Menu
CFU logo © CFU
 
• Indhold

Just-in-Time Teaching og Physlets

af Bjarning Grøn, Viborg Katedralskole og Niels Elbrønd Hansen, Frederiksberg Gymnasium

 

Indledning

I januar 2000 havde vi mulighed for at deltage i The American Association of Physics Teachers’s vintermøde i Kissimmee, Florida. Der var et meget stort udvalg af parallelt løbende workshops og foredragsrækker med foredrag om den allernyeste frontforskning inden for fysik og astronomi, og om hvordan IKT med fordel kan indgå på mange forskellige måder i undervisningen. Det var slående at se, hvor meget anvendelse af computeren og www fyldte i programmet.

Det er dog vores indtryk, at vi i Danmark på en del områder er forud i udviklingen, når det drejer sig om modernisering af fysikundervisningen. Det blev fx nævnt, at man i sit valg af opgaver med fordel kunne inddrage eksempler fra den verden, der ligger umiddelbart uden for klasselokalet, og som eleverne bedre kan forholde sig til. Det har vi trods alt gjort en del år nu. På andre felter må vi konstatere, at vi er langt bagud - specielt når det drejer sig om brug af IKT i undervisningen til andet end dataopsamling. Det er dog også vort indtryk, at der i USA er en enorm spredning på de enkelte skoler på dette felt. Noget tyder på, at udviklingen er kommet i gang og er langt fremme de steder, der har formået at skaffe sig ekstraordinære økonomiske midler til udstyr og arbejdskraft.

I det følgende vil vi koncentrere os om et par interessante emner, som vi stiftede nærmere bekendtskab med ved deltagelse i 2 heldagsworkshops om 'Just-in-Time Teaching' og 'Problem Solving Using Interactive Web-Based Technologies'.

 

Just-in-Time Teaching, JiTT

JiTT er en ny læringsmetode, der i en traditionel klasseundervisning gennem aktiv læring udnytter mulighederne i www til at forøge udbyttet af undervisningen. En udnyttelse af web'ets hurtighed mht. udveksling af informationer gør det muligt for læreren at foretage en hurtig tilpasning af indholdet til elevernes behov, og dermed opnås et større udbytte af undervisningen.

Gregor Novak og Andrew Garvin, Indiana University-Purdue University og Evelyn Patterson, United States Air Force Academy samt Wolfgang Christian, Davidson College har stået for udviklingen (beskrevet i deres bog: JiTT, Prentice-Hall 1999, ISBN 0-13-085034-9).

Web-delen i JiTT består af nogle delelementer:

  • WarmUp (eller Preflights) består af en standardopsætning med plads til at stille 3 spørgsmål, som eleverne forventes at have besvaret elektronisk, inden undervisningen starter. Eleverne opmuntres herved til at forberede sig regelmæssigt og i god tid. Elevernes svar i form af en enkelt udskrift hjælper læreren til at identificere elevernes problemer Just-in-Time, så de kan indgå i undervisningen. Det er kommet bag på selv erfarne undervisere, at en så stor del af eleverne misopfatter mange fysiske begreber. På denne måde kommer hver enkelt elevs opfattelse frem i stedet for som ved normal klasseundervisning, hvor det er de bedste elever, der besvarer spørgsmålet, og undervisningen fortsætter. Det er endvidere en legal måde for eleverne at kommunikere med læreren på, hvorfor de føler sig mere trygge ved at arbejde med og udtale sig om fysiske problemstillinger.
  • The Puzzle eller ugens nød er en problemstilling med et par finter, hvor eleverne tvinges til at tænke lidt ud over simpelt formelræs.
  • Physlets er små Java-script appletter, som læreren hurtigt kan redigere og derved animere en fysisk situation. Også ikke-fysiske situationer kan animeres som fx misopfattelser af begreber i forbindelse med bevægelse. Physlets indgår både i WarmUp og Puzzle. Mere om physlets nedenfor.
  • What Is Physics Good For? er ugentlige artikler - evt. med links - om stof, der er knyttet til pensum, men uden dog at være centrale. Det kan være nyheder om opsendelse af en Marssonde eller El Niño, eller dagligdagsfænomener som regnbuen, lyn og torden, køleskabe, batterier osv. Denne del sætter fysikundervisningen i perspektiv, og relaterer den til elevens hverdag.
  • This Week indeholder alle relevante oplysninger om, hvad der foregår i undervisningen: Planlægning, hjemmeopgaver, pensum etc.
  • On-line Homework praktiseres også, og da ovenstående er tidskrævende for læreren, har man her eksperimenteret med et automatisk system, WebAssign, der har vist sig også at rumme pædagogiske fordele. Opgaver forsynes med individuelle talværdier, men i den samme formulering. Elever kan derfor i grupper diskutere løsningsmetoden, men de skal selv løse den konkrete opgave, hvorved det kendte fænomen afskrift undgås.
 

Physlets

Hvad er physlets?

Physlets® – "Physics applets" –  er små, fleksible Java appletter. Navnet er et registreret varemærke af Wolfgang Christian fra Davidson College.

Grundtanken er, at physlets skal

  • have et meget enkelt design, og at de kun berører en enkelt facet af et fysisk problem.
  • være fleksible. De skal styres ved hjælp af JavaScript. Hvis man ønsker det, kan man fx relativt let tilføje muligheden for dataopsamling og –analyse.
  • være skrevet for webbet. De skal kunne afvikles på enhver platform og kunne lægges ind i ethvert html-dokument.
  • være frit tilgængelige for ikke-kommerciel brug.

Interaktivt engagement

En af de fordelene ved at benytte physlets i undervisningen er, at de tvinger eleverne til at spille en mere aktiv rolle i læreprocessen.

Physlets ændrer traditionelle tekstopgaver til interaktive opgaver, da de giver eleven mulighed for først at iagttage et dynamisk forløb, derpå at gå aktivt ind i simulationen og endelig at opsamle data til videre analyse.

Physlets hjælper ikke kun eleverne til at visualisere en fysisk situation. De kan tillige bidrage til, at eleven lærer at løse problemer lidt på samme måde som den professionelle fysiker. Først undersøger man problemet for derpå at beslutte hvilken metode, der skal benyttes, hvilke data der skal opsamles, og endelig foretages en analyse af de indsamlede data. Physlets brugt på den rigtige måde er beslægtet med et åbent laboratorie eksperiment, hvor eleven ikke får udleveret en vejledning, men blot bliver stillet over for et problem, som skal løses. Eleven må så selv afgøre, hvilke data der skal indsamles, og hvordan man bedst kan gøre det. Denne kvalitet gør physlets mere udfordrende end traditionelle opgaver med statisk tekst.

Eksempler

1. Projektilbevægelse

I en traditionel opgave med det skrå kast kan man fx få oplyst begyndelseshastighed og elevationsvinkel for et projektil, og man skal så beregne hastigheden i toppunktet.

Hvis der blot lægges en animation ind i teksten, der viser bevægelsesforløbet, er der dog ikke tilført særligt meget nyt. Man kunne i stedet for vælge at præsentere problemet uden at udlevere værdier. Eleven skal så selv observere bevægelsen, anvende passende fysiske begreber og foretage målinger på de parametre han eller hun mener er vigtige.

Figur 1: Projektilbevægelse applet.

En sådan fremgangsmåde er væsentlig anderledes end den almindelige begynderstrategi, hvor eleven blot pløkker tal ind i en matematisk formel uden at have forstået den fysiske situation. Ved at forlange at eleverne først skal undersøge problemet kvalitativt og begrebsmæssigt opnår man, at de generelt får forbedret deres evne til at løse problemer, samt at de opnår en bedre forståelse af de fysiske sammenhænge.

2. Keplerbevægelse

Skærmbilledet viser fire planeter, der bevæger sig rundt om en stjerne. Eleverne bliver bedt om at finde den falske planet, dvs. den planet, der ikke adlyder Keplers love.

Hvorledes er denne physlet opgave så anderledes end en traditionel opgave? I en traditionel opgave kan man fx få oplyst omløbstider og baneradier for planeterne og har allerede her fået et vink til løsning af opgaven. Til sammenligning kræver physlet opgaven, at man observerer og ræsonnerer ved hjælp af de fysiske begreber, inden der kan indsamles data og foretages beregninger.

Desuden får eleverne lejlighed til at undre sig over bevægelsesmønstret og fx diskutere, hvor langsomt den yderste planet bevæger sig i forhold til de indre.

Multimediefokuserede opgaver som physlets har tillige den kvalitet, at de kan komme tættere på virkeligheden end traditionelle tekstopgaver.

Figur 2: Keplerbevægelse applet.

3. Harmonisk bevægelse

I en physlet kan man opbygge en fysisk situation som vist nedenfor. En kugle, der er koblet til en fjeder, befinder sig i ligevægtsstillingen. Eleven skal nu ved hjælp af musen trække kuglen ud fra ligevægtsstillingen og slippe.

 

Figur 3: Harmonisk bevægelse applet.

Eleven kan derpå fx undersøge om perioden afhænger af amplituden. I stedet for blot at få et vide at perioden er uafhængig af amplituden, kan eleven nu selv undersøge dette ved at vælge forskellige værdier for amplituden og måle den tilhørende periode. I appletten kan man også få tegnet kraftvektoren som funktion af udsvinget. Der er mulighed for at lade eleverne undersøge Hookes lov og energiforholdene under bevægelsen. Det er også muligt at få vist grafiske afbildninger af værdier for position, hastighed, acceleration og kombinationer af disse størrelser.

Animator Script

Ovenstående eksempler på physlets er alle lavet ved hjælp af Animator, der er et værdifuldt redskab til at fremstille og animere fysiske situationer med legemers bevægelse i én eller to dimensioner. Animator, der er skrevet af Wolfgang Christian, er frit tilgængelig til ikke-kommerciel brug i undervisningssammenhæng. På Davidson Colleges hjemmeside kan man på adressen webphysics.davidson.edu/Applets/script_tutorial/tutorialFrame.html finde anvisninger på, hvordan man kan opbygge en physlet helt fra grunden af ved hjælp af Animator.

Hvor finder jeg Physlets?

Der er adskillige eksempler på physlets på Davidson Colleges physlet-hjemmeside: webphysics.davidson.edu/applets/applets.html.

Endvidere kan man finde mange physlets på forlaget Prentice Halls websites. Disse physlets er fremstillet med henblik på at skulle benyttes i undervisningen sammen med lærebøger af Douglas Giancoli: Physics: Principles with Applications og Physics for Scientists and Engineers.

Kig på adressen www.prenhall.com/giancoli/

Bemærk i øvrigt hvor meget forskelligt materiale, der er lagt ud som supplerende øvelser til ovennævnte lærebøger.

Det er glimrende med disse færdige physlets, som man kan få adgang til over Internettet. Endnu bedre er det naturligvis, hvis man downloader og lægger dem ind på skolens server, så man er uafhængig af Internetforbindelsen.

Det bedste vil dog være, hvis den enkelte lærer selv fremstiller og redigerer sine egne physlets. Det er ikke særligt vanskeligt at tage udgangspunkt i fx en af Wolfgang Christians physlets og så rette den til efter den funktion, man ønsker, den skal have i sin undervisning.

Wolfgang Christian and Mario Belloni udgiver i juli måned i år en bog om emnet: Physlets: Teaching with Interactive Curricular Material.

I den tidligere omtalte bog Just-in-Time Teaching er der også kapitler om physlet-relateret materiale.

Det kunne være interessant at nedsætte en arbejdsgruppe, der vil påtage sig at undersøge, hvordan man bedst giver den enkelte fysiklærer mulighed for at anvende physlets i sin undervisning.