Analiza programu nauczania fizyki i pakietu edukacyjnego wydanego przez WSiP S.A.
pod kštem realizowania zadań TI

Wybrany przeze mnie do realizacji edukacji fizycznej w gimnazjum pakiet edukacyjny wydany przez WSiP S.A. zawiera:

• program nauczania fizyki i astronomii, autorzy: Jerzy Ginter, Karol Hercman, Ewa Kurek, Włodzimierz Natorf - nr dopuszczenia DKW-4014-201/99,
• podręczniki oraz skorelowane z nimi zeszyty ćwiczeń (cz. I i II) dla każdego poziomu nauczania,
• poradniki dla nauczycieli dla każdego poziomu nauczania, pisane przez autorów podręczników,
• programy komputerowe:
  • Fizyka 1 Gimnazjum, autorzy: Jerzy Ginter, Witold Łucznik, Włodzimierz Natorf,
  • Fizyka 2 Gimnazjum, autorzy: Witold Łucznik, Włodzimierz Natorf,
• zbiór zadań Fizyka dla klas I - III, autor Romuald Subieta,
• obudowę internetowš na stronie www.wsip.com.pl/oip/index.htm.

Analiza programu nauczania

Program nauczania DKW-4014-201/99 opracował zespół w składzie: prof. dr hab. Jerzy Ginter, dr Karol Hercman, dr Ewa Kurek, mgr Włodzimierz Natorf.
Program ten konkretyzuje i rozwija cele nauczania fizyki i astronomii okreœlone w Podstawie programowej, wzbogaca je tematycznie i metodycznie w powišzaniu z innymi przedmiotami szkolnymi. Zadania typowe dla fizyki przedstawia zgrupowane w trzy zestawy:

• przedmiotowe - zwišzane z fizykš jako naukš odkrywajšcš podstawowe prawa przyrody i ukazujšcš możliwoœci ich wykorzystania,
• społeczne - dotyczš współpracy z innymi ludŸmi, współpracy społeczeństw i narodów,
• podmiotowe - ukierunkowane na doskonalenie własnej osoby (ucznia).

Wœród zadań wymienianych przez program powišzania z TI (jawne, bšdŸ ukryte) można znaleŸć w poniższych celach:

• poznawanie wiadomoœci,
• rozwijanie umiejętnoœci,
• dostrzeganie zwišzków i zależnoœci,
• rozwišzywanie problemów w twórczy sposób,
• pomoc w rozumieniu œwiata i ludzi,
• porozumiewanie się...
• poszukiwanie, porzšdkowanie i wykorzystanie informacji z różnych Ÿródeł,
• rozwijanie myœlenia analitycznego i syntetycznego,
• wzbudzanie i rozwijanie indywidualnych zainteresowań.

Osišgnięcie powyższych celów w trakcie zajęć w pracowni fizycznej wymaga odpowiedniego jej wyposażenia. Jednš z zalecanych przez program metod pracy na lekcji fizyki jest "...film lub program komputerowy. ...W zwišzku z tym w pracowni wskazane jest wykorzystanie ...zestawu komputerowego z dodatkowymi ekranami, ukazujšcymi przebieg zjawiska."
Przebieg procesu nauczania powinien zapewnić uczniom osišgnięcie okreœlonego poziomu rozwoju. Wœród ogólnych standardów kształcenia, wymienionych w programie ze stosowaniem TI wišżš się poniższe standardy:

• stosowanie prostych programów komputerowych, symulujšcych przebieg zjawiska (fizycznego);
• stosowanie modeli i analogii w opisie zjawisk oraz konstrukcja prostych modeli myœlowych...;
• przedstawienie wyników pomiarów w postaci tabelarycznej oraz za pomocš diagramów i wykresów;
• stosowanie prostych pomiarów komputerowych do wspomagania pomiaru i opracowania jego wyników;
• korzystanie z innych Ÿródeł wiadomoœci (...programy komputerowe, internet, itp.) polecanych przez nauczyciela lub wyszukiwanych we własnym zakresie.

Opis wybranych programów komputerowych
Programy komputerowe Gimnazjum, Fizyka 1

Powyższy pakiet programów komputerowych jest uzupełnieniem podręcznika autorstwa Jerzego Gintera oraz zeszytów ćwiczeń do klasy pierwszej gimnazjum. Zawiera pięć programów: Chrono, Stoper, Solar, Epot i Via. wraz ze szczegółowš instrukcjš obsługi oraz poradnikiem metodycznym dla nauczycieli i uczniów.

1. Program "CHRONO" (najbogatszy w zestawie) jest przeznaczony do nauczania kinematyki. Jest cytowany w podręczniku jako pomoc dydaktyczna (nieobowišzkowa). Może on pomóc uczniom w zrozumieniu:
   • pojęć: położenia w okreœlonym układzie współrzędnych x(t), przesunięcia r, prędkoœci chwilowej v(t) i przyspieszenia chwilowego a(t);
   • przedstawiania ruchu ciał za pomocš tabel - zależnoœci położenia, prędkoœci i przyspieszenia od czasu;
   • przedstawiania ruchu ciał za pomocš wykresów x(t), v(t) i a(t).

Składa się z trzech kart posiadajšcych dodatkowe opcje: Pomiary, Wykresy i Testy.

Widok karty Pomiar programu „Chrono". W tabeli położenia wprowadzono dane, pozwalajšce na animację ruchu jednostajnego myszy.

Karta Pomiary umożliwia przeprowadzenie doœwiadczenia, w którym badamy ruch myszy komputerowej (program rejestruje jej położenie na prostej w zadanych odstępach czasu) oraz zapis wyników w tabeli. Dalsze przetwarzanie danych pozwala obliczać prędkoœć oraz przyspieszenie. Dodatkowa opcja "Animacja" umożliwia odtworzenie zapisanego ruchu. Można też wprowadzić do tabeli współrzędne położenia myszy, a potem animować jej ruch. Opcje zapisywania uzyskanych wyników pomiarów umożliwiajš ich wykorzystanie na następnej lekcji.
Wadš proponowanego przez autorów rozwišzania (przesuwanie myszy rękš) jest uzależnienie przebiegu doœwiadczenia od stanu technicznego myszy ("zacinanie się") i od przypadkowoœci wykonania - uzyskujemy najczęœciej ruch niejednostajnie zmienny, trudny w interpretacji dla ucznia nie posiadajšcego wiedzy o ruchu. Modyfikacje przebiegu doœwiadczenia, polegajšce na unieruchomieniu myszy (w menu Narzędzia wybieramy klawiaturę, wtedy rozpoczęcie pomiaru następuje po wciœnięciu spacji, a nie klawisza myszy) i przesuwaniu pod jej kulkš taœmy papierowej z użyciem stałej siły (np. siły ciężkoœci odważnika zwisajšcego na końcu taœmy) pozwalajš uzyskać wyniki łatwiejsze w interpretacji dla uczniów.

Widok karty Wykresy - wykres x(t) programu "Chrono" dla ruchu jednostajnego.	Jeżeli w menu Narzędzia wybierzemy opcję dowolnej edycji, możemy do tabel wpisywać dowolne wartoœci, a program na ich podstawie obliczy pozostałe wielkoœci. Umożliwia to wpisanie danych ruchu drgajšcego (przy poprawce przesuwajšcej wartoœci położenia do zakresu liczb dodatnich), czy ruchu skaczšcej piłki.
Widok karty Wykresy - wykres v(t) programu "Chrono" dla ruchu jednostajnego.	Druga karta tego programu Wykresy pozwala uzyskać obraz zależnoœci x(t), v(t) oraz a(t) w odpowiednim układzie współrzędnych, ale dla ucznia znacznie ciekawsze i wyjaœ-niajšce zasadę tworzenia wykresów, jest wykorzystanie opcji Animacja. Dla wykresu położenia pojawiajš się dwie ruchome linie. Jednš z nich - poziomš "popycha" mysz przesuwajšca się wzdłuż osi położenia, druga - pionowa, porusza się jednostajnie w prawo, wzdłuż osi czasu. Punkty wykresu pojawiajš się w układzie współrzędnych x(t), gdy linia pozioma mija œrodek punktu na linijce. Wybranie opcji Œlady w menu Narzędzia spowoduje, że punkty powstajšcego wykresu będš łšczone liniš kropkowš.
Podobnie możemy użyć animacji dla wyjaœnienia, jak powstaje przesunięcie Dx i wykres v(t). Dla wyników doœwiadczalnych, gdy uzyskujemy często ruch niejednostajny, interpretacja tych danych jest trudna i nie należy do zakresu materiału objętego programem gimnazjum, należy zatem posługiwać się danymi wprowadzonymi w dowolnej edycji dla ruchu jednostajnego i jednostajnie przyspieszonego.
Widok karty Test programu "Chrono".	Karta Test służy sprawdzeniu przez ucznia wiedzy dotyczšcej wykresów położenia i prędkoœci. jego zadaniem jest dopasowanie wykresu prędkoœci do podanego wykresu położenia. Może on wybrać stopień trudnoœci testu.

2. Program "STOPER" jest programem o charakterze narzędziowym, użytecznym przy wykonywaniu różnych eksperymentów, w których występuje problem pomiaru czasu. Sposób wprowadzania danych do programu oraz przedstawiania wyników pomiaru odpowiadajš potrzebom i możliwoœciom uczniów gimnazjum, a także szkoły podstawowej.
   
   

   Widok karty Pomiary programu "Stoper".

Podstawowymi narzędziami porozumiewania się uczniów z programem sš tabela i wykres. Zawiera dwie karty Pomiary i Analiza. Większš częœć ekranu karty Pomiary zajmuje schematyczny obraz tarczy stopera. Klawisz Międzyczasy umożliwia pomiar wielu czasów, zapisywanych w tabeli z prawej strony ekranu. Wciœnięcie klawisza Sygnały powoduje ponowne uruchomienie stopera, przy czym w momencie przejœcia wskazówki przez zmierzony uprzednio czas, odzywa się sygnał dŸwiękowy. Edycja zawartoœci tej tabeli jest możliwa tylko na karcie Analiza. Można wprowadzać założone międzyczasy, co może być wykorzystane w przebiegu wielu doœwiadczeń. Wyniki zapisywane w tabeli można przedstawiać w formie wykresów.

Programy komputerowe Gimnazjum, Fizyka 2

Powyższy pakiet programów komputerowych jest uzupełnieniem podręcznika autorstwa Barbary Gładyszewskiej, Longina Gładyszewskiego i Franciszka Jaœkowskiego oraz zeszytów ćwiczeń do klasy drugiej gimnazjum. Zawiera trzy programy wraz instrukcjš obsługi, która jest równoczeœnie poradnikiem metodycznym dla nauczycieli i uczniów w wersji elektronicznej. Składa się programów: Okršg, Oscyloskop i UIRP. Dodatkowo na płycie zamieszczono zestaw animacji oraz trzy specjalnie przygotowane filmy instruktażowe, demonstrujšce programy i przedstawiajšce przykładowe doœwiadczenia

1. Program "OSCYLOSKOP" jest programem symulacyjnym. Ma on pokazać uczniom zasadę działania i podstawy obsługi

   Widok ekranu programu "Oscyloskop".

   tego urzšdzenia i przekonać ich, że obsługa oscyloskopu jest łatwa i przyjemna. Zaletš jego jest fakt, że nie trzeba do niego podłšczać realnego Ÿródła napięcia. Sygnały wizualizowane na ekranie sš generowane w programie i można je modyfikować w okreœlonych ramach - proces ten przypomina typowe reakcje dostępne w rzeczywistych Ÿródłach. Można zmieniać ustawienie pokręteł oscyloskopu - przyrzšd reaguje tak, jak reagowałby prawdziwy.

2. 
   
   
   2.   Program "OKRĽG" ma pomóc uczniom w zrozumieniu:

   Widok ekranu programu "Okršg".

   • jak siła może wpływać na prędkoœć ruchu po okręgu,
   • ruchów krzywoliniowych,
   • ruchów przyspieszonych i opóŸnionych
   • zależnoœci drogi od czasu

Program umożliwia przeprowadzenie ciekawych symulacji doœwiadczeń, które w warunkach klasowych byłyby bardzo trudne do realizacji.

3. 
   
   
   3.   Program "UIRP"

   Widok ekranu programu "UIRP".

   (nazwa programu pochodzi od symboli fizycznych wielkoœci: napięcia, natężenia pršdu, oporu i mocy) jest programem pomocnym w realizacji częœci materiału nauczania poœwięconej prawom przepływu pršdu elektrycznego. Strukturš swojš nieco przypomina arkusz kalkulacyjny. W UIRP rozbudowane zostały możliwoœci porównywania tabel i analizowania wykresów (charakterystyk pršdowo - napięciowych). Wynika to z faktu, że program został zaprojektowany do opracowywania i przedstawiania wyników konkretnych doœwiadczeń, typowo przeprowadzanych przy omawianiu praw przepływu pršdu elektrycznego (prawo Ohma).

Analiza obudowy internetowej.

Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne S.A. umieœciły na własnej witrynie tzw. obudowę internetowš, adresowanš zarówno do uczniów jak i nauczycieli. Ma ona strukturę odpowiadajšcš treœci podręczników do klasy I oraz III i jest z nimi œciœle zwišzana. Dla nauczyciela proponuje materiały dydaktyczne uzupełniajšce podręcznik i ułatwiajšce pracę:

• sformułowane cele dydaktyczne dla każdego z rozdziałów podręczników,
• scenariusze lekcji,
• propozycje prac domowych (rozszerzajšce wiedzę),
• testy do wykorzystania na sprawdzianach,
• plansze, wykresy, fazogramy, prezentacje przeznaczone do wydruku,
• noty biograficzne uczonych,
• listę rekomendowanych stron www,
• galerię multimedialnš, zawierajšcš animacje - interakcje,
• programy komputerowe i animacje (pliki do pobrania - pobrać można również przeglšdarkę internetowš MathReader, dostępnš bezpłatnie do celów edukacyjnych), dostosowane do podręcznika Fizyka 3 dla gimnazjum autorstwa prof. Jerzego Gintera. W Ksišżce nauczyciela gimnazjum, Fizyka 3 znajdujš się szczegółowe informacje dotyczšce wykorzystania tych programów i animacji podczas realizacji okreœlonych tematów. Należy jednak zwrócić uwagę na uniwersalnoœć tych programów - możemy z nich korzystać, także jeœli wybraliœmy inny podręcznik do nauki fizyki w gimnazjum, a nawet w liceum wiele z tych propozycji może okazać się bardzo pomocnych.

Dla ucznia strona oferuje:

• możliwoœć sprawdzenia w jakim stopniu przyswoili sobie wiedzę zawartš w poszczególnych partiach podręczników przez rozwišzywanie:
  • różnorodnych testów i poleceń on-line,
  • interaktywnych zadań, które pozwalajš w atrakcyjny, wizualny sposób eksperymentować, działać i sprawdzać teorię w praktyce;
• listę rekomendowanych stron www, które mogš odwiedzić, gdy będš szukali dodatkowych informacji zwišzanych z tematami omawianymi na lekcjach;
• wirtualnš skrzynkę pocztowš "Spytaj eksperta" - korzystajšc z niej mogš zadawać pytania i dzielić się swoimi uwagami dotyczšcymi podręczników i obudowy internetowej.