Az oktatócsomag alkalmazásával a fizika (kinematika) tanítása digitális pedagógiai eszközökkel, jelenség központú módon, a tanulók aktív közreműködésével és személyes megfigyeléseik által valósítható meg. A csomag két oktatószoftverre épít, amely megfelelő támogatás mellett megengedi, hogy a pedagógus a tanulók igényei szerint, a tanulási és készségfejlesztési célok figyelembe vételével dolgozzon. Ez a két szoftver a LabCamera és a Fizika.

A szoftver ingyenesen elérhető pedagógusok számára az alábbi linkeken:
A Nemzeti Köznevelési Portálon regisztrált pedagógusok tölthetik le a szoftvert, illetve LabCamera önállóan is lehetőséget biztosít tanári regisztráció kezdeményezésére. Ez az oldal jelenleg angol nyelvű, de a fejlesztő ígéretet tett arra, hogy hamarosan magyar nyelvű regisztrációs felület is segíti majd a magyar pedagógusok munkáját.

A LabCamera egy magyar nyelvű szoftver, amely digitális osztálytermi, esetleg otthoni körülmények között teszi lehetővé tudományos megfigyelések és mérések elvégzését egy webkamerával felszerelt számítógép segítségével. A webkamerával készült felvételen, de akár korábban készített videófelvételen lehet mérni, és a mérési eredményeket kezelni. A szoftver hatékony eszközöket biztosít a mérési adatok rögzítéséhez, feldolgozásához és a következtetések levonásához történjenek ezek a mérések elvégzésével egy időben, vagy utána. A felvételek rögzíthetők, a mérési adatok elmenthetők, így a későbbi adatfeldolgozásra is lehetőség nyílik. Sőt korábban rögzített videófelvételek is elemezhetők a szoftver segítségével.

A fejlesztő könnyen használható kész anyagokkal segíti a pedagógusok és tanítványaik munkáját.

A szoftver Chrome, Android és Windows platformon is futtatható laptopon és táblagépen.

Hazai tapasztalatok

Az Intellisense Zrt. az Eötvös Loránd Tudományegyetemmel együttműködve 160 tanulóból álló mintán végzett kutatást annak igazolására, hogy a LabCamera jótékony hatással van a tanulók eredményeire. A kutatás eredményei azt mutatták, hogy az újszerű tantermi megoldás és módszer alkalmazása 10–15%-os javulást eredményezett a tanulók teljesítményében, továbbá pozitív hatással volt a természettudományok iránt nem kifejezetten nyitott tanulók motivációjára is.

A szoftver tanárok számára ingyenesen elérhető, iskolai felhasználásért a felhasználószámtól függően kalkulált árat kell fizetni. A Nemzeti Köznevelési Portál regisztrált felhasználói számára a szoftver használata ingyenes.

A Labcamera szoftver az alábbi megfigyelési és adatfeldolgozási modulokat kínálja:

• Gyorskamera
• Kinematika
• Kémkamera
• Mikroszkóp
• Univerzális naplózás
• Nyomkövető
• Grafikon játék

A Gyorskamera segítségével a természetben lassan zajló folyamatokról készíthetünk felvételeket, majd ezeket a képeket egy folyamatosan lejátszható videóvá lehet alakítani.

A Kinematika modulban egyszerre 3 test függőleges és vízszintes mozgását követhetjük nyomon. Adatokat gyűjthetünk és elemezhetünk a testek helyzetéről sebességéről és gyorsulásáról.

A Kémkamera működését egy mozgásérzékelővel ellátott kamera működéséhez tudnánk hasonlítani, így automatikusan akkor készít felvételt, ha mozgás történik a kamera előtt.

A Mikroszkóp modul referencia távolság megadásával a nagyon kis mérettartományba eső tárgyak, minták vizsgálatát könnyíti meg.

Az Univerzális naplózás modul egy olyan valós idejű adatgyűjtésre alkalmas eszköz, amely képes digitális vagy analóg műszerekről adatokat leolvasni.

A Nyomkövető tulajdonképen egy speciális térképszerkesztő alkalmazás. Segítségével egy térképen színezéssel ábrázolható, hogy a térkép mely pontjaiban volt több mozgás.

A Grafikon játékban – egy objektum vagy egy görbe kiválasztását követően – az objektum választott görbe mentén történő mozgatása közben az alkalmazás információt ad arról, hogy mennyire volt sikeres a görbe követése.

Az Intellisense Zrt. az alábbi, kinematika témakörébe tartozó tananyagegységeket ajánlja a felhasználóknak. A közzétett anyagok angol nyelvűek, de a letölthető videók használatához semmilyen nyelvtudásra nincsen szükség.

• Különbség a pillanatnyi és az átlagsebesség között
• Autó sebességének meghatározása
• Egyenletesen lassuló mozgás
• Hátrahúzós játékautó mozgása
• Autó mozgás lejtőn
• Autó mozgás különböző lejtőkön
• Gyorsulás vizsgálata lendkerekes autóval
• Autó lassuló mozgása
• Ferde hajítás felfelé
• Ferde hajítás lefelé
• Vízszintes hajítás
• A körmozgás kinematikája
• A kerék forgó és haladó mozgása közötti kapcsolat

Fizika

A szoftver, a LabCamera programhoz hasonlóan, ingyenesen elérhető pedagógusok számára az alábbi linkeken:
A Nemzeti Köznevelési Portálon regisztrált pedagógusok tölthetik le a szoftvert, illetve LabCamera önállóan is lehetőséget biztosít tanári regisztráció kezdeményezésére. Ez az oldal jelenleg angol nyelvű, de a fejlesztő ígéretet tett arra, hogy hamarosan magyar nyelvű regisztrációs felület is segíti majd a magyar pedagógusok munkáját.

A Fizika névre keresztelt szimulációs szoftver interaktív módon teremt lehet lehetőséget arra, hogy a szoftver saját eszközkészletének és objektumainak felhasználásával megépített kísérleti elrendezésekkel modellezzék a tanulók a valós folyamatokat. A kiindulási feltételek és adatok szabad megváltoztatásával olyan újszerű szimulációs eszközt adhatunk a tanulók kezébe, melynek segítségével digitális osztálytermi, vagy akár otthoni körülmények között tudnak valós természettudományos problémákat vizsgálni, illetve kérdésekre választ találni. A felhasználóknak lehetősége nyílik arra, hogy a fejlesztők által készített kísérleti elrendezések kipróbálásával ismerkedjenek meg a szoftver használatával, mielőtt saját modellek építésébe fognának.

A szoftver rajzoló- és szerkesztő eszközöket ad a felhasználó kezébe, amelyekkel kísérleti helyzetek állíthatók elő, majd a mérőeszközök segítségével a mozgások, jelenségek tanulmányozhatók. Lehetőség van saját tervek megvalósítására, illetve a regisztrált felhasználók letölthetnek kész összeállításokat angol nyelvű óravázlatokkal.

A Fizika felhasználási lehetőségei:

• tanári magyarázat támogatása szimulációkhoz kapcsolt feladatok feldolgozása 10-15 percben (ez megvalósulhat tanulói bemutató formájában is)
• kinematikai problémákhoz kapcsolódó gyakorló feladatok
• tanórán kívüli kiegészítő problémák, feladatok

Nemzetközi elismerések

2011 Parent’s Choice Silver Award
2011 Magyar Innovációs Techshow – „Leginnovatívabb megoldás”
2012 ComputEd Gazette Bessie Award Winner
2013 Magyar Innovációs Techshow – Közönségdíj
2015 Nemzetgazdasági Minisztérium – „Március hónap startup vállalkozása”
2015 Bett Awards Finalist

Az alábbiak vélhetően minden érdeklődőt meggyőznek arról, hogy az ismertetett eszköz használata, a tanórai vagy szakköri munkába való beépítése – a fizika oktatására felkészített pedagógusoktól – nem vár el a számítógép használatán túlmutató informatikai ismereteket, illetve a szükséges gyakorlati tapasztalat megszerzésében számíthatnak az alábbiakban megadott elérhetőségek mögött állókra.

Célok

A csomagban javasolt tevékenységek a NAT kulcskompetenciái közül elsősorban az alábbiakat fejlesztik:

• Matematikai kompetencia
• Természettudományos és technikai kompetencia

Azonban a javasolt tevékenységi formák sokoldolúsága miatt további kompetenciák fejlesztésére is lehetőséget nyújt a csomag használata:

• Anyanyelvi kommunikáció
• Szociális és állampolgári kompetencia
• Kezdeményezőképesség és vállalkozói kompetencia
• A hatékony, önálló tanulás

A csomag keretein belül feldolgozható tananyag tartalmai elemeinek elsajátítása, és különösen a tanulási folyamatban használt tevékenységek jól támogatják az alábbi 21. századi készségek fejlesztését:

Tanulási és innovációs készségek

Kreativitás és innováció

• Eredetiség és találékonyság demonstrálása a munkában
• új ötletek felvetése, megvalósítása és másokkal való megosztása
• Nyitottság és fogékonyság az újszerű és sokoldalú megközelítésekre
• Kreatív hozzájárulás, kézzelfogható és hasznos közreműködés az innovatív területen

Kritikus gondolkodás és problémamegoldás

• Gyakorlottság a világos érvelés megértésében
• Döntési, választási képesség összetett feladatokban
• Rendszerek közötti összefüggések megértése
• Célravezető, tisztázó kérdések megfogalmazása egy adott probléma jobb megoldása érdekében
• Az információ rendszerezése, elemzése, szintetizálása a problémamegoldásban, kérdések megválaszolásában

Kommunikáció és együttműködés

• Gondolatok, ötletek világos, hatékony kifejtése szóban és írásban
• Hatékony munkavégzés képessége különböző munkacsoportokkal
• Rugalmasság és segítőkészség, a szükséges kompromisszumokra való hajlandóság a közös célok elérése érdekében
• Felelősségvállalás az együttműködésben végzett munka eredményessége érdekében

Információs, média és technológiai készségek

Információs műveltség

• Az információhoz való hatékony és eredményes hozzáférés, az információ kritikus és kompetens értékelése, kreatív és szakszerű alkalmazása a kérdéses területen vagy problémakörben

Médiaműveltség

• Az információhoz való hozzáférés körüli etikai, jogi kérdések megértésére való képesség

IKT (Információ, kommunikáció, technológia)

• A digitális technológia, kommunikációs eszközök és/vagy hálózatok hatékony alkalmazása az információ elérésére, kezelésére, értékelésére és létrehozása a tudásalapú gazdaságban
• A technológia eszközként való alkalmazása az információ felkutatásában, szervezésében, értékelésében, közvetítésében és az információhoz való hozzáférés körüli etikai, jogi kérdések megértésére való képesség

Életmód és karrier készségek

Rugalmasság és alkalmazkodó készség

• Alkalmazkodás a különféle szabályokhoz és felelősségekhez
• Eredményes munkavégzés nem egyértelmű, változó prioritások mellett is

Kezdeményezés és önirányítás

• önmegfigyelési készség a tanulási folyamat nyomon követésére, a saját tanulási igények azonosítására
• Túllépés az alapvető készségek és/vagy tananyag elsajátításán, saját tanulásunk és lehetőségeink felfedezése és kiterjesztése a szakértelem megszerzése érdekében
• A készségek folyamatos fejlesztésére, a professzionális szint elérésére irányuló kezdeményezés demonstrálása
• Feladatok meghatározása, rangsorolása, végrehajtása közvetlen felügyelet nélkül
• Hatékony időgazdálkodás, a munkaterhelés menedzselése
• Elkötelezettség a tanulás, mint élethosszig tartó folyamat iránt

Társadalmi és kultúrák közötti készségek

• Eredményes és megfelelő munka másokkal
• Csoportok kollektív intelligenciájának kihasználása adott esetben
• Kulturális különbségek áthidalása és különböző perspektívák felhasználása az innováció és a munka minőségének javulásáért

Produktivitás és számonkérhetőség

• Magas szintű követelmények és célok felállítása a minőségi munka határidőre való elvégzése érdekében
• Szorgalom és pozitív munkamorál demonstrálása (pontosság és megbízhatóság)

Vezetés és felelősségvállalás

• Interperszonális és problémamegoldó készségek felhasználása mások befolyásolására egy adott cél érdekében
• Mások erősségeinek kihasználása a közös célok elérése érdekében
• Becsületesség és etikus viselkedésmód demonstrálása
• Felelősségvállalás a nagyobb közösség érdekében

A Kerettantervi (az A típusú kerettanterv szerint) megfelelés a fogalmak szintjén:

• tér, idő, koordináta, vonatkoztatási rendszer, kinematikai alapfogalmak: út, hely, sebesség, átlagsebesség, a sebesség különböző mértékegységei, a gyorsulás fogalma, mértékegysége, az egyenletes és az egyenletesen változó mozgás, az egyenletes körmozgást leíró kinematikai jellemzők (pályasugár, kerületi sebesség, fordulatszám, keringési idő, szögsebesség, centripetális gyorsulás)

A Kerettantervi (az A típusú kerettanterv szerint) megfelelés a fejlesztési követelmények szintjén:

• a távolságmérés és helyzet meghatározásának elvégzése, út-idő és sebesség-idő grafikonok készítése, elemzése, számítások elvégzése az egyenes vonalú egyenletes mozgás esetében, a sebesség és a gyorsulás fogalma közötti különbség felismerése, a gyorsuló mozgás elemzése (pl.: adott sebesség eléréséhez szükséges idő, a fékút nagysága, a gyorsulás fogalmának megértése állandó nagyságú, de változó irányú pillanatnyi sebesség esetében, a periodikus mozgás sajátságainak áttekintése

A LabCamera Kinematika moduljának kapcsolódási pontjai más tantárgyakhoz:

• Matematika: függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés, -megoldás
• Informatika: alkalmazói és mérő szoftverek használata, digitális adatfeldologzás
• Földrajz: távolságmérés
• Testnevelés és sport: érdekes sebességadatok
• Biológia-egészségtan: élőlények mozgása, sebességei, reakcióidő

Az fizika érettségi mint kimeneti mérés sikeres teljesítéséhez szükséges kompetenciák lefedettsége:

• ismeretek összekapcsolása a mindennapokban tapasztalt jelenségekkel, a modern kor technikai eszközeinek működésével és azok hétköznapi használatával
• az alapvető természettudományos megismerési módszerek ismerete, alkalmazása
• alapmennyiségek mérése
• egyszerű számítások elvégzése
• egyszerűen lefolytatható fizikai kísérletek elvégzése
• a kísérleti tapasztalatok kiértékelése
• grafikonok, ábrák és folyamatábrák készítése, értékelése, elemzése
• mértékegységek, mértékrendszerek használata
• a szakkifejezések szabatos használata szóban és írásban
• induktív és deduktív következtetés
• analógiás következtetés
• adatok, ábrák kiegészítése, adatsorok, ábrák (köztük diagramok, grafikonok) elemzése, felhasználása
• téves információk azonosítása
• a mindennapi életben használt eszközök működésének megértése
• integrált gondolkodás (az egyik szaktudomány tartalmi elemeinek átvitele és alkalmazása egy másik szaktudomány területén)
• problémák megoldásában – a megfelelő matematikai eszközöket is felhasználva – az ismeretek alkalmazása
• a fizika tanult vizsgálati és következtetési módszereinek alkalmazása
• az adatok, mérési eredmények felhasználása bizonyítékként, érvként
• változók vizsgálata (függő és független változók felismerése, elkülönítése, a változók közötti kapcsolatok szisztematikus vizsgálata, kontrollja)
• hipotézisek, elméletek, modellek, törvények megfogalmazása, vizsgálata
• az alapvető fontosságú tények és az ezekből következő alaptörvények, összefüggések szabatos kifejtése, magyarázata szóban és írásban
• a mindennapi életet befolyásoló fizikai természetű jelenségek értelmezése
• több témakör ismeretanyagának logikai összekapcsolását igénylő fizikai feladatok, problémák megoldása

Pedagógiai-módszertani környezet

A fenti célok eléréséhez elengedhetetlen, a tanári és tanulói szerep újragondolása. A tanulók számára jelentsen személyes élményt, felfedezést a tananyag feldolgozása! A hagyományos értelemben vett kísérletezés, tanulókísérlet a modern digitális technikai háttérrel is ezt szolgálja. Azonban a kompetenciák hatékony fejlesztése csak akkor valósulhat meg, ha a tanórák jelentős részében tevékenykedtető, kooperatív, illetve projektmódszerek hatják át az aktív tanulói feladatvállalást. A tanári szerep is új alakot ölt. A korábban megkérdőjelezhetetlen tudás forrásaként működő pedagógus ebben az új tanulási környezetben facilitátori szerepben tűnik fel, motivál, segít, irányit, visszajelez és értékel. A hagyományos frontális munkaforma helyett a tanórák jelentős részében az alábbi tanulásszervezési formák javasoltak:

• egyéni feladatvégzés (pl.: önértékelés)
• páros munkaformák (pl.: kísérlet elvégzése)
• kiscsoportos munkaformák (pl.: tervezés)
• osztályszintű feladatok (pl.: ötletroham)

A fenti tevékenységi formák időarányára nehéz általános elvárást megfogalmazni. Az ideális részarány függ a tananyag típusától, a tananyag feldolgozásának módjától, a tanulók motivációjától és képességétől, továbbá a tanár felkészültségétől. Azonban mind az intézménynek, mind a pedagógusnak mindent el kell követni azért, hogy a frontális módszer csak a legszükségesebb esetekben jelenjen meg a tanórán.

A digitális eszközökkel és alkalmazásokkal támogatott tevékenységek jelenjenek meg a témát feldolgozó tanórák időkeretének legalább 40%-ában, illetve az otthoni feladatokban is!

A fentiekben részletezett módszerek kiválóan támogatják a tanulócsoporton belüli differenciálást. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a differenciálás problémáját csak tudatos odafigyeléssel és óraszervezéssel lehet hatékonyan kezelni.

A digitális pedagógia fontos jellemzője, hogy az értékelés, a tanulók számára adott visszajelzés is épít a digitális technológiára. érdemes kiemelni a formatív értékelést, amely forma számos módon megnyilvánulhat a számítógépes eszközökkel támogatott fizikai kísérletezésben:

• ellenőrzőlisták használata a feladat végrehajtásához
• adott projektek, bemutatók, elvégzett feladatok szöveges, online formában történő visszajelzése a tanár és/vagy a tanulótársak részéről
• játékosított pontozás és online jutalmazás

A tanulás színterei ma már nem csupán az iskolára korlátozódnak. Az iskolán kívüli tanulás is, valamint az otthoni tanulás is rendkívül lényeges. Az oktatási csomag elemei lehetővé teszik, hogy a témakörök jól kapcsolódjanak a külvilág jelenségeihez és kellő mennyiségű lehetőséget, feladatot és támogatást adjanak a diákok otthoni tanulásához.

Az oktatócsomag alkalmazásához szükséges infrastruktúra az iskolai tanulási környezet kialakításától is függ. Mindenképpen tanulóközpontú módszerek javasoltak, mert a passzív részvételt jelentő frontális megoldások nem eredményeznek személyes élményt és tapasztalatokat. A tanulóközpontú megközelítés az alábbiak közül az egyik környezetet jelenti, ahol az eszköz kifejezés táblagépet és laptopot is jelenthet:

• tanári eszköz és kivetítés + tanulónként egy eszköz
• tanári eszköz és kivetítés + tanulópáronként egy eszköz
• tanári eszköz és kivetítés + 4 fős tanulócsoportonként egy eszköz

A LabCamera és a Fizika szoftverek nagyon sokféle eszközön működőképesek, azonban egy beszerzés esetén érdemes jó grafikai képességű (laptop esetén 2 GB dedikált grafikus vezérlő) eszközöket vásárolni.

A tanári eszköz lehet laptop és táblagép is, de mindkét esetben meg kell oldani a kivetítést egyszerű esetben nagy fényerejű projektorral, haladóbb szintű felhasználás esetén interaktív panellel.

A LabCamera alkalmazásának központi eleme a webkamera használata. Ehhez használható a készülékek beépített kamerája is, azonban a szélesebb kísérleti lehetőségekhez külső, USB csatlakozású webkamera ajánlott, mégpedig olyan típus, amelynek a fókuszpontja kézzel állítható.

Az eszközök ajánlott paraméterei:

• laptop: min. Core i3 vagy azzal egyenértékű processzor, 4 GB RAM, min. 500 GB HDD/SSD, dedikált videokártya 2 GB, 3 db USB kimenet, beépített HD webkamera, mikrofon, ajánlott legalább 2 év garancia
• táblagép: min. 9–10” kijelzőméret, min. 16 GB belső memória, elülső és hátsó kamera, min. Android 6.0 operációs rendszer
• projektor: legalább 2000 ANSI lumen fényerejű, rögzített helyzetű projektor
• interaktív panel: legalább 70” méretű képátló, full HD felbontás, 16:9-es képarány, min. 8 érintéses multitouch, tollak, min. 2 év garancia

A Kinematika tanítása interaktív eszközökkel című csomag megvalósítói az alábbiakban részletezett támogatási formák közül választhatnak.

• Intellisense LabCamera Felhasználói kézikönyv Windowshoz (magyarul
• Intellisense LabCamera Felhasználói kézikönyv Androidhoz (magyarul)
• Intellisense blog
• FIZIKA (angolul)

Youtube csatorna – videók és tippek angol nyelven

A LabCamera és a Fizika szoftverhez letölthető mintafájlok:
http://intellisense.education/resources/

Juhász András – Szegeczky Tibor: Kinematikai feladatok grafikus értelmezése és megoldásahttp://www.regi.ovegesegylet.hu/HONLAP/kinematika.pdf