Wprowadzenie

Niniejsze opracowanie zawiera informacje na temat innowacyjnego projektu „Wirtualna Fizyka - Wiedza Prawdziwa”, realizowanego przez Uczelniane Centrum Kształcenia na Odległość Politechniki Koszalińskiej. Celem projektu jest dokonanie zmian w podejściu do nauczania fizyki w szkołach ponadgimnazjalnych poprzez opracowanie, produkcję i wdrożenie innowacyjnego programu nauczania z wykorzystaniem edukacyjnych gier wideo. Projekt ma także zwiększyć zainteresowanie uczniów szkół średnich fizyką, aby mogli osiągnąć taki poziom wiedzy i umiejętności, który umożliwi im kontynuację kształcenia na kierunkach technicznych i przyrodniczych. Skierowany jest do nauczycieli i uczniów szkół ponadgimnazjalnych w województwie zachodniopomorskim i lubuskim¹. Nie od dziś wiadomo, że wiedza z zakresu fizyki i matematyki jest podstawą uzyskania wysokich kwalifikacji w naukach technicznych, które obecnie uznawane są za kluczowy element rozwoju innowacyjnej gospodarki opartej na wiedzy. Niestety, zdaniem nauczycieli szkół ponadgimnazjalnych, fizyka jako przedmiot nauczania szczególnie straciła na prestiżu. Stało się tak m.in. z powodu drastycznego ograniczenia liczby godzin i treści nauczania w wyniku reformy systemu oświaty (w 1999 roku)². Ta radykalna redukcja uzasadniana była tym, że uczniowie traktowali fizykę jako najbardziej nielubiany i stresujący przedmiot.

Analiza problemu

Badania przeprowadzone przez ośrodki realizujące konkursy o tematyce związanej z kształceniem w zakresie przedmiotów ścisłych³ wykazały, że stosowane dotychczas w szkołach metody nauczania są niewystarczające. Fizyka wciąż przysparza uczniom wiele problemów. Przyczyniają się do tego m.in. niedoposażone sale dydaktyczne oraz brak możliwości organizowania wycieczek edukacyjnych, np. do firm produkcyjnych lub warsztatów, aby obserwować w praktyce omawiane zagadnienia.

Z badań przeprowadzonych w listopadzie 2011 r. przez Zespół Projektowy Politechniki Koszalińskiej na grupie 3000 uczniów z klas I-III szkół ponadgimnazjalnych z woj. lubuskiego i zachodniopomorskiego wynika, że zainteresowanie fizyką wśród młodzieży jest małe. Niespełna 7,1 proc. badanych uczniów deklaruje wysokie zainteresowanie tym przedmiotem. Wynika to głównie z faktu, że uczniowie nie postrzegają fizyki jako przedmiotu atrakcyjnego - uważają, że jest on trudny i skomplikowany (odpowiedzi 70 proc. badanych uczniów).

Niechęć do tego przedmiotu wiąże się przede wszystkim z anachronicznymi metodami prowadzenia zajęć (63,5 proc. odpowiedzi). Wpływ na taki stan rzeczy ma również słabe wyposażenie sal lekcyjnych i laboratoriów (18,7 procent). Część uczniów (10,3 proc.) uważa z kolei, że lekcje fizyki oparte są na zbyt małej liczbie przykładów z życia codziennego. Przeszkodą w zrozumieniu fizyki są również lekcje przeładowane teorią i zbyt ubogie w praktyczną prezentację omawianych zjawisk (7,5 procent).

Młodzież zaznacza jednak, że jej podejście do nauki tego przedmiotu może zmienić sposób realizowania zajęć - urozmaicenie ich poprzez prezentowanie na lekcjach doświadczeń w postaci filmów interaktywnych (44,6 proc.) czy wprowadzenie większej liczby doświadczeń (30,2 procent). Według uczniów fizyka mogłaby być bardziej interesująca, gdyby lekcje z tego przedmiotu były prowadzone w sposób mniej encyklopedyczny a bardziej praktyczny - np. gdyby zawierały prezentację zjawisk występujących w życiu codziennym, technice, technologii i przemyśle. Wzrost zainteresowania przedmiotem według autorów zdecydowanie przełoży się na zwiększenie liczby osób wybierających fizykę jako przedmiot maturalny.

Koncepcja projektu

Analiza programu nauczania fizyki (klas I-III ogólnokształcących i technicznych) oraz konspektów lekcji, dokonana przy współpracy z ekspertami z Centrum Edukacji Nauczycieli z Koszalina⁴, wykazała szereg powodów do niepokoju. Okazuje się, że aby podnieść jakość kształcenia, większość zaplanowanych w programie treści nauczania można by przedstawić w sposób aktywizujący uczniów. Metody aktywizujące nie są jednak wykorzystywane w praktyce. Problemem jest brak czasu na przerobienie materiału oraz przyzwyczajenie do „szufladkowania” wiedzy - zarówno wśród nauczycieli, jak i uczniów. Szkoły nie dysponują odpowiednim sprzętem, a nauczyciele (wybierając często łatwiejszą drogę) nadal wykorzystują klasyczne podręczniki i metodę planimetryczną np. w objaśnianiu postępowego i obrotowego ruchu bryły sztywnej, chociaż mogą skorzystać z nowoczesnych narzędzi edukacyjnych, takich jak np. trójwymiarowa animacja cyfrowa wybranych zjawisk.

Alternatywa dla szkół

W celu wzbogacenia systemu nauczania fizyki klas I-III szkół ponadgimnazjalnych Politechnika Koszalińska proponuje innowacyjny program nauczania. Jego najważniejsze elementy są następujące:

• 100 gier wideo, które posłużą do zobrazowania wybranych kwestii z poszczególnych działów fizyki, pomogą w wyjaśnieniu, utrwaleniu lub powtórzeniu przerabianych na lekcji zagadnień. Każda gra oparta jest na interakcji, która umożliwia uczniowi samodzielne decydowanie o dalszym przebiegu ćwiczenia. Zaprojektowana ścieżka filmowa poprzez zabawę i element zaskoczenia powoduje, że niezależnie od tego, czy uczeń dokonał dobrego, czy też złego wyboru, pozna skutki swojej decyzji - co byłoby trudne do przeprowadzenia w przypadku nauczania tradycyjnego.
  
  Rysunek 1. Przykładowe plansze gier - zrzut z ekranu
  
  Źródło: opracowanie własne
  
• 30 filmów nakręconych kamerą szybkościową - kamera typu Phantom High Speed umożliwia pokazanie w zwolnionym tempie złożonych zjawisk fizycznych trwających zaledwie ułamki sekund. Spowolnienie prezentacji ponad 2 tys. klatek na sekundę pozwala na pokazanie tego, co jest niemożliwe do uchwycenia przez ludzkie oko.
  
  Rysunek 2. Przykładowe filmy
  
  Źródło: opracowanie własne
  
• 10 filmów zrealizowanych w konwencji ciekawostek - stworzonych, aby ułatwić i utrwalić zapamiętywanie przerabianego na lekcji materiału. Opracowano również zbiór filmów, których celem jest pokazanie uczniom występowania zjawisk fizycznych w przemyśle.
  
  Rysunek 3. Przykładowe filmy
  
  Źródło: opracowanie własne
  
• Podręcznik użytkownika wraz z innowacyjnym programem nauczania dla szkół ponadgimnazjalnych, zgodnym z treścią podstawy programowej MEN. Znajdują się w nim informacje nt. użytkowania gier oraz proponowane konspekty lekcji, co znacznie ułatwi nauczycielowi korzystanie z gotowego produktu.
• Odtwarzacz Blu-Ray - każdy nauczyciel biorący udział w projekcie otrzyma dodatkowo odtwarzacz, dzięki któremu będzie mógł wykorzystać gry wideo na swojej lekcji.
• 100 gier zrealizowanych w technologii flash. Oprócz gier wideo na specjalnie opracowanym portalu (http://www.e-ai.eu) uczniowie po zalogowaniu będą mieli możliwość korzystania również ze 100 gier flashowych (m.in. Koło Fortuny, Ryzyk-fizyk, krzyżówki). Będą one dostępne za pośrednictwem internetu przez 24 godziny na dobę. Da to uczniom możliwość samodzielnego utrwalenia materiału przerabianego na lekcji.
  
  Rysunek 4. Przykładowe gry w technologii flash
  
  Źródło: opracowanie własne

Wykorzystywanie innowacyjnych narzędzi

Innowacyjne narzędzia opracowane dzięki środkom z Europejskiego Funduszu Społecznego w momencie pisania niniejszego artykułu znajdują się w fazie testowania. Obecnie korzysta z nich 54 nauczycieli z 49 szkół województwa zachodniopomorskiego i lubuskiego. Celem testowania jest sprawdzenie produktu pod względem merytorycznym, zbadanie jego użyteczności oraz ustalenie, w jaki sposób wpływa on na motywację i aktywność uczniów. W związku z tym nauczyciele testujący omawiane narzędzia edukacyjne w okresie od września 2011 roku do końca czerwca 2012 przeprowadzą 76 godzin lekcyjnych zajęć z ich wykorzystaniem. Po każdych zajęciach opracują raporty wynikające z obserwacji uczniów na lekcji, zapisując swoje spostrzeżenia w specjalnie przygotowanych dziennikach. Znajdą się w nich informacje, czy i w jakim stopniu zmieniła się aktywność i motywacja uczniów po wykorzystaniu poszczególnych gier oraz na temat ewentualnych błędów merytorycznych produktu. Oprócz tego, na prośbę zespołu projektowego, uczniowie i nauczyciele za pośrednictwem specjalnego portalu wymieniać się będą opiniami na temat gier, podając autorom wskazówki dotyczące ulepszenia produktu.

Do czerwca 2012 roku zgodnie uwagami uczniów i nauczycieli opracowana zostanie finalna wersja produktu, którą od września 2012 roku projektodawca wdroży w co najmniej 123 szkołach ponadgimnazjalnych w województwie zachodniopomorskim i lubuskim. W związku z tym od 1 września 2011 roku do 14 czerwca 2012 trwa rekrutacja szkół ponadgimnazjalnych do etapu upowszechniania finalnej wersji produktu⁵.

Z bieżących opinii nauczycieli testujących wynika, że narzędzia są pozytywnie odbierane przez uczniów i bardzo dobrze wspomagają zajęcia dydaktyczne, zwiększając aktywność uczniów w trakcie lekcji. Opracowane gry wideo są krótkie, co umożliwia nauczycielom dowolne wkomponowanie ich w ramy czasowe programu nauczania. Fizycy chętnie stosują innowacyjne narzędzia, ponieważ daje im to możliwość przedstawienia na lekcji zjawisk fizycznych, które do tej pory były trudne do zaprezentowania (np. z powodu słabo wyposażonych laboratoriów). Zjawiska przedstawiane w grach rejestrowane są za pomocą najnowszych narzędzi, np. kamery Phantom High Speed, wyposażonej w system umożliwiający pomiar prędkości, przemieszczeń itp. Dzięki takim rozwiązaniom uczniowie mogą niezwykle szczegółowo obserwować zjawiska fizyczne występujące w świecie realnym, a dzięki odpowiednio opracowanym scenariuszom gier w sposób interaktywny rozwiązywać zadania.

Podsumowanie

Wykorzystanie innowacyjnych narzędzi w postaci gier wideo oraz gier w technologii flash doskonale wpisuje się w zmiany, jakie dokonały się w społeczeństwie na przestrzeni ostatnich lat. Młodzi ludzie poszukują dzisiaj informacji bardziej skondensowanej, umożliwiającej znalezienie szybkiego rozwiązania konkretnego problemu. Zauważalne jest przy tym faworyzowanie wzroku jako podstawowego zmysłu, a obrazu jako podstawowego środka przekazu. To właśnie na nich oparte są dominujące metody poznawania i przekazywania wiedzy.

Według autorów projektu proponowana metoda wspomagania nauczania ma duże szanse wpisać się w kanony nowoczesnego nauczania. Prezentowany produkt edukacyjny może w znacznym stopniu poprawić również jakość kształcenia na uczelniach wyższych, wspomagając zajęcia wykładowe. Odpowiednio przygotowane scenariusze gier są w stanie zaktywizować studentów podczas wykładów, które w ich opinii określane są jako „trudno przyswajalne”. Dzięki tego typu rozwiązaniom studenci mogą, nie wychodząc z sal wykładowych, w sposób interaktywny poznawać mechanizmy i procesy rozwiązań stosowanych w praktyce, które do tej pory znali wyłącznie z teorii.

Prezentując produkt będący jeszcze w fazie testowej na różnego rodzaju targach, zespół projektowy zaobserwował duże zainteresowanie nim nie tylko ze strony szkół ponadgimnazjalnych, ale również gimnazjów i szkół wyższych. Szczególnie duże zainteresowanie pojawiało się wśród instytucji wykorzystujących narzędzia e-learningowe w procesie szkolenia zarówno młodzieży, jak i osób dorosłych. Projektodawca przymierza się do implementacji części gier wideo na platformę e-learningową, dzięki czemu odbiorcy nie będą musieli zaopatrywać się w odtwarzacz Blu-Ray, a przy tym zwiększy się również dostępność omawianych narzędzi dydaktycznych.