pomoću MS Excela podaci su dodatno obrađeni te prikazani na grafikonima.

4.54.54.54.5 Pregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranjaPregled dobivenih rezultata testiranja

Analizirajući rezultate svih ispitanika koji su bili testirani dobivamo opću sliku koja će nam pružiti uvid u zadatke koji su bili svladani s najvećim i najmanjim uspjehom.

Na grafikonu 1 poredani su zadaci od prvog do posljednjeg i evidentiran je postotak rješivosti svakog zadatka. Možemo vidjeti da najuspješnije riješeni zadaci imaju maksimalnih 71% točnih odgovora, dok je najlošiji uspjeh ostvaren u rasponu od 14% do 23% točnih odgovora. Taj vrlo nizak rezultat ostvaren na pripadnim zadacima sugerira na njihovu težinu, točnije problematiku koju predstavljaju ispitanicima, te zaslužuju detaljniju analizu.

Grafikon 1. Prikaz postotka točnih odgovoraPrikaz postotka točnih odgovoraPrikaz postotka točnih odgovoraPrikaz postotka točnih odgovora

Usporedbom postotka rješivosti pojedinog zadatka na testu dolazimo do zanimljivog poretka. Pogledajmo na grafikonu 2 zadatke poredane po uspješnosti rješavanja.

43

Grafikon 2. Prikaz zadataka poredanih po težiniPrikaz zadataka poredanih po težiniPrikaz zadataka poredanih po težiniPrikaz zadataka poredanih po težini Najmanje točnih odgovora (13,6%) ostvareno je na zadatku 12, zatim slijedi zadatak 20 (16,3%), pa zadatak 28 (21,1%) i zadaci 11 i 29 sa 23,1% posto točnih rješenja. U zadacima koje ćemo detaljnije analizirati podebljano su označena slova ispred točnih odgovora.

• Zadatak 12 Zadatak 12 Zadatak 12 Zadatak 12 Razmotrite snagu koju dobije svaki od otpornika u prikazanim strujnim krugovima. U kojem je strujnom krugu ili krugovima dobivena snaga najmanja? (A) U strujnom krugu 1. (B) U strujnom krugu 2. (C) U strujnom krugu 3. (D)(D)(D)(D) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 2. (E) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 3.

Na ovom zadatku većina ispitanika odabrala je odgovor A i to čak 40%, što nam ukazuje na nerazlikovanje serijski i paralelno spojenih izvora, tj. njihove uloge u strujnom krugu. Odabrani odgovor pokazuje da se zaključivanje temeljilo isključivo na broju izvora u strujnom krugu, zanemarujući način na koji su oni povezani.

44

• Zadatak 20Zadatak 20Zadatak 20Zadatak 20 Je li iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula ili je različit od nule? (A) Jednak je nuli, jer je nit žarulje vodič. (B) Jednak je nuli, jer struja teče. (C) Različit je od nule, jer je strujni krug zatvoren i struja protječe. (D) (D) (D) (D) Različit je od nule, jer na površini niti žarulje ima naboja.

53% ispitanika odabralo je odgovor C. Ovim se pitanjem željelo ispitati što

uzrokuje struju u žarnoj niti žarulje. Odlučujući se za dogovor C ispitanici smatraju da struja uzrokuje električno polje u žarnoj niti.

• Zadatak 28Zadatak 28Zadatak 28Zadatak 28 Koliki je napon između točaka A i B? (A) 0 V. (B) 3 V. (C) 6 V. (D)(D)(D)(D) 12 V.

58% ispitanika u ovom je zadatku odabralo odgovor A, potvrđujući tako jednu od najzastupljenijih pretkoncepcija po kojoj se naponu pripisuje svojstva struje.

• Zadatak 11Zadatak 11Zadatak 11Zadatak 11 Zašto se svjetla u vašim kućama upale gotovo trenutno? (A)(A)(A)(A) Naboji se već nalaze u žici. Kada se strujni krug zatvori, dolazi do brze preraspodjele površinskog naboja u strujnom krugu. (B) Naboji pohranjuju energiju. Kad se strujni krug zatvori, energija se oslobađa. (C) Naboji u žici gibaju se vrlo velikom brzinom. (D) Strujni krugovi u kući su spojeni paralelno. Zbog toga, struja već teče. 46% odabranih odgovora C pokazuju da ispitanici ne koriste razumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja struje u strujnim krugovima.

45

• Zadatak 29Zadatak 29Zadatak 29Zadatak 29 Kako će svijetliti žarulje A i B kad se prekidač zatvori? (A) Žarulja A će svijetliti isto ako i prije, a žarulja B će svijetliti slabije. (B)(B)(B)(B) Žarulja A će svijetliti jače, a žarulja B slabije. (C) Žarulje A i B će svijetliti jače. (D) Žarulje A i B će svijetliti slabije. (E) Žarulje A i B će svijetliti jednako kao i prije.

U ovom zadatku nema odgovora koji je puno više zastupljeniji od ostalih. Odgovor A odabralo je 21,8% ispitanika, odgovor B 23,1% ispitanika, a odgovor E 25,9% ispitanika.

Odabirom odgovora A očituje se primjena sekvencijalnog modela. Odabir odgovora E može se protumačiti kao nerazlikovanje uvjeta pod kojim su grane paralelnog spoja neovisne jedna o drugoj i zanemarivanje načina na koji su trošila spojena prilikom određivanja ukupnog otpora. Na grafikonu 2 možemo uočiti kako je zadatak 3 puno više rangiran od zadatka 12, tj. zadatak 3 je bio puno lakši za rješavanje. U tom zadatku se nalaze isto tri strujna kruga koja imaju jednake (po broju i vrsti spoja) izvore kao u zadatku 12, ali umjesto otpornika u svakom su st. krugu po dvije žarulje (jednako smještene kao i otpornici u zadatku 12). Treba odabrati krug / krugove koji primaju najviše energije u sekundi. Taj je zadatak riješen sa 55% točnih odgovora, što je oko 5 puta uspješnije od zadatka 12. Učenici su kod određivanja energije koju primaju trošila u strujnom krugu uzeli u obzir osim broja izvora (koji predstavljaju izvor energije) i način na koji su ti izvori spojeni, dok to nisu primijenili kod određivanje snage (već se samo fokusirali na broj izvora u st. krugu). Taj rezultat ukazuje na poteškoću primjene pojma snage u st. krugovima, pa i njezino razumijevanje. Najuspješnije riješeni zadaci ostvarili su točna rješenja u rasponu od 64% do 71%.

• Zadatak 27

Hoće li sve žarulje svijetliti jednako?

46

(A) Da, jer su sve one u strujnom krugu spojene na isti način. (B) (B) (B) (B) Ne. Samo će žarulja B svijetliti. Spojevi žarulja A, C i D nisu ispravni. (C) Ne. Samo će se žarulja D svijetliti. Jedino je D zatvoreni strujni krug. (D) Ne. Žarulja C neće svijetliti ali A, B i D hoće. Veliki postotak (71%) odabira točnog odgovora pokazuje razumijevanje zahtjeva za ostvarenje potpunog strujnog kruga, primjenom pravilnog spajanja žarulje u strujni krug. Ostali odgovori odabrani su u podjednakom postotku, što nam govori da se ovim zadatkom može direktno pokazati postoji li razumijevanje ili ne.

• Zadatak 13Zadatak 13Zadatak 13Zadatak 13 Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan na slici? Strujni krug (A)(A)(A)(A) A (B) B (C) C (D) D (E) Nijedan od prikazanih.

71% točnih odgovora pokazuje da ispitanici bez poteškoća mogu stvarne strujne krugove predočiti pomoću shematskih dijagrama. 21% ispitanika odlučio se za odgovor B, a to nam pokazuje da kod određenog broja ispitanika ipak postoji poteškoća u interpretaciji, a ta je poteškoća bazirana na nerazlikovanju prikaza serijski i paralelno spojenih trošila.

47

• Zadatak 5Zadatak 5Zadatak 5Zadatak 5 Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2. Grana je dio strujnog kruga. Koja grana ima manji otpor? (A) Grana 1. (B) (B) (B) (B) Grana 2. (C) Nijedna. Otpor je isti. 68% točnih odgovora pokazuje da ispitanici razumiju ili su bar usvojili činjenicu da je ukupan otpor paralelno spojenih otpornika manji od pojedinog otpora u toj grani i da se ukupan otpor u serijskom spoju dobiva zbrajanjem pojedinih. 19% ispitanika odabralo je odgovor A, pa ne smijemo uzeti u obzir da je to područje svladano u potpunosti. Prosječno vrijeme rješavanja testa je 30 minuta. To se vrijeme odnosi na rješavanje testa putem Claroline sustava za upravljanje učenjem i rješavanje testa po principu papir – olovka. Rezultati testiranja pokazuju poteškoće kod interpretiranja pojma napona, primjenu pogrešnih modela kod interpretiranja pojava u strujnom krugu (npr. sekvencijalnog), nerazumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja struje i nerazlikovanje posljedica serijski i paralelno spojenih izvora napona.

4.5.14.5.14.5.14.5.1 Usporedba rezultata testiranja Usporedba rezultata testiranja Usporedba rezultata testiranja Usporedba rezultata testiranja

Testirani uzorak od ukupno 147 ispitanika sastojao se od učenika i studenata s različitim iskustvom obrazovanja u ovom području, po duljini učenja fizike i po programu učenja.

Potrebno je napomenuti da je za vjerodostojnije rezultate uvijek bolji veći uzorak ispitanika, a kod uspoređivanja ispitanih različitih skupina, lakša obrada podataka i preglednost dobiva se ukoliko skupine sadrže jednak broj članova.

Promotrimo kako su te razlike između pojedinih skupina utjecale na rezultate

testiranja. 1.1.1.1. Razlike na osnoviRazlike na osnoviRazlike na osnoviRazlike na osnovi s s s stupnjtupnjtupnjtupnjaaaa obrazovanja obrazovanja obrazovanja obrazovanja

Nakon učenja fizike kroz programe srednjih škola (u testiranje su bile uključene škole sa četverogodišnjim programom obrade fizikalnih sadržaja), mnogi se učenici odlučuju na dodatno obrazovanje kroz različite visokoškolske obrazovne institucije. PMF, odsjek za Fiziku pruža mogućnost studiranja fizike u cijelosti, svih njezinih područja, dok srodni fakulteti posvećuju pažnju samo određenim granama fizike koje su u interesu njihova djelovanja (npr. FER, Strojarstvo, Medicina…)

48

Obradom rezultata koje su ostvarili učenici (116) u odnosu na studente (31) u provedenom testiranju, dobivamo grafikon 3 koji nam vizualno predočava rezultate.

Grafikon 3. R R R Raspodjela učenika i studenata po uspjehu ostvarenom na testuaspodjela učenika i studenata po uspjehu ostvarenom na testuaspodjela učenika i studenata po uspjehu ostvarenom na testuaspodjela učenika i studenata po uspjehu ostvarenom na testu Na apscisi su prikazani postotni razredi koji označavaju u postotku s kojom je točnošću riješen cijeli test, a ordinata prikazuje postotak testiranih ispitanika čiji rezultati odgovaraju određenom postotnom razredu. Postoji razlika u broju članova testiranih skupina, pa je iz tog razloga za bolji pregled bilo potrebno podijeliti broj ispitanika čija rješenja zadovoljavaju određeni postotni razred (N) s ukupnim brojem članova te skupine (ukupno). Prvo možemo uočiti stupanj težine koji je ovaj test predstavljao za učenike i studente. Dok postoje učenici koji su točno riješili manje od 20% testa (točnije 17%), najniži ostvaren rezultat kod studenata je 28%. Udio ispitanika s najnižim rezultatima je podjednak u obje skupine. Najbolje rezultate učenici su ostvarili sa 76% točno riješenog testa, a studenti sa 96%. Udio studenata s najboljim postignutim rezultatima 2.5 puta je veći od udjela učenika. Najveći udio testiranih učenika ostvarilo je rezultat u rasponu od 31% do 40%, a studenata u rasponu od 61% do 70%. To je velika razlika i pokazuje nam kako znanje i razumijevanje studenata obuhvaća veći opseg testiranog područja. Promatrajući grafikon možemo uočiti da studenti svoje najbolje rezultate ostvaruju u dva postotna razreda koja se dosta razlikuju. Takav rezultat možemo interpretirati kao posljedicu postojanja različitih interesa za ovo gradivo fizike (ili fizike općenito) unutar ispitanika ove skupine, studenata. Podjednako točnih odgovora (16%) obje skupine dale su na pitanje 20, što nam govori da im je to jako i u jednakoj mjeri problematično područje. Najčešće odabrani odgovor na pitanje 20 govori da je iznos el. polja u volframovoj niti žarulje, koja je u

49

zatvorenom strujnom krugu, različit od nule, jer njime protječe struja. Takav odgovor nam sugerira nerazlikovanje uzroka i posljedice. U području primjene koncepta snage u strujnim krugovima (zadatak 12), studenti su ostvarili 5 puta više točnih odgovora, te na taj način pokazali bolje razumijevanje. Problematična područja za učenike vezana su mikroskopski aspekt struje i primjenu koncepta el. polja (zadatak 11 i 20), poistovjećuju napon sa strujom, pokazuje mali postotak točno riješenog zadatka 28, te odabrani odgovor sugerira da nema napona u st. krugu u kojem ne teče struja. Duplo više studenata je na to pitanje točno odgovorilo, iako je ono među pitanjima koje su najslabije riješili. Zadatkom 29, učenici i studenti pokazuju poteškoće kod primjene napona za objašnjenje pojava u mješovitim spojevima. Gotovo svi odgovori na to pitanje su podjednako zastupljeni, pokazujući nam da se kod rješavanja tog pitanja, pojave nisu interpretirale putem koncepta napona. Možemo vidjeti da učenici i studenti imaju problema s istim područjima, ali studenti na svakom od problematičnih zadataka ipak bilježe bolji uspjeh.

2.2.2.2. Razlike na osnovi obrazovnog programaRazlike na osnovi obrazovnog programaRazlike na osnovi obrazovnog programaRazlike na osnovi obrazovnog programa U testiranju su sudjelovali učenici srednjih škola: tehnička škola „R. Bošković“ (64), „I Tehnička škola – Tesla“ (19) i razne gimnazije (33). Testirani uzorak učenika tehničkih škola činili su uglavnom učenici trećih razreda, smjer strojarski tehničari i tehničari za elektroniku, a samo je jedan četvrti razred (19) iz „R. Boškovića“ bio testiran. Testirani učenici gimnazija završili su četvrti razred. Tehničke škole odabrane su za testiranje iz razloga što im je kroz razne laboratorijske vježbe i praktičan dio obrazovnog programa omogućena primjena, pa samim time i iskustvo s područjem koje se ispituje ovim testom. U odnosu na njih gimnazijski program uglavnom obiluje teorijskim dijelom, koji je popraćen s nekoliko demonstracijskih pokusa, izuzetak su eventualno matematičke gimnazije. Osi na grafikonu 4, prikazanom dolje, definirane su na identičan način kao i na grafikonu 3.

50

Grafikon 4. Raspodjela učenika po uspjehuRaspodjela učenika po uspjehuRaspodjela učenika po uspjehuRaspodjela učenika po uspjehu ostvarenom na testu ostvarenom na testu ostvarenom na testu ostvarenom na testu Srednja vrijednost uspjeha ostvarenog na testu po skupinama:

o učenici škole „R. Bošković“ – 45,3% o učenici „I Tehničke škole - Tesle“ – 33,9% o učenici gimnazija – 36,8%

Najuspješnije rezultate ostvaruju učenici škole „R. Bošković“, tako što su u prosijeku točno riješili malo manje od polovine cijelog testa (29 zadataka).

Možemo odmah uočiti da su učenici škole „R. Bošković“ ostvarili najbolje rezultate i to za dva postotna razreda više u odnosu na gimnazije i učenike istog smjera u „I Tehničkoj školi“. Osim najboljih rezultata (76% riješen test) koje su ostvarili na testu, pokazalo se da to nije slučajnost niti rijetkost jer najveći broj testiranih učenika te skupine zadovoljava postotni razred u rasponu od 51% do 60%, što je puno bolje u odnosu na preostale dvije skupine koje kako vidimo, najviše ostvarenih rezultata bilježe u istom postotnom razredu (31%-40%).

Učenici iz „I Tehničke škole“ i gimnazija su ostvarili slične rezultate, zadovoljavaju iste najniže i najviše postotne razrede, ali po brojnosti, veći je broj učenika iz gimnazija ostvario svoje najbolje rezultate za razliku od učenika „I Tehničke škole“. Taj postotak nije jako velik ( 2% je razlika). S obzirom da su to niski rezultati jer najveći broj učenika ovih skupina je točno riješilo manje od polovicu testa, posljedica takvih rezultata za gimnazije je očito nedostatak praktičnog rada i primjene svladane teorije. Ostaje pitanje zašto su podjednako niski rezultati ostvareni i u tehničkoj školi (Tesli) koja po broju sati predavanja ne

51

zaostaje po gimnazijama, a kroz različite labose i praktikume se utvrđuje i primjenjuju teorija.

Pogledamo li na grafikonu 5 zadatke koji su bili najproblematičniji, možemo uočiti da su

učenici imali najmanje uspjeha na zadacima 12 (odnosi se na primjenu koncepta snage), 20 (odnosi se na razumijevanje mikroskopskog aspekt protjecanja struje) i 29 ( primjena koncepta napona i razlikovanje ukupnog napona u serijskom i paralelnom spoju). Na 12. pitanje nitko od učenika „I Tehničke škole“ nije točno odgovorio, većina je odabrala odgovor A - Iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula, jer je žarna nit vodič, i to oko 40%, dok su ostale dvije grupe ostvarile 6,1% (gimnazije) i 10,9 % („Ruđer Bošković). Na 20. i 29. zadatku najslabiji rezultat ostvaruju ponovno učenici „I Tehničke škole“, pa slijede učenici gimnazija i „R. Bošković“. To nam pokazuje da su učenici gimnazija pokazali bolje razumijevanje mikroskopskog aspekta protjecanja struje i primjene koncepta napona.

Grafikon 5. Prikaz točnih odgovora za tri grupe učenikaPrikaz točnih odgovora za tri grupe učenikaPrikaz točnih odgovora za tri grupe učenikaPrikaz točnih odgovora za tri grupe učenika Najbolje rezultate učenici ostvaruju na različitim zadacima:

a) učenici „R. Bošković“ škole na zadatku 5 – pokazuje da razlikuju ukupan otpor serijski u odnosu na paralelno spojena trošila

b) učenici „I Tehničke škole“ na zadatku 13 – pokazuje da nemaju problema kod transformacije realnih strujnih krugova u shematske dijagrame

c) učenici gimnazija na zadatku 8 – pokazuje da primjenjuju očuvanje struje u strujnom krugu, tj. naboja.

Na grafikon 6 je pojednostavljen prikaz postotka uspješnosti rješavanja zadataka iz testa putem kojeg dobivamo pregled frekvencije pojavljivanja određene skupine s najvišim postotkom rješivosti za svaki zadatak.

52

Grafikon 6. Prikaz rezultata po zadacimaPrikaz rezultata po zadacimaPrikaz rezultata po zadacimaPrikaz rezultata po zadacima Najviše točnih odgovora na cijelom testu ostvaruju učenici škole „R. Bošković“, 11 od ukupno 29, zatim učenici gimnazija – 4, te učenici „I Tehničke škole“ – 3. Učenici tehničkih škola u kojima je testiranje provedeno pohađaju isti smjer, strojarski tehničar. U „I Tehničkoj školi“ program fizike je osmišljen „kroz 2 sata predavanja na tjedan tokom prve tri godine, a treću i četvrtu godinu obrazovanja dobivaju i 4 sata tjedno za praktikume i radioničke vježbe“. U školi „R. Bošković“ predavanja iz fizike su 2 sata tjedno kroz sve četiri godine, a na četvrtoj godini uključene i vježbe, ali je dosta vježbi i praktičnog rada u sklopu elektronike. S obzirom na slični program, grafikon 7 nam pokazuje da su učenici škole „R. Bošković“ bolje riješili test, od ukupno 29 pitanja imaju najviše pitanja točno riješeno, a postotak točnih odgovora je bitno veći na pojedinim zadacima, usporedimo li ih s rezultatima učenika „I Tehničke škole“. Najveća razlika u postotku točnih odgovora vezana je za pitanje koje se odnosi na primjenu koncepta snage (pitanje 2), tu je razlika od 35%, jer su učenici „I Tehničke škole“ dali 10,5% točnih odgovora, a učenici „R. Boškovića“ 45,5%. Učenicima „I Tehničke škole“ problematična područja su primjena koncepta snage (12. i 2. zadatak) i razumijevanje očuvanja struje i mikroskopskog aspekta struje (17.i 20. zadatak). Na zadatku 23 učenici koriste pretkoncepciju o otporu, po kojoj otpor strujnog kruga poistovjećuju s otporom trošila (Na pitanje da li će se otpor žarulje u zatvorenom strujnom krugu promijeniti otvaranjem prekidača, najviše njih odabire ponuđeni odgovor – Otpor će postati 0). Poteškoće su otkrivene i u primjeni koncepta napona s obzirom na način spajanja elemenata u strujnom krugu (zadatak 29). Navedeni zadaci riješeni su s manje od 16% točnih odgovora, poredani prema redoslijedu od najlošijeg 12, 29, 17, 20, 22 i 2. Na zadatak 12, primjenu koncepta snage, imaju 0% točnih odgovora. Potrebno je napomenuti da dobiveni rezultati ukazuju na poteškoće koje učenicima predstavlja ovo gradivo. Zbog malog broja testiranih učenika, rezultate ne

53

možemo generalizirati na skupine kojima pripadaju. Usporedba rezultata po skupinama (tehničke škole, gimnazije) je napravljena kako bi vidjeli koja područja su najproblematičnija i u kojem su postotku određene poteškoće zastupljene.

Grafikon 7. Raspodjela učenika po uspjehu ostvarenom na testuRaspodjela učenika po uspjehu ostvarenom na testuRaspodjela učenika po uspjehu ostvarenom na testuRaspodjela učenika po uspjehu ostvarenom na testu Učenici škole „R. Bošković“ najslabije su riješili slijedeće zadatke, poredane od najslabijih prema višim rezultatima: 12, 11, 28, 20 i 29, a postotak točnih odgovora na te zadatke bio je u rasponu od 11%-20%. Kod ovih učenika pojavljuje se i pitanje 11 koji se odnosi na mikroskopski aspekt struje. Putem tog zadatka uviđamo da učenici u nedostatku razumijevanja primjenjuju najjednostavnije modele (Na pitanje zašto se svjetla u kućanstvima upale gotovo odmah, najčešće odabiru ponuđeni odgovor – Naboji u žici gibaju se vrlo velikom brzinom).

3.3.3.3. Razlike dobivenih rezultata na osnovi spolaRazlike dobivenih rezultata na osnovi spolaRazlike dobivenih rezultata na osnovi spolaRazlike dobivenih rezultata na osnovi spola

Psiholozi koji provode analize ličnosti i sposobnosti na osnovi različitih kriterija kroz raznovrsna istraživanja objavljuju da muški spol u postotku pokazuje više interesa za prirodne dok ženski spol za društvene predmete. Uostalom, stanje na prirodoslovnim fakultetima upravo potvrđuje tu činjenicu. Osim nedostatka afiniteta za fiziku kao jedno bitno područje prirodnih znanosti, „smatra se da je za žene potreban drugačiji pristup u njezinom učenju i poučavanju, a to između ostalog obuhvaća: širi interdisciplinarni pristup fizici, rano uvođenje u znanstveni rad i stalnu poduku o važnom doprinosu fizike svim drugim znanostima, industriji i kvaliteti života“.

54

Rezultat koji su ostvarile ove dvije skupine pokazuje nam grafikon 8. Obje skupine svoje najbolje rezultate bilježe u postotnom razredu 91%-100% , s tim da su žene brojnije 3 puta u toj skupini od muškaraca. Muškarci u nešto većem broju imaju zastupljene i više postotne razrede, dok je kod žena taj broj puno manji.

Grafikon 8. Prikaz uspješnosti žena i muškaraca na testiranjuPrikaz uspješnosti žena i muškaraca na testiranjuPrikaz uspješnosti žena i muškaraca na testiranjuPrikaz uspješnosti žena i muškaraca na testiranju Velika razlika u postignutim rezultatima između ovih skupina pokazala se na zadatku 4 (2,6 puta), muška populacija (55% točnih odgovora) nije imala poteškoća u razlikovanju serijski i paralelno spojenih elemenata u st. krugovima, za razliku od ženske populacije (21% točnih odgovora). Više ženske populacije (1,6 puta) nego muške je pokazalo veće razumijevanje u primjeni očuvanja energije, smatrajući bateriju kao izvora energije (zadatak 21). Obje skupine podjednako točnih odgovora ostvarile su na zadacima: 7 (66%) – pokazuje razumijevanje ovisnosti struje o naponu i da se napon serijski spojenih izvora zbraja, 15 (64%) – pokazuju razumijevanje ovisnosti struje o naponu u paralelnom spoju te ispravnu primjenu koncepta napona u razgranatom strujnom krugu, 25 (64%) – pokazuje razumijevanje ovisnosti struje o ukupnom otporu u strujnom krugu. Navedena područja riješena su sa velikim postotkom u odnosu na ostala pitanja, pa možemo zaključiti da su ona svladana. Najviše problematike primijećeno je u područjima razumijevanja mikroskopskog aspekta struje (11 i 20), poistovjećivanje napona i struje (28) i objašnjavanje pojava u st. krugovima (sa različito spojenim elementima, mješoviti spojevi) pomoću napona (29). Iako su to najlošije riješeni zadaci, s najmanje točnih odgovora, ženska populacija je ipak malo bolje riješila sva tri zadatka.

55

4.5.24.5.24.5.24.5.2 Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj Usporedba rezultata testiranja provedenog u Hrvatskoj i i i i SADSADSADSAD----uuuu Znanstvenici koji su konstruirali ovaj konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova, proveli su opsežno testiranje učenika i studenata u srednjim školama i fakultetima mnogih država SAD-a. Rezultati dobivenih istraživanja i testiranja pokazuju da studenti nakon više godina učenja fizike kao i učenici pokazuju slabo razumijevanje u istom području, što nam sugerira na trajnost i otpornost pretkoncepcija koje posjeduju. Naši rezultati testiranja potvrđuju istu karakteristiku pretkoncepcija i na ovim prostorima. Poteškoće su zabilježene na istim područjima, od kojih je najproblematičniji mikroskopski aspekt struje (zadatak 20) i interpretacija baterije kao konstantnog izvora napona (zadatak 28.). Rezultati dobiveni u SAD-u pokazuju na veliku zastupljenost potrošačkog modela . Razlike na osnovu spola u SAD-u pokazuju da je muška populacija pokazuje puna veći interes za testirano područje i ostvaruju bolje rezultate. Razlike su testirane i kod muških i ženskih učenika, te muških i ženskih studenata. Rezultati pokazuju da nema značajnije razlike u njihovom uspjehu, da na svim stupnjevima obrazovanja muška populacija postiže bolji uspjeh. Kod nas se pokazalo malo drugačije, na grafikonu 8 vidimo da ženska populacija prati rezultate muške po uspjehu i čak ostvaruje nešto bolje rezultate u problematičnim područjima.

56

5555 Implementacija u nastaviImplementacija u nastaviImplementacija u nastaviImplementacija u nastavi ŠkolaŠkolaŠkolaŠkola: osnovna RazredRazredRazredRazred: osmi Nastavni predmetNastavni predmetNastavni predmetNastavni predmet: Fizika Nastavna cjelinaNastavna cjelinaNastavna cjelinaNastavna cjelina: Elektricitet i magnetizam Nastavna jedinicaNastavna jedinicaNastavna jedinicaNastavna jedinica: Što je to električni strujni krug TrajanjeTrajanjeTrajanjeTrajanje: 2 školska sata Mjesto održavanja nastaveMjesto održavanja nastaveMjesto održavanja nastaveMjesto održavanja nastave: Učionica za izvođenje pokusa CiljCiljCiljCilj: shvatiti izvor električne energije kao pokretač struje koja prolazi metalnim vodičima u zatvorenom strujnom krugu Materijalni zadaciMaterijalni zadaciMaterijalni zadaciMaterijalni zadaci

• putem pokusa otkriti uvjet u kojem žarulja spojena na bateriju svijetli • ustanoviti da struja teče samo kada je strujni krug zatvoren • uvjeriti se da el. struja kruži unutar strujnog kruga, od el. izvora do trošila,

pa natrag do izvora • konstrukcija modela protjecanja struje u strujnom krugu, usvajanje

elemenata jednostavnog strujnog kruga: izvor el. energije, trošilo, vodič (i sklopka)

• usvajanje simbola elemenata strujnog kruga • shematski prikaz jednostavnog strujnog kruga

Funkcionalni zadaciFunkcionalni zadaciFunkcionalni zadaciFunkcionalni zadaci • razvijanje sposobnosti promatranja i opisivanja • razvijanje sposobnosti usmenog i pismenog (opis, sheme) izražavanja prilikom

opisivanja svojih opažanja • razvijanje sposobnosti kreiranja misaonog modela

Odgojni zadaciOdgojni zadaciOdgojni zadaciOdgojni zadaci

• poticati istraživački pristup u otkrivanju novih fizikalnih pojava • razvijati pozitivan odnos prema radu u skupinama i toleranciju

Otvaranjem ove nastavne cjeline s nastavnom jedinicom Što je to strujni krug, želimo se odmah upoznati s idejama koje učenici posjeduju o jednom od osnovnih koncepata – strujnim krugom. Strujni krug će pomoći učenicima u konstrukciji ispravnog modela protjecanja struje, pa i samim time zahtjeva za ostvarenjem jednostavnog strujnog kruga.

57

Sat započinje nastavnik razgovorom. Razgovor je orijentiran na otkrivanje iskustava koje učenici već posjeduju: N: Da li ste čuli za izraz električna struja? Što možete reći o el. struji, možete li ju opisati? U: (pretpostavljeni odgovori) Struju imamo u žarulji, u sušilu za kosu i svim onim uređajima koji rade nakon što se žicom priključe u utičnicu. Struju plaćamo… Nakon toga slijedi rasprava u kojoj će učenici shvatiti da je to što oni vide i povezuju sa strujom (sjaj žarulja, topli zraka iz sušila za kosu) njezin učinak i da je na taj način prepoznajemo, a da samu struju ne možemo zorno predočiti. N: Kada i kuda protječe struja? Možemo se nadovezati na prethodnu spoznaju da je struja nevidljiva, pa da su nam potrebni uvjeti u kojima ćemo stvarati pretpostavke na osnovu vanjskih pokazatelja (kao što je sjaj žarulje ili topli zrak sušila za kosu), jer jedino tako možemo zaključivati o onome što nam prostim okom nije vidljivo i konstruirati model o protjecanju struje u strujnom krugu. Pokus 1Pokus 1Pokus 1Pokus 1 Učenike podijelimo u grupe (3-4 člana) Pribor: baterija, žarulja i žice

a) Potrebno je spojiti bateriju i žarulju žicom tako da žarulja svijetli. Spojeve predočiti crtežom, označiti u kojima je žarulja svijetlila i one u kojima nije, te objasniti zašto.

b) Potrebno je spojiti žarulju i bateriju dvjema žicama. Spojeve predočiti crtežom i označiti one koji su kojima je žarulja svijetlila i one u kojima nije.

Obilazeći učenike, nastavnik zapaža sljedeće od mogućih spojeva:

• Prvi i najčešći pokušaj uvijek uključuje samo jednu žicu i izgleda kao na slici 10.

Slika 10. Žarulja i baterijaŽarulja i baterijaŽarulja i baterijaŽarulja i baterija

58

• Ostali pokušaji izgledaju kao na slici 11.

Slika 11. Načini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterijeNačini spajanja žarulje i baterije (Engelhardt P., Beichner R. J., Students` understanding of direct current resistive electrical circuits Nakon što postignu da žarulja svijetli , nastavnik svima postavlja pitanje. N: Koji uvjet mora biti ispunjen da bi žarulja svijetlila? Po jedan učenik iz svake grupe treba nacrtati krug u kojem su postigli da žarulja svijetli. Slijedi rasprava o konstrukciji žarulje. Nastavnik na jednoj žarulji može učenicima pokazati njezine osnovne dijelove, kako bi učenici mogli vidjeti kojim putem protječe struja. Učenike možemo zatražiti da sami nacrtaju žarulju prema stvarnom modelu, tako će oni uvidjeti i zapamtiti da postoje dva mjesta na žarulji koje je potrebno povezat da bi dobili krug. Kao potvrda zaključka da žarulja ima dvije kontaktne točke i da je obje potrebno povezati s baterijom (izvorom) kako bi ostvarili zatvoreni st. krug i postigli da žarulja svijetli, slijedi analiza st. krugova u kojima učenici to nisu postigli. Učenici su ovim jednostavnim pokusom ostvarili temelj za konstrukciju znanja o strujnom krugu, njihove zamisli ovdje su rezultat otkrića, a ne naučene ili prenesene činjenice. N: Što se troši u žarulje dok ona svijetli? Učenici su učili u sedmom razredu o pretvorbi energije. Potrebno je navesti da je žarulja trošilo u strujnom krugu. Potrebno ih je prisjetiti koje pretvorbe energije se događaju u žarulji, pa i u bateriji. N: Kako je el. energija dospjela u žarulju? Učenike pitati za prijedlog kako bi osmislili pokus koji će dati odgovor na ovo pitanje. Tako im dajemo prostora za kreativnost. Sve njihove prijedloge je potrebno razmotriti, a odbijene i prihvaćene komentirati. Izvodi se pokus kojim se pokazuje da prekidom žice ( na bilo kojem mjestu) u zatvorenom strujnom krugu, žarulja ne svijetli, struja ne teče i energija se ne prenosi. Ta energija dakle, dolazi iz baterije. N:Kako zamišljate struju u strujnom krugu? Možete li opisati njezino ponašanje? Na ovo pitanje učenici iznose svoje ideje, predkoncepcije u potrazi za modelom ponašanja struje. Bitno je da ih tražimo objašnjenje za modele koje navode kako bi

59

imali što bolji uvid u njihove zamisli koje je potrebno odbaciti i zamijeniti s ispravnim modelom. Kroz istraživanja otkriveno je nekoliko najčešće korištenih pogrešnih modela:

a) Žarulja i baterija se spajaju jednom žicom, bilo koji pol baterije se spoji s bazom žarulje – jednopolni model strujnog kruga (slika 1). Struja teče direktno u žarulju i ona svijetli.

b) Žarulja je spojena s dvije žice na bateriju, iz obiju žica struja teče iz baterije prema žarulji – sudarački model.

c) Iz pozitivnog pola baterije teče pozitivna struja, a iz negativnog negativna struja. Obje se ujedine u žarulji i ona zato svijetli.

d) Potrošački model. Struja putuje iz baterije u žarulju (jednom žicom), pa se vraća natrag u bateriju (kroz drugu žicu). Struja se potroši u žaruljici, pa je na izlasku iz žaruljice manja.

e) Struja kruži strujnim krugom stalno i jednaka je na ulazu i izlazu u žarulju. Raspravlja se o navedenim modelima i pokusom provjeravaju navedene pretpostavke.

a) Taj se model odbacuje čim se pokusom ustanovi da žarulja ne može svijetliti u takvom spoju.

b) Izvodimo pokus s ampermetrom (prethodno učenicima kažemo da je to uređaj za mjerenje struje) uključenim u jednostavni strujni krug. Učenici uočavaju otklon kazaljke ampermetra. Ovaj je pokus potrebno izvoditi s ampermetrom koji ima nulu na sredini svoje mjerne skale. Ponavljamo pokus tako da zamijenimo polove baterije (položaj + i – pola). Na ampermetru se uočava otklon kazaljke u suprotnom smjeru. Učenici uočavaju da postoji samo jedna struja u strujnom krugu i da je ona jednosmjerna (u smjeru kazaljke na satu ili suprotnom smjeru). Pokus pokazuje da je model netočan i odbacuje se.

c) Prethodnim pokusom i ovaj se model pokazao netočnim. d) Pokusom s ampermetrima se učenike treba uvjeriti da se struja ne troši dok

kruži strujnim krugom. Ampermetar se postavlja ispred i iza trošila tako da učenici mogu vidjet kako pokazuje jednaku struju.

Nakon odbačenih pogrešnih modela, izvodi se zaključak da je najprihvatljiviji model po kojem struja kruži od baterije u žarulju i natrag u bateriju. Spoj žarulje s izvorom koji omogućuje prijenos energije kruženjem struje, naziva se jednostavnim strujnim krugom. U takvom spoju potrošač (žarulja) energiju za potrošnju dobiva iz izvora (baterije). Učenici su naveli dva modela kruženja struje u strunom krugu, potrošački je model neispravan i pokusom u kojem mijenjamo položaj ampermetra (ispred i iza žarulje) omogućavamo učenicima da odbace ideju o potrošnji struje u žarulji i prihvate da je ona jednaka u cijelom strujnom krugu. Ukoliko se pojavi neki od modela koje nismo naveli, potrebno je kroz raspravu, pokus ili oboje omogućiti rekonstrukciju u ispravan model. Učenike je potrebno upoznati s međunarodnim simbolima za elemente strujnom kruga i da se pomoću njih shematski crtaju strujni krugovi. Zbog

60

jednostavnosti i preglednosti koriste se shematski prikazi umjesto crteža stvarnih strujnih krugova.

Slika 17. Elementi jednostavnog strujnog krugaElementi jednostavnog strujnog krugaElementi jednostavnog strujnog krugaElementi jednostavnog strujnog kruga Prije nego učenicima podijelimo pitanja i zadatke kojima možemo provjeriti koliko su razumjeli izneseni sadržaj, možemo ih pitati da li bi mogli navesti još neke primjere u kojima imamo slične kružne procese. Pitanja kojima možemo provjeriti koliko su razumjeli izneseni sadržaj:

1. Od čega se svaki strujni krug sastoji? → Očekivani je odgovor: izvor el. energije, trošilo, žice za spajanje ( i prekidač)

2. Što nas navodi na pomisao da el. struju shvatimo kao nešto što protječe strujnim krugom?

→ Očekivani je zaključak: prekinemo li strujni krug nema vidljivog učinka struje što znači da ona ne teče. 3. Što trošimo korištenjem kućanskih aparata?

→ Trošimo el. energiju. Potrošnju plaćamo putem mjesečnih računa.

KorišKorišKorišKorištttteeeena literaturana literaturana literaturana literatura

1. Udžbenici Paar, V., Fizika 8, Školska knjiga (2004.) Šindler, G., Mikuličić. B., Fizika 8, Školska knjiga (2000.) Milotić B., Mikuličić B. i Prelovšek-Peroš, Otkrivamo fiziku 8, Školska knjiga (2006.) Šindler, G., Mikuličić B., Fizika 8 – Svezak B, Školska knjiga (1995.) 2. Priručnici: Mikuličić, B. i Buljan I., Otkrivamo fiziku 8, Školska knjiga (2006.)

61

ZaključakZaključakZaključakZaključak Ovaj diplomski rad posvećen je istraživanju konceptualnog razumijevanja jednostavnih krugova, problematike koju ta cjelina predstavlja našim učenicima i studentima na fakultetima. Iz dosadašnjih saznanja fizika se nalazi među predmetima koje učenici nerado uče, a područje elektriciteta ne rangira visoko u području njihovih interesa. Električni strujni krugovi, interpretacija pojava koje se u njima dešavaju te njihova primjena u stvarnom životu, zahtijeva razumijevanje osnovnih koncepata kao što su struja, napon, otpor, el. energija, snaga. Osim razumijevanja tih učenicima apstraktnih pojmova, nastavnici su suočeni s nemogućnošću da učenicima pruže vizualno iskustvo s tim konceptima jer oni predstavljaju misaone konstrukcije. Putem strujnih krugova, uočavanjem i analiziranjem nastalih promjena, razgovorom, iznošenjem i provjerom hipoteza, korištenjem analogija (najbolje iz stvarnog života), stvara se iskustvo kod učenika, koje će kroz daljnji rad omogućiti kvalitetnu konstrukciju, spoznaju i razumijevanje. Da bi omogućili učenicima lakšu i kvalitetniju spoznaju, naši i strani stručnjaci proveli su razna istraživanja koja otkrivaju mnoštvo pretkoncepcija, navedenih u trećem poglavlju. Rezultati njihova rada od posebne su važnosti za nastavnike koji su u direktnom odnosu s učenicima i mogu djelovati na njih. U novije vrijeme često se ističe doprinos fizike u drugim znanostima, pa i kvaliteti života, zašto se ne bi taj doprinos iskoristio za raznovrsnije i naprednije poučavanje fizike? Informacijsko komunikacijska tehnologija svojim razvojem mijenja način ljudskog ponašanja, što se najviše reflektira na obavljanju različitih poslova, od onih svakodnevnih, uobičajenih, pa do raznih poslovnih rješenje. Računalna tehnologija, putem raznovrsnih softverski rješenja nudi alternativne pristupe za efikasnije obavljanje raznih procesa definiranih u pojedinoj grani djelovanja. Primjena Claroline sustava za učenje u ovom je diplomskom radu poslužila da pokaže njezinu efikasnost kod testiranja, a to je samo jedan o njezinih alata koji se koristi za organiziranje i provjeru učenja. Različiti multimedijalni prikazi fizikalnih sadržaja, animacije i java apleti u nastavi fizike trebaju se iskoristiti u svrhu vizualizacije. Sve se više primjera svakim danom pojavljuje na Interneta, izrađuju se on-line knjige sa trodimenzionalnim animacijama. Uz novije udžbenike fizike dolazi i CD koji sadrži prikazane slike, pokuse i kvizove, ali njihova korisnost nije potpuna ukoliko se oni tretiraju kao dodatan sadržaj i daje se učenicima kao materijal za kućnu upotrebu, već se treba iskoristiti na nastavi u toku nastavne cjeline koja se obrađuje. Iako materijalno visoki, zahtjevi za unaprjeđenje školstva u kvalitetnom poučavanju i učenju nastavnog sadržaja, investicija su u budućnost koja se višestruko isplati. Učiti znači otkrivati ono što već znate. Raditi znači pokazivati da to znate. Poučavati znači podsjećati druge da to znaju jednako kao i vi. Richard BachRichard BachRichard BachRichard Bach

62

LiteraturaLiteraturaLiteraturaLiteratura

• Šverko, B., Psihologija: mišljenje i inteligencija, Školska knjiga – Zagreb (1996.)

• Jelavić, F., Didaktika, Slap – Jastrebarsko (1998.)

• Šindler, G., Metodološke osnove oblikovanja početne nastave fizike, Školska

knjiga – Zagreb (1980.) • Driver, Guesne and Tiberghien, Children´s Ideas In Science, Philadelphia

(1985.)

• http://nastava.hfd.hr/simpozij/2001/2001-Planinic,Krsnik,Pecina.pdf. (20.9.2006.)

• http://www.carnet.hr/referalni/obrazovni/mkod/metodika, (1.10.2006.)

• www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/E4.html (1.10.2006.)

• http://www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/C2.html (1.10.2006.)

• Shaffer. P., McDermott L., Design of instructional strategies, Am J. Phys.

(1992.)

• Engelhardt P., Beichner R. J., Students` understanding of direct current resistive electrical circuits, http://aapt.org/ajp (2004.)

• Martinis M., Vujnović V., Paar V., Valovi i čestice – priručnik za učenike, Školska knjiga (1986.)

63

ReferenceReferenceReferenceReference Šverko, B., Psihologija, str. 91, (str. u tekstu 2) Jelačić, F., Didaktika, str. 14, (str. u tekstu 3) Šindler, G., Metodološke osnove oblikovanja početne nastave fizike, str. 44, (str. u tekstu 9) Ponomarev L. I., Kvantna kocka, str. 161, (str. u tekstu 12) Shipstone D., Electricity in Simple Circuits, str. 37, (str. u tekstu 20) Engelhardt P., Beichner R. J., Students` understanding of direct current resistive electrical circuits, http://aapt/org/ajo, (str. u tekstu 20) Psillos D., Teaching introductory electricity, (str. u tekstu 21) http://www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/E4.html (1.11.2006.), (str. u tekstu 21) McDermot C., Shaffer P., Investigation of student understanding, str. 996, (str. u tekstu 23) Shipstone D., Electricity in Simple Circuits, str. 43, (str. u tekstu 25) Reinders D., Learning And Understanding Key Concepts of Electricity, http://www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/C2.html (1.11.2006), (str. u tekstu 28) Shipstone D., Electricity in Simple Circuits, str.46, (str. u tekstu 28) Shipstone D., Electricity in Simple Circuits, str. 35, (str. u tekstu 31) Shaffer. P., MvDermott L., Design of instructional strategies, str. 100, (str. u teskstu 34) http://www.tesla.hr, (1.12.2006), (str. u tekstu 52) Konferencija o ženama u fizici, www.hfd.hr/hr/news/EPS-wom-pri.pdf, (1.12.2006.), (str. u tekstu 53)

64

PrilogPrilogPrilogPrilog Konceptualni test iz jednostavnih strujnih krugovaKonceptualni test iz jednostavnih strujnih krugovaKonceptualni test iz jednostavnih strujnih krugovaKonceptualni test iz jednostavnih strujnih krugova 1) Da li se naboji troše u žarulji, pretvarajući se u svjetlost?1) Da li se naboji troše u žarulji, pretvarajući se u svjetlost?1) Da li se naboji troše u žarulji, pretvarajući se u svjetlost?1) Da li se naboji troše u žarulji, pretvarajući se u svjetlost? (A) Da. Naboji koji prolaze kroz nit žarulje proizvode ''trenje'', koje grije nit i proizvodi svjetlost. (B) Da. Naboji se emitiraju. (C) Ne. Naboj je očuvan. On samo prelazi u druge oblike poput topline i svjetlosti. (D) Ne. Naboj je očuvan. Naboji koji prolaze kroz nit proizvode ''trenje'', koje grije nit i proizvodi svjetlost. 2) Što će se dogoditi sa snagom otpornika A, spojenog u strujni krug 1, ako2) Što će se dogoditi sa snagom otpornika A, spojenog u strujni krug 1, ako2) Što će se dogoditi sa snagom otpornika A, spojenog u strujni krug 1, ako2) Što će se dogoditi sa snagom otpornika A, spojenog u strujni krug 1, ako mu se doda otpornik B, kako je prikazano u strujnom krugu 2 ? mu se doda otpornik B, kako je prikazano u strujnom krugu 2 ? mu se doda otpornik B, kako je prikazano u strujnom krugu 2 ? mu se doda otpornik B, kako je prikazano u strujnom krugu 2 ? (A) Povećat će se. (B) Smanjit će se. (C) Ne mijenja se. 3) Promotrite prikazane strujne krugove. Koji strujni krug ili 3) Promotrite prikazane strujne krugove. Koji strujni krug ili 3) Promotrite prikazane strujne krugove. Koji strujni krug ili 3) Promotrite prikazane strujne krugove. Koji strujni krug ili krugovi primaju najviše energije u sekundi? krugovi primaju najviše energije u sekundi? krugovi primaju najviše energije u sekundi? krugovi primaju najviše energije u sekundi? (A) Strujni krug 1. (B) Strujni krug 2. (C) Strujni krug 3. (D) Strujni krug 1 = Strujni krug 2. (E) Strujni krug 2 = Strujni krug 3.

65

4) Promotrite sljedeće strujne krugove.4) Promotrite sljedeće strujne krugove.4) Promotrite sljedeće strujne krugove.4) Promotrite sljedeće strujne krugove.

Koji strujni krug /Koji strujni krug /Koji strujni krug /Koji strujni krug / krugovi se sastoji /sastoje od dviju žarulja spojene paralelno s krugovi se sastoji /sastoje od dviju žarulja spojene paralelno s krugovi se sastoji /sastoje od dviju žarulja spojene paralelno s krugovi se sastoji /sastoje od dviju žarulja spojene paralelno s batbatbatbaterijom?erijom?erijom?erijom? (A) A (B) B (C) C (D) A i C (E) A, C i D 5) Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2. Grana je dio strujnog 5) Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2. Grana je dio strujnog 5) Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2. Grana je dio strujnog 5) Usporedite otpor grane 1 s otporom grane 2. Grana je dio strujnog kruga. Koja grana ima manji otpor? kruga. Koja grana ima manji otpor? kruga. Koja grana ima manji otpor? kruga. Koja grana ima manji otpor? (A) Grana 1. (B) Grana 2. (C) Nijedna. Otpor je isti. 6) Poredajte napone između točaka 1 i 2 (U6) Poredajte napone između točaka 1 i 2 (U6) Poredajte napone između točaka 1 i 2 (U6) Poredajte napone između točaka 1 i 2 (U12 12 12 12 ), točaka 3 i 4 (U), točaka 3 i 4 (U), točaka 3 i 4 (U), točaka 3 i 4 (U34 34 34 34 ), i točaka ), i točaka ), i točaka ), i točaka 4 i 5 (U 4 i 5 (U 4 i 5 (U 4 i 5 (U45 45 45 45 ) u prikazanom strujnom krugu od najveće prema najmanjoj.) u prikazanom strujnom krugu od najveće prema najmanjoj.) u prikazanom strujnom krugu od najveće prema najmanjoj.) u prikazanom strujnom krugu od najveće prema najmanjoj. (A) U12; U34 ; U45 (B) U12; U45; U34 (C) U34; U45; U12 (D) U34 = U45; U12 (E) U12; U34 = U45 7) Usporedite sjaj žarulje u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje u strujnom 7) Usporedite sjaj žarulje u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje u strujnom 7) Usporedite sjaj žarulje u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje u strujnom 7) Usporedite sjaj žarulje u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje u strujnom krugu 2. Koja žarulja jače svijetli? krugu 2. Koja žarulja jače svijetli? krugu 2. Koja žarulja jače svijetli? krugu 2. Koja žarulja jače svijetli? (A) Žarulja u strujnom krugu 1. (B) Žarulja u strujnom krugu 2. (C) Nijedna, obje svijetle jednako.

66

8) Usporedite struju koja prolazi kroz točku 1 sa strujom koja prolazi kroz 8) Usporedite struju koja prolazi kroz točku 1 sa strujom koja prolazi kroz 8) Usporedite struju koja prolazi kroz točku 1 sa strujom koja prolazi kroz 8) Usporedite struju koja prolazi kroz točku 1 sa strujom koja prolazi kroz točku 2 u prikazanom točku 2 u prikazanom točku 2 u prikazanom točku 2 u prikazanom strujnom krugu. Kroz koju točku prolazi jača strujnom krugu. Kroz koju točku prolazi jača strujnom krugu. Kroz koju točku prolazi jača strujnom krugu. Kroz koju točku prolazi jača struja? struja? struja? struja? (A) Kroz točku 1. (B) Kroz točku 2. (C) Struja je jednaka u obje točke. 9) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?9) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?9) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?9) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti? (A) A (B) C (C) D (D) A i C (E) B i D 10) Usporedite sjaj žarulja A i B u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje C u 10) Usporedite sjaj žarulja A i B u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje C u 10) Usporedite sjaj žarulja A i B u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje C u 10) Usporedite sjaj žarulja A i B u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje C u strujnom krugu 2. Koja žarulja ili žarulje najjače svijetli /svijetle? strujnom krugu 2. Koja žarulja ili žarulje najjače svijetli /svijetle? strujnom krugu 2. Koja žarulja ili žarulje najjače svijetli /svijetle? strujnom krugu 2. Koja žarulja ili žarulje najjače svijetli /svijetle? (A) A (B) B (C) C (D) A = B (E) A = C 11) Zašto se svjetla u vašim kućama upale gotovo trenutno?11) Zašto se svjetla u vašim kućama upale gotovo trenutno?11) Zašto se svjetla u vašim kućama upale gotovo trenutno?11) Zašto se svjetla u vašim kućama upale gotovo trenutno? (A) Naboji se već nalaze u žici. Kada se strujni krug zatvori, dolazi do brze preraspodjele površinskog naboja u strujnom krugu. (B) Naboji pohranjuju energiju. Kad se strujni krug zatvori, energija se oslobađa. (C) Naboji u žici gibaju se vrlo velikom brzinom. (D) Strujni krugovi u kući su spojeni paralelno. Zbog toga, struja već teče.

67

12) Razmotrite snagu koju dobije 12) Razmotrite snagu koju dobije 12) Razmotrite snagu koju dobije 12) Razmotrite snagu koju dobije svaki od otpornika u prikazanim svaki od otpornika u prikazanim svaki od otpornika u prikazanim svaki od otpornika u prikazanim strujnim krugovima. U kojem je strujnom krugu ili krugovima strujnim krugovima. U kojem je strujnom krugu ili krugovima strujnim krugovima. U kojem je strujnom krugu ili krugovima strujnim krugovima. U kojem je strujnom krugu ili krugovima dobivena snaga najmanja? dobivena snaga najmanja? dobivena snaga najmanja? dobivena snaga najmanja? (A) U strujnom krugu 1. (B) U strujnom krugu 2. (C) U strujnom krugu 3. (D) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 2. (E) U strujnom krugu 1 = strujnom krugu 3. 13) Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan 13) Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan 13) Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan 13) Koji shematski dijagram najbolje predstavlja stvarni strujni krug prikazan na slici?na slici?na slici?na slici? Strujni krug (A) A (B) B (C) C (D) D (E) Nijedan od prikazanih. 14) Kako se otpor među krajnjim točkama mijenja kada se prekidač zatvori?14) Kako se otpor među krajnjim točkama mijenja kada se prekidač zatvori?14) Kako se otpor među krajnjim točkama mijenja kada se prekidač zatvori?14) Kako se otpor među krajnjim točkama mijenja kada se prekidač zatvori? (A) Povećava se. (B) Smanjuje se. (C) Ostaje isti.

68

15) Kako će se promijeniti napon između točaka 1 i 2 ako uklonimo žarulju A ?15) Kako će se promijeniti napon između točaka 1 i 2 ako uklonimo žarulju A ?15) Kako će se promijeniti napon između točaka 1 i 2 ako uklonimo žarulju A ?15) Kako će se promijeniti napon između točaka 1 i 2 ako uklonimo žarulju A ? (A) Povećat će se. (B) Smanjit će se. (C) Ostat će isti. 16) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 16) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 16) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 16) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u strujnom krugu 2. Koja žarulja svijetli slabije? strujnom krugu 2. Koja žarulja svijetli slabije? strujnom krugu 2. Koja žarulja svijetli slabije? strujnom krugu 2. Koja žarulja svijetli slabije? (A) Žarulja A u strujnom krugu 1. (B) Žarulja A u strujnom krugu 2. (C) Obje svijetle jednako. 17) Poredajte struje koje prolaze točkama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjače prema 17) Poredajte struje koje prolaze točkama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjače prema 17) Poredajte struje koje prolaze točkama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjače prema 17) Poredajte struje koje prolaze točkama 1, 2, 3, 4, 5 i 6 od najjače prema najslabijoj. najslabijoj. najslabijoj. najslabijoj. (A) 5, 1, 3, 2, 4, 6 (B) 5, 3, 1, 4, 2, 6 (C) 5 = 6, 3 = 4, 1 = 2 (D) 5 = 6, 1 = 2 = 3 = 4 (E) 1 = 2 = 3 = 4 = 5 18) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?18) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?18) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti?18) U kojem će strujnom krugu /krugovima žarulja svijetliti? (A) A (B) B (C) D (D) B i D

69

(E) A i C 19) Što će se dogoditi sa sjajem žarulja A i B kad se žicom s19) Što će se dogoditi sa sjajem žarulja A i B kad se žicom s19) Što će se dogoditi sa sjajem žarulja A i B kad se žicom s19) Što će se dogoditi sa sjajem žarulja A i B kad se žicom spoje točke 1 i 2 ?poje točke 1 i 2 ?poje točke 1 i 2 ?poje točke 1 i 2 ? (A) Pojačat će se. (B) Smanjit će se. (C) Ostat će isti. (D) A će svijetliti jače od B. (E) Nijedna žarulja neće svijetliti. 20) Je li iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula ili j20) Je li iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula ili j20) Je li iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula ili j20) Je li iznos električnog polja u volframovoj niti žarulje jednak nula ili je e e e različit od nule? različit od nule? različit od nule? različit od nule? (A) Jednak je nuli, jer je nit žarulje vodič. (B) Jednak je nuli, jer struja teče. (C) Različit je od nule, jer je strujni krug zatvoren i struja protječe. (D) Različit je od nule, jer na površini niti žarulje ima naboja. 21) Usporedite energiju koju svake sekunde prima žarulja u strujnom 21) Usporedite energiju koju svake sekunde prima žarulja u strujnom 21) Usporedite energiju koju svake sekunde prima žarulja u strujnom 21) Usporedite energiju koju svake sekunde prima žarulja u strujnom krugu 1 s energijom koju svake sekunde primaju žarulje u strujnom krugu 1 s energijom koju svake sekunde primaju žarulje u strujnom krugu 1 s energijom koju svake sekunde primaju žarulje u strujnom krugu 1 s energijom koju svake sekunde primaju žarulje u strujnom krugu 2. Koja žarulja ili žarulje primaju najmanje energije u sekundi? krugu 2. Koja žarulja ili žarulje primaju najmanje energije u sekundi? krugu 2. Koja žarulja ili žarulje primaju najmanje energije u sekundi? krugu 2. Koja žarulja ili žarulje primaju najmanje energije u sekundi? (A) A (B) B (C) C (D) B = C (E) A = B = C 22) Koji stvarni strujni krug /krugovi odgovara prikazanom shematskom 22) Koji stvarni strujni krug /krugovi odgovara prikazanom shematskom 22) Koji stvarni strujni krug /krugovi odgovara prikazanom shematskom 22) Koji stvarni strujni krug /krugovi odgovara prikazanom shematskom dijagramu?dijagramu?dijagramu?dijagramu? Shematski dijagram

70

(A) B (B) C (C) D (D) A i B (E) C i D 23) Što će se dogoditi s otporom žarulje odmah nakon otvaranja prekidača?23) Što će se dogoditi s otporom žarulje odmah nakon otvaranja prekidača?23) Što će se dogoditi s otporom žarulje odmah nakon otvaranja prekidača?23) Što će se dogoditi s otporom žarulje odmah nakon otvaranja prekidača? (A) Otpor će se povećati. (B) Otpor će se smanjiti. (C) Otpor će ostati isti. (D) Otpor će postati 0. 24) Udvostručimo li struju koja protječe kro24) Udvostručimo li struju koja protječe kro24) Udvostručimo li struju koja protječe kro24) Udvostručimo li struju koja protječe kroz bateriju, hoće li se z bateriju, hoće li se z bateriju, hoće li se z bateriju, hoće li se napon u bateriji udvostručiti ? napon u bateriji udvostručiti ? napon u bateriji udvostručiti ? napon u bateriji udvostručiti ? (A) Da, jer Ohmov zakon kaže V = IR. (B) Da, jer povećavajući otpor povećavamo i napon. (C) Ne, jer ako udvostručimo struju, smanjujemo napon za polovicu. (D) Ne, jer je napon svojstvo baterije. (E) Ne, jer je napon svojstvo svih elemenata u strujnom krugu. 25) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 25) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 25) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u 25) Usporedite sjaj žarulje A u strujnom krugu 1 sa sjajem žarulje A u strujnom krugu 2. Koja žarulja jače svijetli ? strujnom krugu 2. Koja žarulja jače svijetli ? strujnom krugu 2. Koja žarulja jače svijetli ? strujnom krugu 2. Koja žarulja jače svijetli ? (A) Žarulja A u strujnom krugu 1. (B) Žarulja A u strujnom krugu 2. (C) Obje svijetle jednako. 26) Kako će svijetliti žarulje A i B povećamo li otpor C?26) Kako će svijetliti žarulje A i B povećamo li otpor C?26) Kako će svijetliti žarulje A i B povećamo li otpor C?26) Kako će svijetliti žarulje A i B povećamo li otpor C?

71

(A) Žarulja A će svijetliti isto kao i prije, a žarulja B će svijetliti slabije. (B) Žarulja A će svijetliti slabije, a žarulja B će svijetliti isto kao i prije. (C) Žarulje A i B će svijetliti jače. (D) Žarulje A i B će svijetliti slabije. (E) Žarulje A i B će svijetliti jednako kao i prije. 27) Hoće li sve žarulje svijetli27) Hoće li sve žarulje svijetli27) Hoće li sve žarulje svijetli27) Hoće li sve žarulje svijetliti jednako?ti jednako?ti jednako?ti jednako?

(A) Da, jer su sve one u strujnom krugu spojene na isti način. (B) Ne. Samo će žarulja B svijetliti. Spojevi žarulja A, C i D nisu ispravni. (C) Ne. Samo će se žarulja D svijetliti. Jedino je D zatvoreni strujni krug. (D) Ne. Žarulja C neće svijetliti ali A, B i D hoće. 28) Koliki je napon između točaka A i B?28) Koliki je napon između točaka A i B?28) Koliki je napon između točaka A i B?28) Koliki je napon između točaka A i B? (A) 0 V. (B) 3 V. (C) 6 V. (D) 12 V. 29) Kako će svijetliti žarulje A i B kad se prekidač zatvori?29) Kako će svijetliti žarulje A i B kad se prekidač zatvori?29) Kako će svijetliti žarulje A i B kad se prekidač zatvori?29) Kako će svijetliti žarulje A i B kad se prekidač zatvori? (A) Žarulja A će svijetliti isto ako i prije, a žarulja B će svijetliti slabije. (B) Žarulja A će svijetliti jače, a žarulja B slabije. (C) Žarulje A i B će svijetliti jače. (D) Žarulje A i B će svijetliti slabije. (E) Žarulje A i B će svijetliti jednako kao i prije.

72

73