Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Skolelaboratoriet, Fysisk institutt - Universitetet i Oslo Matematisk modellering i fysikk 1 Utvikle og vurdere fysikkelevers matematiske modelleringskompetanse.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Skolelaboratoriet, Fysisk institutt - Universitetet i Oslo Matematisk modellering i fysikk 1 Utvikle og vurdere fysikkelevers matematiske modelleringskompetanse."— Utskrift av presentasjonen:

1 Skolelaboratoriet, Fysisk institutt - Universitetet i Oslo Matematisk modellering i fysikk 1 Utvikle og vurdere fysikkelevers matematiske modelleringskompetanse Øystein Guttersrud 12. august 2008 Naturfagsenteret, Universitetet i Oslo

2 Oversikt •Prosjekt FYS 21 •Forskningsinstrument •Eksempler fra test og spørreskjema •Forskningsspørsmål •Resultater og konsekvenser

3 Introduksjon •Matematisk modellering •Ulike representasjonsformer •Prosjekt FYS 21 •Bedre fysikkforståelsen •Beskrive fenomener v.h.a. ulike representasjonsformer Matematisk representasjon Gafisk representasjon Eksperimentell representasjon Fart (m/s)

4 FYS 21 modelleringsøvelse •Kraft på seigmann som funksjon av forlengelse –Linearitet –Seigmannens farge påvirker stigningstallet –Gjentakelse påvirker stigningstallet Forlengelse (cm) Kraft (N)

5 ”PHYSAP” ”PHYS 21 student assessment programme” •Test og spørreskjema –446 2FY-elever (37 % jenter) –Hvorav 242 prosjektelever (FYS 21) •Fokusgruppeintervjuer –30 prosjektelever (50 % jenter) •Vitenskapelig argumentasjon (”reasoning”), evne til å veksle mellom ulike representasjonsformer •Dynamikken i bruk av representasjonsformer, ideer om naturvitenskap, læringsstrategier •Ideer om naturvitenskap, bruk av representasjonsformer

6 Tekst: Noen elever ville undersøke hvor- dan issmeltingen ved Sydpolen og i områdene rundt Nordpolen påvirker havnivået. Elevene fylte et glass (1) med vann. Etter at de la to isbiter i glasset, var vannivået 5 cm. Elevene la en stein i et identisk glass (2). De la to isbiter på steinen og fylte opp med vann så nivået var 5 cm i dette glasset også. Ved Nordpolen er det ikke noe land under isen, men det er land under Sydpol-isen. Steinen representerer disse områdene. Havnivå Glass 1Glass 2 To isbiter på en stein i et glass vann To isbiter i vann 5 cm Før smelting 5cm Glass 1Glass 2 Etter smelting 5,5cm

7 Anta at isen smelter med konstant fart og at glassene har konstant diameter. Hvilket matematisk uttrykk beskriver vannhøyden (y) i Glass 1 og Glass 2 mens isen smelter? % z-skåre A Glass 1: y=b, glass 2: y=ax+b 67 0,2 B Glass 1: y=ax+b, glass 2: y=b 6 -0,6 C Glass 1: y=b, glass 2: y=ax 15 -0,3 D Glass 1: y=ax, glass 2: y=b 3 -0,3 Havnivå Hva er det x i uttrykkene i forrige spørsmål betegner? % z-skåre A Smeltehastigheten til isen 26 -0,1 B Det opprinnelige vannivået i glasset 23 -0,3 C Temperaturen til vannet i glasset 6 -0,3 D Tiden fra isen begynte å smelte 37 0,4

8 Å knytte nytt stoff til ting som er lært i matematikk Intervjuer: Første gang dere så F = ma, Newtons andre lov, tenkte dere da at “dette ser ut som en førstegradsfunksjon”? Elev 1: Jeg tenkte ikke på det. Elev 2: Jeg aner ikke hva du snakker om! Elev 3: Jeg prøvde å forstå hva alle bokstavene betydde, jeg!

9 Felt og potensial Skisser, i aksesystemet, en graf som uttrykker fysikkformlene F = ma og F = qE 1 poeng: tegner en rett linje gjennom origo (59 %) 0 poeng: tegner en parabel (8 %) andre typer grafer (14 %) blanke svar (19 %)

10 Bruk av representasjoner Fire kategorier Single (en representasjonsform) Multiple (veksle mellom ulike representasjoner) Dialogisk (utforske ulike ideer) Diskutere en representasjonsform Diskutere ulike representasjonsformer Autoritativ (bare vitenskapelig ide) Anvende en vitenskapelig korrekt representasjon Veksle mellom vitenskapelig korrekte representasjoner Eksempler: Hvor ofte hender noe av dette i fysikktimene? Fem-punkts Likert skala med svarkategorier fra “aldri” (1) til “veldig ofte” (5) a)Diskuterer hvordan en fysikkformel beskriver et fysikkfenomen (eks. bevegelse) b)Diskuterer elevenes ideer eller tanker om et fysikkfenomen (eks. bevegelse) c)Lærer i hvilke situasjoner en fysikkformel er gyldig d)Lærer om sammenhengen mellom fysiske størrelser ved å studere formler hvor størrelsene inngår (eks. kraft og akselerasjon).

11 Elevers selvregulering • Memoreringsstrategier Når jeg arbeider med fysikk,… -forsøker jeg å lære utenat alt som jeg tror blir tatt opp i fysikktimen -lærer jeg utenat så mye som mulig -lærer jeg alt nytt stoff utenat slik at jeg kan gjenta det høyt • Utdypingsstrategier Når jeg arbeider med fysikk,… -forsøker jeg å knytte det nye stoffet til ting som jeg har lært i matematikk -finner jeg ut hvordan informasjonen kan brukes i det virkelige liv - forsøker jeg å forstå stoffet bedre ved å knytte det til noe jeg kan fra før - finner jeg ut hvordan stoffet passer inn i det jeg har lært i fysikk tidligere Eksempler: Fire-punkts Likert skala med svarkategorier fra “nesten aldri” (1) til “nesten alltid” (4)

12 Elevenes ideer om naturvitenskap Eksempel: Hvor uenig eller enig er du i disse utsagnene? Fire-punkts Likert skala med svarkategorier fra “uenig” (1) til “enig” (4) − Et fenomen kan beskrives ved forskjellige modeller avhengig av hvilken hensikt vi har med modellen − Lover er generaliseringer, prinsipper eller mønstre i naturen − Hvor god en modell er, måles i dens evne til å forutsi hendelser − Naturvitenskapelige modeller er forenklinger av virkeligheten slik vi erfarer og observerer den − Nye analyser kan medføre at noen av fysikkens lover blir endret − Naturvitenskapelige modeller beskriver hvordan naturen oppfører seg − Data fra eksperimenter kan tolkes på mange måter

13 Forskningsspørsmål og hensikt –Hvordan kommuniseres fysikk i klasserommet i henhold til de fire kategoriene av representasjoner (dialogisk, autoritativ...)? –Beskrive ferdighetsnivåer i matematisk modellering –Undersøke variasjon i modellereringskompetanse i og mellom klasserom –Hvordan relaterer fysikkelevenes ideer om naturvitenskap seg til deres bruk av læringsstrategier? –Hvordan relaterer fysikkelevenes bruk av læringsstrategier seg til deres evne til å anvende ulike representasjonsformer av fysiske fenomener?

14 (Vi husker at …) Fire kategorier Single (en representasjonsform) Multiple (veksle mellom ulike representasjoner) Dialogisk (utforske ulike ideer) Diskutere en representasjonsform Diskutere ulike representasjonsformer Autoritativ (bare vitenskapelig ide) Anvende en vitenskapelig korrekt representasjon Veksle mellom vitenskapelig korrekte representasjoner

15 KonstruktReliabilitet (Cronbach’s alpha) FYS 21 eleverAndre 2FY elever Effektstørrelse og diskriminering Gj.snitt og std. avvik. (fem-punkts Likert skala ) Gj.snitt og std. avvik. (fem-punkts Likert skala ) autoritativ/single (.52)3.2 (.48).6** autoritativ/multiple (.51)2.7 (.52).6** dialogisk/single (.61)3.0 (.65).3* dialogisk/multiple (.88)3.1 (.92).1 Resultater •”Det er typisk fysikklærer å være konservativ”; autoritativ/single tilnærming er fremtredende (typisk trekk ved ”forelesningen”) •Ubenyttet potensial i det å knytte ulike representasjoner sammen •Bruk av dialogisk/multiple varierer mye mellom klasserom •Elevenes deltakelse i diskusjonene varierer også i klasserom •Kombinere og se ulike representasjonsformer i sammenheng, kan hjelpe elever til å konstruere egne modeller som reflekterer vitenskapelige modeller

16 Resultater •Ferdighetstesten målte evne til å resonnere (eks. evaluere påstander) og veksle mellom ulike representasjonsformer •Fire kompetansenivåer tilsvarende (tilnærmelsesvis) prosentilene 90., 75., 50. og 25. ble valgt ut. •Oppgaver som “forankrer” på et nivå har samme vanskegrad •Kompetansenivåene beskrives som en sammenfatning av de ferdighetene som kreves for å løse oppgavene på de ulike nivåene •13% kunne beskrive fenomener ved å anvende andregradsuttrykk •Nær 30 % hadde utviklet gode analytiske ferdigheter •Mer enn 40 % av elevene i undersøkelsen hadde problemer med å beskrive fenomener ved å anvende førstegradsuttrykk •Dersom vi ønsker å utvikle elevenes modelleringskompetanse må undervisningen fokusere mer på å “lese”, “oversette i mellom” og “samtidig anvende” ulike representasjonsformer

17 Utsagn om naturvitenskap (forkortet)MemoreringUtdyping Et fenomen kan beskrives ved forskjellige modeller.09.27** Lover er generaliseringer, (…) eller mønstre i naturen.08.20** Gode modeller forutsier hendelser.09.20** Vitenskapelige modeller er forenklinger av virkeligheten.10*.15** Nye analyser kan medføre at fysikkens lover blir endret.01.16** Modeller beskriver hvordan naturen oppfører seg.09.13** Data fra eksperimenter kan tolkes på mange måter * Resultater •Typisk mønster for korrelasjonskoeffisienter •Gjentatte positive korrelasjoner •E lever som har et reflektert syn på hva naturvitenskap er, er også flinkere til å bedømme og regulere sin egen læringsprosess

18 Konstrukt/faktorMemoreringUtdypingTestskåreFYS 21(deltakelse) autoritativ/multiple.19**.25** ** FYS 21(deltakelse) Testskåre ** Resultater •Elever som bruker “utdypingsstrategier” når de lærer fysikk, er flinkere til å “dekode” bruken av multiple representasjoner i undervisningen. Disse elevene er flinkere til å “modellere” fysiske fenomener ved å bruke de ulike representasjonsformene. •Elevers syn på naturvitenskap, deres læringsstrategier og deres ferdigheter i å forstå og bruke multiple representasjoner i beskrivelsen av fysiske fenomener, synes altså å forsterke hverandre! •Naturvitenskapens egenart, læringsstrategier og ulike representasjonsformer bør være eksplisitte men integrerte deler av fysikkundervisning som søker å utvikle elevenes matematiske modelleringskompetanse!

19 Studien i lys av nye læreplaner i fysikk •”Lesing i fysikk – evne til å lese og ”oversette mellom” ulike representasjonsformer – er definert som grunnleggende ferdighet. •Hovedområdet ”Å beskrive naturen med matematikk” impliserer anvendelse av ulike representasjonsformer for å beskrive (å modellere) fenomener •Hovedområdet ”Den unge forskeren” vektlegger naturvitenskapens egenart: Hva er naturvitenskapelig kunnskap, hvordan utvikles og etableres den? •Andre offentlige dokumenter (KD) vektlegger viktigheten av å utvikle elevers læringststrategier generelt •Dette er ikke ”den endelige løsningen” for fysikkundervisning, ”men litt av alt” – variasjon i undervisningen – er kanskje det!

20 Introduksjon av bevegelseslikningene basert på eksperiment: “Lærer i trillebår ved konstant fart” Eksperiment  Graf  Matematisk modell Posisjon (m) Tid (s) Takk for oppmerksomheten!


Laste ned ppt "Skolelaboratoriet, Fysisk institutt - Universitetet i Oslo Matematisk modellering i fysikk 1 Utvikle og vurdere fysikkelevers matematiske modelleringskompetanse."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google