Active Learning in Advanced Undergraduate Course of Thermodynamic and Statistical Physics

Zdeňka Koupilová; Petr Kácovský

doi:10.14712/18047106.722

Vol 8 No 1 (2017): sciED Návrh na inovaci výuky

Výuka pomocí metod aktivního učení v kurzu pokročilé termodynamiky a statistické fyziky

Zdeňka Koupilová, ¹ Petr Kácovský, ¹

Univerzita Karlova v Praze, Matematicko-fyzikální fakulta

DOI: https://doi.org/10.14712/18047106.722

PDF (angličtina)

Jak citovat

Koupilová, Z., & Kácovský, P. (2017). Výuka pomocí metod aktivního učení v kurzu pokročilé termodynamiky a statistické fyziky. Scientia in educatione, 8(1). https://doi.org/10.14712/18047106.722

Stánhout citace

Abstrakt

V posledních dvou desetiletích lze ve fyzikálním vzdělávání pozorovat postupný přechod od tradičního přístupu, kterému dominuje učitel, k aktivnímu učení, pro které je ústřední postavou vzdělávacího procesu student. Tento článek popisuje takovýto přechod v případě pokročilého univerzitního kurzu termodynamiky a statistické fyziky určeného budoucím středoškolským učitelům fyziky.

Hlavními cíli, které motivovaly náš příklon k metodám aktivního učení, bylo ověřit jejich použitelnost v podmínkách naší fakulty, zlepšit průběžnou práci studentů v průběhu semestru a inspirovat je coby budoucí učitele. Metodami, které jsme k dosažení těchto cílů zvolili, byly zejména Peer Instruction a Just-In-Time Teaching, jejichž použití popisuje většina publikovaných studií na příkladech velkých studijních skupin; oproti tomu jsme měli v našich kurzech vždy nejvýše 10 studentů. Aktivní metody učení byly určující nejen pro podobu samotné výuky, ale pro celý design kurzu včetně cílené práce s motivací studentů, jejich domácí přípravy, zápočtových testů či vlastní zkoušky. Prezentované výsledky jsou založeny na tříleté zkušenosti s výukou takto koncipovaného kurzu.

I přes zvýšené časové nároky (kladené jak na studenty, tak na vyučující) považujeme průběh kurzu za úspěšný – zvolené metody umožnily všem studentům, aby se do výuky aktivně zapojili na jejich aktuální úrovni porozumění dané látce. Kromě značného prohloubení konceptuálního vhledu do tématu jsme také zaznamenali pozitivní změnu postojů studentů ve vztahu k vlastní výuce.

Reference

Bonwell, C. & Eison, J. (1991). Active Learning: Creating Excitement in the Classroom. AEHE-ERIC Higher Education Report No. 1. (Washington D.C.: Jossey-Bass). Vyhledej v Google Scholar
Burgan, M. (2006). In defense of lecturing. Change, 38(6), 30-34. Vyhledej v Google Scholar
Etkina, E. & van Heuvelen, A. (2007). Investigative Science Learning Environment – A Science Process Approach to Learning Physics. In: Research Based Reform of University Physics (eds. E. F. Redish & P. Cooney), AAPT. Vyhledej v Google Scholar
Felder, R. M. & Brent, R. (2009). Active Learning: An Introduction. ASQ Higher Education Brief 2(4). Vyhledej v Google Scholar
Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H. & Wenderoth, M. P. (2014). Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(23), 8410-8415. Vyhledej v Google Scholar
Georgiou, H. & Sharma, M. D. (2015). Does using active learning in thermodynamics lectures improve students’ conceptual understanding and learning experiences? European Journal of Physics, 36, 1-13. Vyhledej v Google Scholar
Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses. American Journal of Physics, 66(1), 64-74. Vyhledej v Google Scholar
Halliday, D., Resnick, R. & Walker, J. (2013). Fyzika 1. Brno: VUTIUM. Vyhledej v Google Scholar
Hattie, J. & Marsh, H. W. (1996). The Relationship Between Research and Teaching: A Meta-Analysis. Review of Educational Research, 66(4), 507-542. Vyhledej v Google Scholar
Levy, P., Lameras, P., McKinney, P., & Ford, N. (2011). The features of inquiry learning: theory, research and practice. Pathway to Inquiry Based Science Teaching, European Commission. Vyhledej v Google Scholar
Mandíková, D. & Trna, J. (2011). Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky. Brno: Paido. Vyhledej v Google Scholar
Mazur, E. (1997). Peer instruction: a user’s manual. Upper Saddle River: Prentice Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar
Mazur, E. (2009). Farewell, lecture? Science, 323(5910), 50–51. Vyhledej v Google Scholar
McDermott, L. C. (1996). Physics By Inquiry – volume 1. Canada: John Wiley & Sons, Inc. Vyhledej v Google Scholar
Meyers, C. & Jones, T. B. (1993). Promoting active learning: Strategies for the college classroom. San Francisco: Jossey-Bass. Vyhledej v Google Scholar
Novak, G. M., Patterson, E. T., Gavrin, A. D. & Christian, W. (1999). Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology. Upper Saddle River: Prentice Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar
Obdržálek, J. (1996). Termodynamika a molekulová fyzika. Ústí nad Labem: UJEP. Vyhledej v Google Scholar
Obdržálek, J. (2015). Termodynamika, molekulová fyzika a úvod to statistické fyziky. Praha: MatfyzPress. Vyhledej v Google Scholar
O’Kuma, T. L., Maloney, D. P. & Hieggelke, C. J. (2000). Ranking Task Exercises in Physics. Upper Saddle River: Prentice-Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar
Pollock, S. et al. (n. d.). Concept Tests and Course Materials from CU Boulder. Available from: http://www.colorado.edu/physics/EducationIssues/cts/ Vyhledej v Google Scholar
Prince, M. J. (2004). Does Active Learning Work? A Review of the Research. Journal of Engineering Education, 93, 223-231. Vyhledej v Google Scholar
Prince, M. J., Felder, R. M. & Brent, R. (2007). Does Faculty Research Improve Undergraduate Teaching? An Analysis of Existing and Potential Synergies. Journal of Engineering Education, 96, 283-294. Vyhledej v Google Scholar
Rieger, G. W. & Heiner, C. E. (2014). Examinations That Support Collaborative Learning: The Students’ Perspective. Journal of College Science Teaching, 43(4), 41-47. Vyhledej v Google Scholar
Simkins, S. & Maier, M. H. (2010). Just-in-Time Teaching: Across the Disciplines, Across the Academy. Sterling: Stylus Publishing, LLC. Vyhledej v Google Scholar
Sokoloff, D. R. & Thornton, R. K. (2004). Interactive Lecture Demonstrations – Active Learning in Introductory Physics. USA: Wiley. Vyhledej v Google Scholar
Specht, L. & Sandlin, P. (1991). The differential effects of experiential learning activities and traditional lecture classes in accounting. Simulation and Gaming, 22, 196-210. Vyhledej v Google Scholar
Spitzer, M. (2014). Digitální demence: Jak připravujeme sami sebe a naše děti o rozum. Brno: HOST. Vyhledej v Google Scholar
Tulving, E. & Donaldson, W. (1972). Organization of Memory. New York: Academic Press. Vyhledej v Google Scholar
Watkins, J. & Mazur, E. (2010). Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. In: Just-in-Time Teaching: Across the Disciplines, Across the Academy (eds. S. Simkins & M. H. Maier), Sterling: Stylus Publishing, LLC. Vyhledej v Google Scholar
Whitney, H. M. (2011). Low-tech alternatives to clickers. The chronicle of higher education. Available from: http://chronicle.com/blogs/profhacker/low-tech-alternatives-to-clickers/34184 Vyhledej v Google Scholar
Yeo, S. & Zadnik, M. (2001). Introductory Thermal Concept Evaluation: Assessing Students’ Understanding. The Physics Teacher, 39, 496-504. Vyhledej v Google Scholar
Zhang, P., Ding, L. & Mazur, E. (2017). Peer Instruction in introductory physics: A method to bring about positive changes in students’ attitudes and beliefs. Physical Review Special Topics – Physics Education Research, 13. Vyhledej v Google Scholar

Licence

Autoři, kteří publikují v tomto časopise, souhlasí s následujícími body:

Autoři si ponechávají copyright a garantují časopisu právo prvního publikování, přitom je práce zároveň licencována pod Creative Commons Attribution licencí, která umožňuje ostatním sdílet tuto práci s tím, že přiznají jejího autora a první publikování v tomto časopisu.
Autoři mohou vstupovat do dalších samostatných smluvních dohod pro neexkluzivní šíření práce ve verzi, ve které byla publikována v časopise (například publikovat ji v knize), avšak s tím, že přiznají její první publikování v tomto časopisu.
Autorům je dovoleno a doporučováno, aby zpřístupnili svou práci online (například na svých webových stránkách) před a v průběhu redakčního řízení jejich příspěvku, protože takový postup může vést k produktivním výměnám názorů a také dřívější a vyšší citovanosti publikované práce (Viz Efekt otevřeného přístupu).

[1] Bonwell, C. & Eison, J. (1991). Active Learning: Creating Excitement in the Classroom. AEHE-ERIC Higher Education Report No. 1. (Washington D.C.: Jossey-Bass). Vyhledej v Google Scholar

[2] Burgan, M. (2006). In defense of lecturing. Change, 38(6), 30-34. Vyhledej v Google Scholar

[3] Etkina, E. & van Heuvelen, A. (2007). Investigative Science Learning Environment – A Science Process Approach to Learning Physics. In: Research Based Reform of University Physics (eds. E. F. Redish & P. Cooney), AAPT. Vyhledej v Google Scholar

[4] Felder, R. M. & Brent, R. (2009). Active Learning: An Introduction. ASQ Higher Education Brief 2(4). Vyhledej v Google Scholar

[5] Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H. & Wenderoth, M. P. (2014). Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(23), 8410-8415. Vyhledej v Google Scholar

[6] Georgiou, H. & Sharma, M. D. (2015). Does using active learning in thermodynamics lectures improve students’ conceptual understanding and learning experiences? European Journal of Physics, 36, 1-13. Vyhledej v Google Scholar

[7] Hake, R. R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses. American Journal of Physics, 66(1), 64-74. Vyhledej v Google Scholar

[8] Halliday, D., Resnick, R. & Walker, J. (2013). Fyzika 1. Brno: VUTIUM. Vyhledej v Google Scholar

[9] Hattie, J. & Marsh, H. W. (1996). The Relationship Between Research and Teaching: A Meta-Analysis. Review of Educational Research, 66(4), 507-542. Vyhledej v Google Scholar

[10] Levy, P., Lameras, P., McKinney, P., & Ford, N. (2011). The features of inquiry learning: theory, research and practice. Pathway to Inquiry Based Science Teaching, European Commission. Vyhledej v Google Scholar

[11] Mandíková, D. & Trna, J. (2011). Žákovské prekoncepce ve výuce fyziky. Brno: Paido. Vyhledej v Google Scholar

[12] Mazur, E. (1997). Peer instruction: a user’s manual. Upper Saddle River: Prentice Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar

[13] Mazur, E. (2009). Farewell, lecture? Science, 323(5910), 50–51. Vyhledej v Google Scholar

[14] McDermott, L. C. (1996). Physics By Inquiry – volume 1. Canada: John Wiley & Sons, Inc. Vyhledej v Google Scholar

[15] Meyers, C. & Jones, T. B. (1993). Promoting active learning: Strategies for the college classroom. San Francisco: Jossey-Bass. Vyhledej v Google Scholar

[16] Novak, G. M., Patterson, E. T., Gavrin, A. D. & Christian, W. (1999). Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology. Upper Saddle River: Prentice Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar

[17] Obdržálek, J. (1996). Termodynamika a molekulová fyzika. Ústí nad Labem: UJEP. Vyhledej v Google Scholar

[18] Obdržálek, J. (2015). Termodynamika, molekulová fyzika a úvod to statistické fyziky. Praha: MatfyzPress. Vyhledej v Google Scholar

[19] O’Kuma, T. L., Maloney, D. P. & Hieggelke, C. J. (2000). Ranking Task Exercises in Physics. Upper Saddle River: Prentice-Hall, Inc. Vyhledej v Google Scholar

[20] Pollock, S. et al. (n. d.). Concept Tests and Course Materials from CU Boulder. Available from: http://www.colorado.edu/physics/EducationIssues/cts/ Vyhledej v Google Scholar

[21] Prince, M. J. (2004). Does Active Learning Work? A Review of the Research. Journal of Engineering Education, 93, 223-231. Vyhledej v Google Scholar

[22] Prince, M. J., Felder, R. M. & Brent, R. (2007). Does Faculty Research Improve Undergraduate Teaching? An Analysis of Existing and Potential Synergies. Journal of Engineering Education, 96, 283-294. Vyhledej v Google Scholar

[23] Rieger, G. W. & Heiner, C. E. (2014). Examinations That Support Collaborative Learning: The Students’ Perspective. Journal of College Science Teaching, 43(4), 41-47. Vyhledej v Google Scholar

[24] Simkins, S. & Maier, M. H. (2010). Just-in-Time Teaching: Across the Disciplines, Across the Academy. Sterling: Stylus Publishing, LLC. Vyhledej v Google Scholar

[25] Sokoloff, D. R. & Thornton, R. K. (2004). Interactive Lecture Demonstrations – Active Learning in Introductory Physics. USA: Wiley. Vyhledej v Google Scholar

[26] Specht, L. & Sandlin, P. (1991). The differential effects of experiential learning activities and traditional lecture classes in accounting. Simulation and Gaming, 22, 196-210. Vyhledej v Google Scholar

[27] Spitzer, M. (2014). Digitální demence: Jak připravujeme sami sebe a naše děti o rozum. Brno: HOST. Vyhledej v Google Scholar

[28] Tulving, E. & Donaldson, W. (1972). Organization of Memory. New York: Academic Press. Vyhledej v Google Scholar

[29] Watkins, J. & Mazur, E. (2010). Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. In: Just-in-Time Teaching: Across the Disciplines, Across the Academy (eds. S. Simkins & M. H. Maier), Sterling: Stylus Publishing, LLC. Vyhledej v Google Scholar

[30] Whitney, H. M. (2011). Low-tech alternatives to clickers. The chronicle of higher education. Available from: http://chronicle.com/blogs/profhacker/low-tech-alternatives-to-clickers/34184 Vyhledej v Google Scholar

[31] Yeo, S. & Zadnik, M. (2001). Introductory Thermal Concept Evaluation: Assessing Students’ Understanding. The Physics Teacher, 39, 496-504. Vyhledej v Google Scholar

[32] Zhang, P., Ding, L. & Mazur, E. (2017). Peer Instruction in introductory physics: A method to bring about positive changes in students’ attitudes and beliefs. Physical Review Special Topics – Physics Education Research, 13. Vyhledej v Google Scholar

Scientia in educatione

Abstrakt

Reference

Stažení

Licence