Myśl jak inżynier - innowacja nauczania fizyki w klasach VII - VIII

Imię i nazwisko autora:
Joanna Rojecka

Temat innowacji:
„Myśl jak inżynier” – nauczanie fizyki, chemii i informatyki z wykorzystaniem elementów inżynierii.

Przedmiot: fizyka, chemia, informatyka
Rodzaj innowacji: programowo – organizacyjno – metodyczna

Data wprowadzenia: 01 września 2022 r.
Data zakończenia: 23 czerwca 2023 r.

Zakres innowacji:
1. Adresatami innowacji są uczniowie klasy 7 i 8.
2. Czas realizacji innowacji obejmuje rok szkolny 2022/2023 z możliwością jej kontynuowania w następnym roku szkolnym.
3. Zajęcia innowacyjne odbywać się będą w ramach obowiązkowych zajęć edukacyjnych z fizyki i chemii oraz doraźnie na obowiązkowych zajęciach z informatyki.
4. Niniejsza innowacja ma na celu szerzenie idei zawodów inżynieryjnych jako zawodów przyszłości z wykorzystaniem pracy metodą Designe Thinking oraz projektu zespołowego.
5. Ma ona zachęcać i motywować uczniów do logicznego ale i twórczego myślenia, efektywnej pracy zespołowej oraz robienia notatek wizualnych pomocnych w przyswajaniu nowego materiału.
6. Innowacja obejmuje zmiany:
a) programowe;
b) organizacyjne;
c) metodyczne.

Motywacja wprowadzenia innowacji:
Innowacja „Myśl jak inżynier” jest moją odpowiedzią na dynamicznie zmieniające się wymagania rynku pracy oraz potrzeby rozwijającego się świata, a także wyjście naprzeciw wymogom edukacyjnym zawartym w aktualnej podstawie programowej dla II etapu edukacyjnego.
Na podstawie wieloletnich obserwacji oraz przeprowadzonych diagnoz podczas pracy w szkole zauważyłam, że uczniom najbardziej brakuje możliwości zastosowania zdobytej wiedzy i umiejętności w praktyce, a także zadań, które wykorzystują połączenie kilku przedmiotów edukacyjnych. Dlatego też główną przyczyną opracowania innowacji z tego przedmiotu była potrzeba dostosowania nauczania przedmiotów ścisłych do zmieniających się wymogów XXI wieku.

Opis innowacji - spis treści
I. Wstęp
II. Założenia ogólne
III. Cele innowacji
IV. Metody i formy
V. Przewidywane korzyści wdrożenia innowacji
VI. Tematyka zajęć
VII. Ewaluacja
VIII. Spodziewane efekty
IX. Podsumowanie

Opis innowacji:
I. Wstęp
W obecnych czasach już samo środowisko naturalne, ekologia oraz dynamiczny postęp technologiczny, stawia wyzwania przed młodymi obywatelami świata. Można pokusić się o stwierdzenie, że zawód inżyniera to zawód przyszłości. Inżynierowie to ludzie, którzy wymyślają i projektują nowe produkty ale także procesy technologiczne. To właśnie oni ulepszają życie przez rozwiązywanie różnych problemów czy stosowanie ułatwień w codziennym życiu. Świat inżynierii jest bardzo obszerny, to tu czekają nas takie wyzwania jak: lepsze wykorzystanie energii alternatywnej, opracowanie ekologicznych środków transportu, zabezpieczenie cyberprzestrzeni, praca nad bardziej skutecznymi lekami, uzdatnianie wody pitnej, sztuczna inteligencja, praca nad ulepszeniem rzeczywistości wirtualnej. To tylko kilka przykładów, inżynieria to ocean możliwości.
Obserwując zabawy młodszych dzieci, często widzimy jak manipulują klockami, przesypują piasek, układają wieże, które często i tak się rozpadną ale jak by na to nie patrzeć, można powiedzieć, że małe dzieci są naturalnymi badaczami świata, może nawet inżynierami. Uczniowie w wieku szkolnym skupiają się w szkole już bardziej na wiedzy i umiejętnościach narzuconych przez system edukacyjny oraz podstawę programową z poszczególnych przedmiotów. Do działania na poziomie inżynieryjnym wracają dopiero na poziomie wyboru studiów, z inżynierią spotka się dopiero student uczelni technicznej. Nauka fizyki i chemii w klasach 7 i 8 to dobry czas na poznania świata inżynierii w sposób bardziej świadomy. Niezależnie od tego, czy uczeń marzy o karierze inżynierskiej, czy po prostu lubi majsterkować i poznawać nowe rzeczy, realizacja tej innowacji będzie doskonałym pierwszym krokiem na drodze ku sprawiającej wiele radości i satysfakcji pracy.
Oprócz poznania świata inżynierii oraz wyzwań z jakimi mierzy się inżynier, podczas realizacji tej innowacji uczeń nauczy się efektywnej pracy zespołowej, kreatywnego projektowania inżynieryjnego metodą Designe Thinking oraz tworzenia notatek wizualizacyjnych, które są bardzo pomocne w przyswajaniu nowej wiedzy.
Design Thinking to metoda pracy projektowej, która powstała w biznesie jako forma tworzenia innowacyjnych produktów i usług w oparciu o dobre zrozumienie oczekiwań ich odbiorców. Choć metoda ta ma korzenie biznesowe, to równie efektywnie może być stosowana w edukacji. W wyniku zastosowania Design Thinking tworzone są rozwiązania, które odpowiadają celom określonym w projekcie oraz potrzebom uczestników, dla których dany projekt jest opracowany, realnym do wykonania w zakresie technologicznym oraz posiadającym ekonomiczne uzasadnione.
Notowanie wizualne to sporządzanie notatek nie tylko za pomocą pisma, ale także rysunków, ręcznej typografii, różnych kształtów i elementów wizualnych tj.: strzałki, linie, ramki, „chmurki” itd. Zostało zbadane, że notując wizualnie, bardziej skupiamy się na przyswajanej treści i aktywniej słuchamy lub czytamy. Ponadto notując w ten sposób, przetwarzamy wiedzę już w trakcie sporządzania notatki – budujesz system skojarzeń i konwertujesz słowa na obrazy. Dzięki temu nasz umysł przetwarza informacje bardziej efektywnie.
Choć nauka edukacji przedmiotów ścisłych owiana jest złą sławą, mam nadzieję że zaproponowana innowacja odmieni podejście do tych trudnych ale bardzo ciekawych przedmiotów.

II. Założenia ogólne
1. Innowacja skierowana jest do uczniów klasy 7 i 8 SP.
2. Główne założenia pracy na innowacyjnych zajęciach:
• wykorzystanie notatek wizualizacyjnych do zrozumienia trudnych zagadnień nauk ścisłych;
• praca z tekstem naukowym i rysunkiem technicznym, także w j. angielskim;
• zapoznanie uczniów z zawodem inżyniera oraz ścieżką kariery zawodów inżynieryjnych;
• zapoznanie uczniów z inżynieryjnymi wyzwaniami stawianymi przez świat XXI wieku;
• wdrożenie pracy metodą projektu inżynieryjnego z wykorzystaniem metody Designe Thinking;
• wdrożenie metody pracą zespołową;
• przerzucenie odpowiedzialności za własną naukę na uczniów, kształcenie samodyscypliny;

3. Innowacja dotyczy:
a) programu nauczania – zakres materiału poszerzony jest o zagadnienia edukacji kosmicznej, biomedycyny, inżynierii materiałowej, fizyki budownictwa infrastrukturalnego, elektrotechniki, inżynierii morskiej i mechaniki;
b) organizacji nauczania poprzez stworzenie bloków kilku przedmiotów w ramach jednego programu;
c) metodyki nauczania poprzez wprowadzenie wykorzystania notatki wizualizacyjnej do zrozumienia nowego tematu oraz pracy projektowej do wykorzystania zdobytej wiedzy teoretycznej w praktyce.

III. Cele innowacji
Cel główny:
Rozwój logicznego, analitycznego oraz kreatywnego myślenia u uczniów z wykorzystaniem metod pracy inżynieryjnej, notatki wizualizacyjnej oraz pracy zespołowej.

Cele szczegółowe:
• poprawa pracy zespołowej nastolatków;
• poprawa umiejętności obliczeniowych wśród uczniów klas 7 i 8;
• swobodne posługiwanie się wiedzą i umiejętnościami do rozwiązywania problemów osadzonych w praktyce;
• zachęcanie do pracy badawczo – konstrukcyjnej w celu tworzenia nowych rozwiązań w świecie nauki;
• kształtowanie u uczniów motywacji do samokształcenia;
• przygotowanie uczniów do pracy w zespole, pracy projektowej oraz wyzwań kolejnych etapów edukacyjnych;
• cotygodniowa analiza raportów postępów pracy na platformie;
• kształtowanie postaw empatycznych podczas pracy projektowej oraz realizacji produktów dla drugiego człowieka (etap metody Desidne Thinking).

IV. Metody i formy

Design Thinking – główne założenia to:
• koncentracja na użytkowniku – określenie oraz analiza świadomych i nieświadomych potrzeb użytkowników projektowanego rozwiązania,
• interdyscyplinarny zespół – praca w zespołach projektowych, w których uczestnicy posiadają różnorodne kompetencje,
• eksperymentowanie i częste testowanie hipotez – budowanie prototypów projektowanych rozwiązań i zbieranie informacji zwrotnej od ich użytkowników.

Notatka wizualna:
Notowanie wizualne to forma bardzo ważna, bo to ona pozwala nam łatwiej się uczyć i zapamiętywać, ale równocześnie nie jest ograniczona sztywnymi regułami. Wcale nie składa się wyłącznie z obrazków – musi się też znaleźć miejsce na tekst, ale zapisany nieco inaczej niż zwykle. Notując kreatywnie, przepuszczamy informacje przez dwa istotne kanały równocześnie: przez kanał werbalny i kanał wizualny. W psychologii określa się to koncepcją podwójnego kodowania, która wzmacnia przekaz i ułatwia zrozumienie. Kodując poprzez dwa, a nie tylko jeden (najczęściej werbalny) kanał, dajemy sobie szansę na zapamiętanie większej ilości informacji na dłużej. Najprościej mówiąc, dodając obrazy wzmacniamy procesy myślenia.

Nauczyciel realizuje następujące zadania:
• zapoznaje uczniów ze światem inżynierii;
• przygotowuje warsztaty pracy metodą Designe Thinking;
• przygotowuje warsztaty robienia notatek wizualnych;
• na każdą lekcję przygotowuje karty pracy do notatek wizualizacyjnych;
• do każdego przerabianego działy przygotowuje problemowe pytania kluczowe z wyzwaniami inżynieryjnymi do wyboru dla grup uczniowskich;
• okresowo dokonuje oceny pracy uczniów.
Uczeń realizuje następujące zadania:
• stosuje się do zasad pracy ustalonych na początku innowacji;
• angażuje się w powierzone mu zadania projektowe;
• robi notatki wizualne wg pomocnych wytycznych nauczyciela;
• zachowuje zasady bezpieczeństwa;
• sam organizuje swój warsztat nauki oraz pracy.

Formy pracy podczas realizacji innowacji:
• Prezentacja zwodów inżynieryjnych oraz pracy inżyniera;
• Pogadanka wykorzystywana do przedstawienia nowych zagadnień naukowych;
• Praca badawcza – sprawdzanie poznanych zagadnień naukowych w praktyce;
• Warsztaty – nauka pracy metodą Designe Thinking oraz robienia notatek wizualizacyjnych;
• Praca zespołowa podczas realizacji pracy projektowej;
• Praca doświadczalna – wykonywanie doświadczeń, pobieranie danych i analiza wyników;
• Praca z tekstem naukowym, także w j. angielskim

V. Przewidywane korzyści wdrożenia innowacji
Uczniowie:
a) Zdobywają wiedzę w sposób kreatywny, gdyż uczestniczą realizacji projektu inżynieryjnego na temat wybrany przez siebie.
b) Wykorzystują możliwości jakie daje praca badawcza oraz praca w grupie.
c) Mają możliwość sprawdzenia siebie w różnych sytuacjach praktycznych.
d) Uczą się samodzielności oraz odpowiedzialności za swoją pracę.
Nauczyciel:
e) Wykorzystuje różnorodne narzędzia technologiczne oraz metody wizualizacji;
f) Jest mentorem zorientowanym na odkrywanie i rozwijanie potencjału ucznia.

VI. Tematyka zajęć
Zagadnienia zostały opracowane w oparciu o podstawę programową kształcenia ogólnego dla II etapu edukacyjnego przedmiotów fizyka i chemia dla klasy 7 i 8. Materiał ten został rozszerzony i wykracza poza podstawę programową o zagadnienia:
• elementy inżynierii materiałowej;
• edukacja astronomiczna i kosmiczna;
• reakcje jądrowe;
• fizyka konstrukcji infrastruktury użytkowej;
• przemiany fizykochemiczne w ekologii;
• elementy sztucznej inteligencji;
• modelowanie konstrukcji 3D.

Przewidziano realizację ok. 15 bloków tematycznych:
1. Podstawy inżynierii – prezentacja.
2. Robienie notatek wizualnych – warsztaty.
3. Czytanie ze zrozumieniem tekstów naukowych – warsztaty.
4. Konstrukcja rakiety – warsztaty.
5. Lądowanie na Marsie – warsztaty.
6. Jak coś zrobić by się nie narobić – warsztaty.
7. Czas ucieka – warsztaty planowania pracy.
8. Alternatywne źródła energii – projekt.
9. Nowoczesne chodniki – projekt.
10. Sprzątanie wody – praca badawcza.
11. Budujemy most – projekt.
12. Elektryczny kask kosmity – projekt.
13. Projektujemy piec solarny – projekt.
14. Szał kolejki górskiej – projekt.
15. Inteligentny do - projekty własne.
Tematyka warsztatów i projektów może ulec zmianie ze względu na możliwość zgłoszenia innych propozycji przez uczniów.

VII. Ewaluacja
W celu uzyskania informacji zwrotnej nauczyciel przeprowadzi:
• ankietę dotyczącą wiedzy na początku innowacji i na zakończenie;
• rozmowy indywidualne i grupowe z uczniami,
• rozmowy z rodzicami,
• analiza ocen cząstkowych uczniów.

Szczegółowa analiza wyników ankiety, przeprowadzonych rozmów oraz wyników klasyfikacji pozwoli ocenić stopień realizacji zamierzonych celów. Działania te pomogą wyciągnąć wnioski, zaplanować pracę i ewentualnie zmodyfikować metody pracy. Podjęta zostanie także decyzja o ewentualnej kontynuacji innowacji w tej grupie.
Wszystkie wyniki i uwagi zostaną opracowane w sprawozdaniu oraz udostępnione dyrektorowi szkoły.

VIII. Spodziewane efekty
Wpływ na nauczyciela:
a) Ukierunkowanie na pracę jako mentor, osoba która jest zorientowana na odkrywanie i rozwijanie potencjału ucznia.
b) Usystematyzowanie pracy nauczyciela i przerabianego z uczniami materiału.
c) Poszerzenie umiejętności pracą metodą Designe Thinking oraz z użyciem notatki wizualizacyjnej.

Wpływ na uczniów:
a) Zaangażowanie uczniów w projekty społeczne rozwiązujące problemy obecnego świata, które mogą wykorzystać działania inżynieryjne (ekologia, działania kosmiczne, wirtualna rzeczywistość itp.);
b) Zaangażowanie uczniów w naukę przedmiotów ścisłych;
c) Ukierunkowanie uczniów na logiczne, analityczne i kreatywne myślenie.
d) Ukierunkowanie uczniów na rozwiązywanie problemów osadzonych w sytuacjach praktycznych.
e) Poprawienie wyników z przedmiotów ścisłych.
f) Zwiększenie samodzielności w nauce i przejęcia odpowiedzialności za swój rozwój edukacyjny.

Wpływ na pracę szkoły:
a) Rozwój nauczania przedmiotów ścisłych z nastawieniem na działania praktyczne.
b) Podniesienie efektów nauczania przedmiotów ścisłych;
c) Indywidualizacja nauczania – podnoszenie wyników edukacyjnych uczniów;
d) Promocja szkoły w środowisku lokalnym i ogólnopolskim.

IX. Podsumowanie
Niniejsza innowacja ma na celu zaprezentowanie korzyści płynących z pracy metodą projektową Designe Thinking oraz stosowania notatek wizualizacyjnych w celu zrozumienia nowego materiały na lekcji.