SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA U OSIJEKU

ODJEL ZA FIZIKU

ANDREA BAKOVIĆ

PROCJENA RAZINE UVJERENOSTI STUDENATA U

NEKE FIZIKALNE KONCEPTE PRIMJENOM CSEM

TESTA

Diplomski rad

Osijek, 2013.

i

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA U OSIJEKU

ODJEL ZA FIZIKU

ANDREA BAKOVIĆ

PROCJENA RAZINE UVJERENOSTI STUDENATA U

NEKE FIZIKALNE KONCEPTE PRIMJENOM CSEM

TESTA

Diplomski rad

predložen Odjelu za fiziku Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku radi stjecanja

zvanja magistra edukacije fizike i informatike

Osijek, 2013.

ii

„Diplomski rad rađen je u Osijeku pod vodstvom mentora izv. prof. dr. sc. V.

Radolića i sumentora dr. sc. Ž. Mioković, profesor visoke škole u sklopu

Sveučilišnog diplomskog studija fizike i informatike na Odjelu za fiziku

Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku, a sa svrhom stjecanja zvanja

magistra edukacije fizike i informatike“

SADRŽAJ:

1. UVOD ........................................................................................................................................................ 1

2. TEORIJSKI DIO ........................................................................................................................................... 3

2.1. PRIMJENA PIAGETOVIH IDEJA ........................................................................................................... 5

2.2. UOČAVANJE ULOGE UČENIČKIH PRETKONCEPCIJA ........................................................................... 7

2.2.1. Pretkoncepcije u elektricitetu i magnetizmu ............................................................................. 8

2.3. EDUKACIJSKI KONSTRUKTIVIZAM .................................................................................................... 10

2.3.1. CSEM (Conceptual Survey in Electricity and Magnetism) ........................................................ 11

2.3.2. CRI (Certainty of Response Index) ............................................................................................ 13

2.4. PARAMETRI STATISTIČKE ANALIZE .................................................................................................. 15

2.4.1. Analiza zadatka ......................................................................................................................... 15

2.4.2. Analiza testa ............................................................................................................................. 17

2.4.3. Faktor prirasta ili dobitka (g-faktor ili gain) .............................................................................. 18

3. EKSPERIMENTALNI DIO .......................................................................................................................... 20

4. REZULTATI I RASPRAVA .......................................................................................................................... 22

4.1. REZULTATI STATISTIČKE ANALIZE CSEM TESTA ............................................................................... 22

4.1.1. Hakeov graf za ispitane skupine studenata .............................................................................. 25

4.2. ANALIZA CSEM TESTA PO KONCEPTUALNIM PODRUČJIMA............................................................ 26

4.3. ANALIZA KONCEPTUALNIH PODRUČJA PO PITANJIMA ................................................................... 37

4.3.1. ENS............................................................................................................................................ 37

4.3.2. EPS ............................................................................................................................................ 39

4.3.3. EPR ............................................................................................................................................ 41

4.3.4. MPS ........................................................................................................................................... 43

4.3.5. EMI............................................................................................................................................ 45

4.3.6. NZuEM ...................................................................................................................................... 47

5. ZAKLJUČAK .............................................................................................................................................. 49

6. LITERATURA ............................................................................................................................................ 50

7. ŽIVOTOPIS ............................................................................................................................................... 51

8. PRILOG .................................................................................................................................................... 52

Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku Diplomski rad

Odjel za fiziku

PROCJENA RAZINE UVJERENOSTI STUDENATA U NEKE FIZIKALNE

KONCEPTE PRIMJENOM CSEM TESTA

ANDREA BAKOVIĆ

Sažetak

Istraživanje procjene razine uvjerenosti studenata u neke fizikalne koncepte primjenom CSEM

testa provedeno je na početku i kraju prvog (zimskog) semestra akademske godine 2012./13. U

istraživanju su sudjelovali studenti osječkog sveučilišta koji na svojim studijskim usmjerenjima u

sklopu nekog od kolegija slušaju predavanja iz područja elektromagnetizma. Kao dijagnostički

instrument korišten je CSEM test u kombinaciji sa indeksom razine uvjerenosti u odgovor (CRI).

Zahvaljujući spomenutoj kombinaciji pojavila se mogućnost razlikovanja neznanja od

pretkoncepcija i pogađanja točnih odgovora od znanja. Nad prikupljenim i obrađenim podacima

napravljena je analiza kvalitete i pouzdanosti zadataka i testa u obliku klasične test teorije.

Dobiveni rezultati pokazali su da su studenti uvjereniji u odgovore iz područja elektriciteta,

posebno u one koji obuhvaćaju fizikalne koncepte raspodjele naboja na vodičima i izolatorima te

Coulombov zakon. Puno manju razinu uvjerenosti u dane odgovore pokazali su kada je bila riječ

o području magnetizma, a gradivo elektromagnetske indukcije i Faradayev zakon pokazalo se

najtežim i sa najnižim CRI-em.

(58 stranica, 27 slika, 5 tablica, 10 literaturnih navoda)

Rad je pohranjen u knjižnici Odjela za fiziku

Ključne riječi: CSEM test / Elektricitet i magnetizam / Pretkoncepcije / Razina uvjerenosti u

odgovor (CRI)

Mentor: izv. prof. dr. sc. Vanja Radolić

Sumentor: dr. sc. Željka Mioković

Ocjenjivači: izv. prof. dr. sc. Branko Vuković

dr. sc. Marina Poje

Rad prihvaćen: 13. 12. 2013.

J. J. Strossmayer University in Osijek Bachelor of Science Thesis

Department of Physics

ASSESSMENT OF STUDENTS`CERTAINTY RESPONSE INDEX IN

SOME PHYSICAL CONCEPTS USING CSEM TEST

ANDREA BAKOVIĆ

Abstract

The study estimates students` certainty of response index in some physical concepts using CSEM

test. It has been implemented at the beginning and the end of first (winter) semester of academic

year 2012/2013. The research was conducted on the population of students at the University of

Osijek which on their study majors take classes from the field of electromagnetism. CSEM test

was used as a diagnostic tool, combined with Confidence of Response Index (CRI). Thanks to

the mentioned tools, a possibility of distinguishing ignorance and guessing correct answers from

knowledge appeared. Collected and processed results were analyzed by classical test theory from

which tested quality and reliability of each task and the whole test as well. The obtained results

showed that students were more confident answering questions related to electric field,

especially ones that include physical concepts of charge distribution on conductors and insulators

as well as Coulomb's law. A lot lower level of confidence in given answers was shown when it

came to the field of magnetism, theory of electromagnetic induction and Faraday's law proved

the most difficult with the lowest CRI.

(58 pages, 27 figures, 5 tables, 10 references)

Keywords: Certainty of Response Index (CRI) / CSEM Test / Electricity and magnetism /

Misconceptions

Supervisor: Vanja Radolić, PhD, Associate Professor

Co-supervisor: Željka Mioković, PhD

Reviewers: Branko Vuković, PhD, Associate Professor

Marina Poje, PhD

Thesis accepted: December, 13th

2013

1

1. UVOD

Procesi učenja i prenošenja znanja imali su veliku ulogu u ljudskoj povijesti. Njihova

važnost bila je poznata još prvim plemenima i civilizacijama kada su stariji, iskusniji članovi

prenosili svoje znanje mlađim naraštajima, obučavajući ih svemu što znaju u svrhu

preživljavanja i osamostaljenja. Od tih vremena, kada je učenje imalo svrhu preživljavanja,

preko Platonove akademije, srednjovjekovnih i renesansnih škola, pa sve do danas kada se

posvuda čuje krilatica „Znanje je moć!“ neprestano se radi na unapređivanju obrazovnog sustava

i povećanju sveukupnog ljudskog znanja. Znanje i informacija postali su temeljni kapital

današnjice, a obrazovane, kreativne osobe željne znanja, postignuća i novih otkrića najpoželjnija

radna snaga. Nalazimo se u razdoblju prijelaza iz ere visoke tehnologije u eru znanja gdje spoj

fundamentalnih prirodnih znanosti (fizika, kemija i biologija) i tehnologije igra vodeću ulogu

[1]. Kako bi taj prijelaz u eru znanja bio moguć uočila se potreba za detaljnim rekonstruiranjem

obrazovnih sustava, na čemu se u većini zemalja, pa tako i u Hrvatskoj, radi još i danas.

Odnos nastave, znanja i učeničkih kompetencija središnji je problem u svim reformama

obrazovanja. Naglašava se prijelaz sa poučavanja (prijenosa sadržaja) na učenje (stjecanje i

razvoj kompetencija). Danas se razlikuju dvije didaktičke strategije: nastava usmjerena na

učitelja (tradicionalna nastava) i nastava usmjerena na učenika (interaktivna, moderna nastava).

Moderna nastava podrazumijeva suvremene strategije učenja u kojima učitelj i učenik zajednički

rade i sudjeluju u nastavnom procesu.

Napušteno je vjerovanje da su učenici, prije nego se u školi susretnu sa određenim pojavama i

problemima, „prazne ploče“ odnosno da o spomenutom nemaju nikakvo predznanje. Najčešće se

događa da se stav i mišljenje koja su učenici već zauzeli o nečem protive onom što uče u školi.

Te krive predodžbe nazivamo pretkoncepcijama ili miskoncepcijama. Uočeno je da učenici od

njih ne odustaju tako lako, pa unatoč tomu što u školi za vrijeme usmenog ili pismenog

odgovaranja daju točan odgovor, izvan škole i njenog autoriteta oni se i dalje vode svojim starim

uvjerenjima. Na području metodike nastave fizike provedena su mnoga istraživanja koja se bave

problemom fizike kao teškog i učenicima omraženog predmeta u školi. Učenici ne razumiju

fiziku i problem im je shvatiti čak i osnovne koncepte i temelje na kojima ona počiva. Upravo

zato se susrećemo sa slučajevima u kojima učenici imaju prolaznu, pa čak i vrlo dobru i odličnu

ocjenu iz fizike, ali ju nisu u mogućnosti primijeniti u svakodnevnom životu. Kako bi se to

promijenilo razvijeni su konceptualni testovi koji služe kao alat profesorima u srednjim školama

2

i na fakultetima za provjeru razumijevanja gradiva i uočavanje pretkoncepcija iz raznih područja

fizike. Spomenuti testovi također mogu biti i dobar pokazatelj je li nastava koju profesor drži

tradicionalno predavačka ili moderna. Već provedenim raznim istraživanjima je pokazano da se

učenici mogu osloboditi pretkoncepcija samo ako i sami sudjeluju u procesu učenja, odnosno

ako je nastava interaktivna. Slabi rezultati na ovim testovima upućuju na to o kojem je od već

spomenuta dva tipa poučavanja riječ, te što se treba i u kolikoj mjeri mijenjati prilikom izvođenja

nastave. Mnogi su profesori bili uvjereni da je nastava koju organiziraju interaktivna i da njihovi

učenici posjeduju konceptualno znanje, međutim loši rezultati na ovim testovima znak su da

imaju krivo i da je potrebno uvesti određene promjene u način rada.

U ovom diplomskog radu biti će riječ o ispitivanju uvjerenosti (sigurnosti) studenata u odgovor

prilikom provjeravanja znanja i razumijevanja iz područja elektromagnetizma pomoću

konceptualnog CSEM (Conceptual Survey of Electricity and Magnetism) testa. Test se sastoji od

32 pitanja višestrukog izbora i za njegovo rješavanje od matematičkih vještina potrebno je

poznavanje zbrajanja vektora i algebarskog načina razmišljanja. U provedbi istraživanja

sudjelovali su studenti Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku koji na studijskim usmjerenjima u

sklopu nekog od kolegija slušaju predavanja iz područja elektromagnetizma. Test su rješavali

prije (predtest) i nakon (posttest) odslušanih predavanja iz elektriciteta i magnetizma. Na

osječkom sveučilištu već su i ranije provedena istraživanja uz pomoć ovog testa [2], ali su ona u

središte svog zanimanja stavila pretkoncepcije, koliko teško se one odbacuju i nakon odslušanih

predavanja i jesu li studenti uspjeli ostvariti napredak (gain) na posttestu obzirom na predtest.

Dio kojem će se posvetiti ovo istraživanje i na koji će se u ovom diplomskom radu usmjeriti

posebna pažnja odnosi se na procjenu sigurnosti studenata u svoje odgovore. Za vrijeme

ispunjavanja testa od studenata se tražilo da iskažu sigurnost u svaki odgovor što je u konačnici

također utjecalo na njihove krajnje rezultate. Na skali od 1 do 3 su, uz odgovor, zaokruživali 3

ako su potpuno uvjereni u točnost odgovora, 2 ako nisu potpuno sigurni u točnost i 1 ako nisu

nimalo sigurni u odgovor (pogađanje). Prilikom ispravljanja ti su se faktori uvjerenosti u

odgovor (Certainty of Response Index - CRI) uzimali u obzir i vrednovali na način koji će u

nastavku ovoga rada biti detaljno opisan. Rezultati na testu dobiveni uključivanjem CRI faktora

u analizu i bodovanje usporedit će se sa rezultatima koji bi ti isti studenti postigli kada se u obzir

ne bi uzimala uvjerenost u odgovor, odnosno kada bi se zanemario CRI faktor.

3

2. TEORIJSKI DIO

Benjamin S. Bloom je 1956. predložio podjelu ciljeva odgojno-obrazovnog procesa koja je

zadržana sve do danas. Prema njegovoj taksonomiji učenje je podijeljeno u tri domene:

kognitivna (znanje i razumijevanje), psihomotorička (umijeća i vještine) i afektivna (stavovi i

uvjerenja). Učeničkim postignućima ili odgojno-obrazovnim ishodima se jasno iskazuje što bi

učenik trebao znati ili biti u stanju napraviti, odnosno koje bi kompetencije trebao steći po

završetku odgojno-obrazovnog procesa.

CSEM testom provjeravano je znanje i razumijevanje studenata iz područja elektriciteta i

magnetizma što je područje kognitivne domene. Unutar kognitivne domene Bloom je definirao i

sistematizirao šest razina učenja (Slika 1.), a uz svaku razinu navodi i aktivne glagole (npr.

definirati, iskazati, svrstati, analizirati, povezati, vrednovati…) sukladno sa očekivanim

obrazovnim postignućima.

Slika 1. Bloomova taksonomija- kognitivna domena

Zadaća suvremene metodike je pospješiti procese učenja i poučavanja. Proučavanjem raznih

nastavnih metoda i oblika rada ustanovljeno je koje metode i oblici pospješuju obrazovna

postignuća i dovode učenike do viših razina (analiza, sinteza i vrednovanje), a koje treba

izbjegavati. Prema dobivenim rezultatima ustanovljeno je da učenici na predavanjima koja se

održavaju na tradicionalan način (predavačka nastava) zapamte svega 5% od iznesenog gradiva,

dok uz suvremene metode učenja i poučavanja kao što su praktičan rad i podučavanje drugih

(poduka vršnjaka, eng. Peer instruction) taj broj raste čak do 90% (Slika 2.).

4

Slika 2. Metode učenja i poučavanja

Vizek Vidović i suradnici u knjizi Psihologija obrazovanja objasnili su korelaciju između

aktivnosti nastavnika, metode učenja i poučavanja, te aktivnosti učenika (Slika 3.) [3]. Iz te

korelacije jasno se vidi da učenički uspjeh ovisi isključivo o samostalnom radu, zalaganju i

aktivnosti, dok je kod takvog načina rada uloga nastavnika usmjeravati i navoditi učenike u

procesu učenja.

Slika 3. Metode poučavanja [3]

Prema R. Krsniku [1] put koji je doveo metodiku prirodnih znanosti na današnju razinu odvijao

se u tri koraka:

1. Primjena Piagetovih ideja

2. Uočavanje uloga učeničkih pretkoncepcija

3. Edukacijski konstruktivizam.

5

2.1. PRIMJENA PIAGETOVIH IDEJA

Jean Piaget (1896.-1980.) bio je švicarski zoolog koji je poznat po tome što je pitanje

adaptacije životinjskih vrsta prenio na pitanje ljudske inteligencije i znanja, odnosno u područje

psihologije. J. Piaget bavio se područjem epistemologije, te je iz tog zanimanja izrodila njegova

genetička epistemologija koja se bavi proučavanjem razvoja i prirode ljudskog znanja.

Inteligenciju je proučavao kao proces, te je u istraživanjima naglasak stavljao na proučavanje

mentalnih (kognitivnih) struktura. Mentalne strukture omogućuju odgovarajući odnos,

interakciju sa okolinom, a rođenjem su prisutne samo primarne strukture. Djetetov razvoj

predstavlja razvoj mentalnih struktura. Prilikom dodira sa okolinom i suočavanju sa novim

iskustvima i informacijama dolazi do razvoja mentalnih struktura kroz procese asimilacije i

akomodacije [1]. Asimilacija predstavlja proces u kojemu su nova znanja u skladu sa postojećom

mentalnom strukturom, pa se sadržaj oblikuje u skladu sa njom. U trenutku nesklada novih

znanja sa postojećom strukturom dolazi do potrebe za njenom promjenom. Taj proces

prestrukturiranja i nadogradnje mentalne strukture naziva se akomodacija i putem nje stvaraju se

nove i više strukture koje omogućuju kvalitetniji odnos sa okolinom. Prilikom sazrijevanja cilj je

stvoriti strukture koje postižu veću adaptaciju sa vanjskim svijetom, odnosno proći kroz proces

samoregulacije. U ostvarenju tog cilja važnu ulogu imaju iskustvo, interakcija i sazrijevanje.

Prema J. Piagetu postoje četiri faze kognitivnog razvoja:

1. Stadij psihomotoričkog razvoja (0. - 2. god.) u kojem dijete uspostavlja odnos sa

vanjskim svijetom. Predstavlja razvoj od urođenih refleksa (urođeni odnos sa vanjskim

svijetom) do razvoja reprezentacijskog mišljenja koje omogućava reprezentaciju

vanjskog svijeta kroz razvoj pojedinih mentalnih struktura.

2. Predoperacijski stadij (2. - 7. god.) karakterizira razvoj reprezentacijskog mišljenja koji

omogućava razvoj simbola i jezika.

3. Stadij razvitka konkretnih operacija (7. - 11. god.) okarakteriziran je razvojem mentalnih

struktura koje zovemo operacijama, a zahtjeva postojanje konkretnih predmeta koje dijete

može proučavati. Dijete postaje sposobno razumjeti odnos između subordiniranih i

superordiniranih skupina predmeta, te odnos između cjeline i predmeta.

6

Značajke mentalnih struktura osobe koja je dosegnula 3. razinu odnosno razvitak

konkretnih operacija su [1]:

reverzibilnost (sposobnost izvrtanja redoslijeda konkretnog fizikalnog procesa, te

vratiti situaciju iz početnih u konačne uvjete)

uključivanje očuvanja (intuitivno usvajanje jednostavnih zakona očuvanja na temelju

logičkog zaključivanja, ako se ništa ne doda i ne oduzme količina ostaje jednaka

unatoč promijenjenim uvjetima)

uređivanje u serijski redoslijed (uređivanje skupa konkretnih podataka ili objekata u

serijski redoslijed),

dok su ograničenja za osobe u tom stadiju sljedeća:

nesustavan pristup istraživanju nove varijable

nedovoljna širina prilikom donošenja zaključka

nedovoljna samostalnost i kritičnost prilikom rješavanja i pristupanja problemu

problemi prilikom: usmenog izražavanja, iznošenja hipotetskog mišljenja, planiranja

unaprijed, upotrebe simbola

nemogućnost provjere vlastitih rezultata na temelju prijašnjih istraživanja i iskustva.

4. Stadij razvitka formalnih (apstraktnih) operacija (11. - 15. god.) u kojem više nisu

potrebni konkretni sadržaji i predmeti mišljenja. U ovom razdoblju dijete počinje koristiti

simbole i ideje, te stvarati hipotetsko mišljenje. To znači da više ne mora sve doživjeti

kako bi stvorio sud i zaključak o tome. Takvi vidovi zaključivanja značajni su u razvoju

kreativnosti. Prema Piagetu, u normalnom razvoju, osobe postižu ovu fazu do 15. godine,

dok kod usporenog razvoja ova faza može biti postignuta tek u 20. godinama života.

Stadij razvitka formalnih operacija karakterizira [1]:

fokusiranje na važne varijable i parametre

formuliranje hipoteza i njihova primjena na koncepte i apstraktna svojstva

uporaba propozicijske logike

kombinatorno razmišljanje

pronalaženje i utvrđivanje funkcionalne ovisnosti

primjene proporcionalnosti u nalaženju međuovisnosti različitih veličina.

7

Za nastavu fizike koja se kod nas provodi u višim razredima osnovne škole, 7. i 8. razred (od 13.

godine pa na dalje), važnu ulogu imaju posljednja dva stadija Piagetove teorije kognitivnog

razvoja. Iz gore navedenog vidi se da se učenici tada nalaze u prijelaznom razdoblju između 3. i

4. faze kognitivnog razvoja. Prilikom stvaranja kurikuluma to je nešto na što se svakako treba

obratiti pažnja budući da se zahtjevi koji predmeti u školi traže od učenika moraju uskladiti sa

njihovim trenutnim mogućnostima.

Autori kurikuluma, udžbenika i nastavnici prema tome trebaju u obzir uzeti da [1]:

nastavni sadržaji moraju biti predočeni na razini primjerenoj danoj dobi

nastavne sadržaje treba strukturirati i razraditi kako bi oni prilikom procesa učenja

poticali na razvoj kognitivnih struktura učenika.

2.2. UOČAVANJE ULOGE UČENIČKIH PRETKONCEPCIJA

Koncept je proizvod ljudskog uma, alat koji mu pomaže organizirati svijet oko sebe. To

su ljudske kreacije koje obuhvaćaju veze među objektima, pojavama i drugim konceptima.

Koncepti ograničenog značenja mogu se lako definirati u obliku analitičke tvrdnje, dok se oni

mnogostrukog mogu upotrebljavati u različite svrhe i njihovo značenje ovisi o kontekstu u kojem

se nalaze [1]. Mentalni proces kojim dolazimo do objašnjenja i konkretiziranja nekog pojma

zove se konceptualizacija. Konceptualizacija je trajan proces kojim se stvaraju novi koncepti i

nadograđuju već postojeći. Nastali koncepti ne moraju uvijek biti točni unutar određenog

konteksta, u tom slučaju radi se o pretkoncepcijama ili miskoncepcijama. To su uglavnom

duboko ukorijenjeni koncepti čije se značenje razlikuje od opće prihvaćenog i stvara poteškoće

prilikom njegove daljnje nadogradnje i stjecanja novih znanja [4].

Piaget je razvio konstruktivistički model učenja u kojem je, kao što i naziv kaže, svako učenje

misaono konstruiranje. U ovom modelu veliku ulogu imaju pretkoncepcije budući da se novo

znanje nadograđuje na već postojeće. Prema tome jako je važno prije nego se nastavi sa daljnjim

učenjem uočiti te učeničke intuitivne ideje i pokušati ih ispraviti. Već je spomenuto da to može

biti jako težak i dugotrajan proces budući da su ove ideje učenicima bliske, jednostavne i vežu ih

sa iskustvom. Tradicionalna predavačka nastava nije dovoljna da bi se nešto po tom pitanju

promijenilo, ona dovodi samo do pojave školskog i privatnog znanja. Školsko znanje je u tom

slučaju ono znanje koje se uči u školi i koje se iznosi na usmenom i pismenom odgovaranju, ali u

8

praksi se daje prednost i primjenjuje privatno znanje čiji temelji leže na pretkoncepcijama. Piaget

je uočio da učenici razvijaju analitičko i intuitivno mišljenje samostalnim rješavanjem

konkretnih problema. Prema njegovom modelu učenja učenike se ne smije tretirati kao pasivne

slušače i promatrače, već ih uključiti u proces učenja stvarajući problemske situacije koje

zahtijevaju njihovo aktivno sudjelovanje.

2.2.1. Pretkoncepcije u elektricitetu i magnetizmu

Piaget je tvrdio da učenici kada dođu u škole nisu „tabula rasa“ već da sa sobom donose

brojne intuitivne ideje koje su nastala pod utjecajem iskustva, medija i interakcijom sa okolinom.

Što se tiče nastave fizike uočavaju se mnoge pretkoncepcije najčešće iz područja mehanike koje

se smatra njihovom kolijevkom [5]. Mnoge pretkoncepcije o odnosu sile i gibanja vezane su uz

Aristotelovu prirodnu filozofiju i/ili Buridanovu teoriju impetusa. Razlog tomu je što su one

bliske opažanju i intuitivnom načinu razmišljanja i logici tako da su one još uvijek jako

zastupljene kod učenika, pa čak i studenata fizike. Pretkoncepcije iz mehanike zahtijevaju

posebnu pažnju prilikom detektiranja i uklanjanja budući da se lako prenose na ostala područja

fizike i stvaraju poteškoće u učenju [5].

Područje elektriciteta i magnetizma pokazalo se učenicima dosta teškim i neshvatljivim. Jedan

od glavnih problema je nemogućnost vizualizacije i iskustvenog doživljavanja elektromagnetskih

pojava, a uz to učenje ovog dijela gradiva zahtijeva poznavanje složenijeg matematičkog aparata

i fizikalnih koncepata. Intuitivne ideje iz mehanike također imaju utjecaj na to kako se shvaćaju

koncepti iz elektromagnetizma [6].

Najčešće pretkoncepcije u elektromagnetizmu:

a) Vodiči i izolatori

Učenici i studenti nakon odslušanih predavanja iz elektriciteta i dalje nisu sigurni u to

kako se ponašaju naboji kada se prinesu predmetima načinjenim od vodljivog materijala i

izolatora. Često ne uočavaju razliku između nabijanja dodirom (prenošenje viška naboja)

i influencije, navedene primjere ne znaju objasniti uz pomoć elektroskopa iako znaju

njegov princip rada.

9

b) Coulombov zakon

Već je spomenuto da se intuitivne ideje iz mehanike često prenose i utječu na shvaćanje

elektromagnetskih pojava. Kao što među učenicima postoji vjerovanje da tijelo veće

mase i volumena djeluju većom silom na tijelo manje mase, smatra se i da je sila kojom

tijelo većeg naboja djeluje na tijelo manjeg naboja veća od one kojom djeluje tijelo s

manjim nabojem. Događa se i da učenici u mehanici primjenjuju III.N.A., ali misle da se

on ne odnosi na područje elektromagnetizma.

c) Električno polje

Često je poistovjećivanje električnog polja i električne sile budući da se polje manifestira

pojavom električne sile. Također se pogrešno tumače silnice električnog polja, nekada

kao putanje po kojima se gibaju naboji, a nekada kao smjer djelovanja sile.

d) Električni potencijal

Poteškoće se javljaju prilikom računanja potencijala preko ekvipotencijalnih ploha. Zna

se da je električni potencijal brojčano jednak radu koji izvrši sila el. polja pomičući

pozitivni točkasti naboj jediničnog iznosa iz beskonačnosti do točke promatranja,

odnosno jednak je promjeni potencijalne energije na tom putu. Ekvipotencijalne plohe su

zamišljene plohe na kojima sve točke imaju isti potencijal. Pomicanjem naboja po tim

plohama ne mijenja se njegova potencijalna energija, dakle nije potrebno ni djelovanje

neke sile pa se samim time takvim pomicanjem ne vrši rad.

e) Magnetske pojave

Ovdje ponovno dolazi do susreta s istom pretkoncepcijom kao i u mehanici, smatra se da

veći magnet djeluje većom magnetnom silom na manji. Učenici vjeruju i da je

gravitacijska sila posljedica djelovanja Zemljinog magnetskog polja. Kada je riječ o

magnetskom polju učenici misle da magnetna sila djeluje na sve naboje koji se u njemu

nalaze, pa i na one koji miruju, i da se oni obavezno pod njenim utjecajem gibaju kružno.

To vjerovanje je posljedica primjene pravila desne ruke kada čestica ulijeće okomito na

smjer polja, pa ga učenici primjenjuju na sve kutove upada. Važno je napomenuti i da

učenici misle da magnetska sila djeluje i na mirujući naboj, što znači da ne shvaćaju da je

magnetsko polje stvoreno nabojem u gibanju.

10

f) Elektromagnetska indukcija

Učenici ne razumiju koncepte magnetnog toka i magnetske indukcije, te ih često shvaćaju

kao sinonime. Sam način objašnjavanja ovog dijela gradiva im je nejasan budući da se

objašnjava preko toka fluida, pa ga shvaćaju kao broj silnica kroz neku površinu. Prisutne

su i poteškoće s razumijevanjem Lenzovog pravila i shvaćanja smjera inducirane struje,

što posebno dolazi do izražaja kod pojave samoindukcije.

2.3. EDUKACIJSKI KONSTRUKTIVIZAM

Edukacijski konstruktivizam uključuje Piagetove ideje i pretkoncepcije, te znanja

dobivena iz tih područja dalje proučava, razvija i usustavljuje. Budući da se pokazalo da

predavačka nastava ne daje zadovoljavajuće rezultate u okviru edukacijskog konstruktivizma

dane su dvije polazišne točke od kojih bi nova, interaktivna nastava trebala kretati [1]:

Znanje se ne može prenijeti ako su učenici samo pasivni slušači

Onaj koji uči u procesu učenja mora sam za sebe konstruirati znanje

Proces interaktivne nastave odvija se u pet koraka:

1. Stvaranje problemske situacije

2. Pronalaženje rješenja

3. Provjera rješenja

4. Prijenos rješenja na druge probleme

5. Stvaranje algoritma.

Od navedenih faza najznačajnija je druga jer se prilikom traženja rješenja za dani problem potiče

učenike da slobodno iznose svoje mišljenje. Tom prilikom u razgovoru se mogu uočiti učeničke

pretkoncepcije, te ih se kroz zajedničku raspravu zamijeniti sa fizikalno ispravnim konceptima.

Prva istraživanja iz metodike fizike napravljena pod utjecajem edukacijskog konstruktivizma 70-

ih i 80-ih godina 20. stoljeća imala su za cilj identificirati i dokumentirati što veći broj učeničkih

pretkoncepcija. Osnovna tehnika kojom su se služili bili su intervjui i testovi s pitanjima

otvorenog tipa. Od ispitanika se tražilo da samostalno daju odgovor i obrazloženje na dano

pitanje. Prednost testova otvorenog tipa pred intervjuima bila je manja vremenska zahtjevnost i

manji utjecaj istraživača na odgovore jer su ispitanici sami zapisivali što misle da je potrebno,

11

nije bilo dozvoljeno postavljanje potpitanja. S druge strane, prilikom analize odgovora, to je bila

jedna od najvećih mana budući da kod nedorečenih i slabo razumljivih odgovora nije bilo

mogućnosti zatražiti dodatno obrazloženje. Nakon što su slični testovi provođeni i u drugim

zemljama istraživači su zaključili da su odgovori koje ispitanici daju na postavljena pitanja jako

slični neovisno o spolu, dobi i sredini u kojoj su obrazovani.

Na taj način skupljene su najčešće pretkoncepcije iz više područja fizike. Umjesto testova

otvorenog tipa stvoreni su konceptualni testovi višestrukog odabira. Od najčešće pet ponuđenih

odgovora samo je jedan točan, a ostali su predstavljali najzastupljenije netočne odgovore,

odnosno pretkoncepcije. Osim uočavanja pretkoncepcija i razine znanja iz određenih područja

fizike ovi testovi su predavačima dali i odgovor na pitanje kakvu vrstu nastave drže. Naime,

pokazano je da ispitanici koji su provjeravano gradivo slušali u obliku predavačku nastave

postižu jako loše rezultate na ovim testovima, za razliku od onih koji su sudjelovali u

interaktivnoj nastavi prilikom obrade tog istog gradiva.

Najpoznatiji i najčešće upotrebljavani konceptualni testovi iz fizike:

1. MDT- Mechanics Diagnostics Test (Halloun & Hestenes, 1985.)

2. FCI- Force Concept Inventory (Hestenes, Wells & Swackhammer, 1992.)

3. MBT- Mechanics Baseline Test (Hestenes & Walles, 1992.)

4. TUG-K - Test of Understanding Graphs- Kinematics (Beichner, 1994.)

5. CSEM- Conceptual Survey in Electricity and Magnetism (Maloney i dr., 2001.)

6. DIRECT- Determining and Interpreting Resistive Electric Circuit Concepts Test

(Engelhard & Beichner, 2004.)

2.3.1. CSEM (Conceptual Survey in Electricity and Magnetism)

CSEM je konceptualni test koji su osmislili Maloney i suradnici 2001. godine [7]. To je test

čija je svrha mjeriti učeničko razumijevanje iz elektriciteta i magnetizma, te dobiti uvid u

najčešće pretkoncepcije iz toga područja. Sastoji se od 32 pitanja višestrukog odabira od kojih je

samo jedan odgovor točan, a ostali predstavljaju najčešće pretkoncepcije. Izvorno su autori testa

pitanja podijelili u 11 konceptualnih područja, ali poslije je utvrđeno da je za daljnje poboljšanje

nastavnog procesa nužno utvrditi koja područja su učenicima najteža. Kako bi se to postiglo

napravljena je nova raspodjela pitanja u šest približno jednako zastupljenih konceptualnih

područja [8]:

12

1. Električni naboj i sila - ENS; (zadaci: 1, 2, 3, 5, 6, 8)

U ovom konceptualnom području provjerava se razumiju li studenti svojstva i

međudjelovanje električnih naboja. Zadaci se odnose na raspodjelu naboja na vodičima i

izolatorima, te primjenu Coulombovog zakona i superpozicije za električnu silu. Kako bi se

spomenuti zadaci riješili potrebno je poznavati vektorsko zbrajanje i algebarski način

razmišljanja.

2. Električno polje i sila - EPS; (zadaci: 9, 12, 13, 14, 15)

Područje koje se odnosi na silu nastalu pod djelovanjem električnog polja, superpoziciju

električnih polja i učinak induciranog napona na električno polje. Potreban formalizam

obuhvaća poznavanje vektorskog zbrajanja i interpretaciju silnica električnog polja.

3. Električni potencijal i rad - EPR; (zadaci: 11, 16, 17, 18, 19, 20)

Konceptualno područje kojim se ispituje razumijevanje studenata o konceptu električne

potencijalne energije, vezi između potencijala i fizikalnih veličina kao što su električno polje,

rad i električna sila. Za uspješno rješavanje zadataka ovog područja potrebno je usvojiti i

primijeniti koncept ekvipotencijalnih ploha.

4. Magnetsko polje i sila - MPS; (zadaci: 21, 22, 23, 25, 26, 28)

Zadaci u ovom području se odnose na gibanje nabijene čestice u homogenom magnetskom

polju, Lorentzovu i Amperovu silu, magnetsko polje oko ravnog vodiča i zavojnice, te

superpoziciju magnetskih polja. Za rješavanje spomenutih zadataka potrebno je poznavati

vektorsko zbrajanje i vektorski umnožak, te znati interpretirati silnice magnetskog polja.

5. Elektromagnetska indukcija - EMI; (zadaci: 29, 30, 31, 32)

Područje kojim se provjerava razumijevanje induciranog napona i Faradayevog zakona preko

vremenske promjene toka magnetskog polja i gibanja ravnog vodiča kroz homogeno

magnetsko polje. Formalizam uključuje poznavanje vektorskog produkta i interpretaciju

grafičkih prikaza.

13

6. Newtonovi zakoni u elektromagnetskom kontekstu - NZuEM;

(zadaci: 4, 7, 10, 24, 27)

Zadaci ovog područja ispituju primjenjuju li i prepoznaju studenti Newtonove zakone u

elektromagnetizmu. Prvi Newtonov zakon potrebno je primijeniti u kontekstu magnetske

sile, Drugi Newtonov zakon u kontekstu gibanja nabijene čestice u homogenom električnom

polju, dok je Treći Newtonov zakon potrebno prepoznati i primijeniti na električne sile

između dva različito nabijena točkasta naboja i magnetsku silu između dvije vodljive žice.

Kako bi se Newtonovi zakoni uspješno primijenili potrebno je razumjeti određene koncepte

elektromagnetizma i vektorski prikaz sila.

2.3.2. CRI (Certainty of Response Index)

S vremenom su konceptualni testovi doživjeli još jednu jako značajnu modifikaciju. Uz

standardan odabir jednog od ponuđenih odgovora od ispitanika se zahtjeva i da iskažu razinu

uvjerenosti u svoj odgovor (CRI - Certainty of Response Index). CRI se uglavnom temelji na

nekoj skali, a ispitanik prema vlastitoj procjeni ocjenjuje i odabire razinu sigurnosti u svoj

odgovor [4]. Skala može ići, npr. od 0 do 5 (0 ≤ CRI ≤ 5), gdje se 0 tada tumači kao

nepoznavanje načina na koji se došlo do odgovora i potpuna nesigurnost u njegovu točnost

(dakle pogađanje), dok se 5 u tom slučaju tumači kao potpuna uvjerenost u dani odgovor i

razumijevanje teorijske podloge na koje se to pitanje odnosi [4].

Nizak CRI (prema gornjoj skali 0 ≤ CRI ≤ 5 to bi bile vrijednosti u intervalu 0 ≤ CRI ≤ 2)

sugerira na pogađanje odgovora prilikom rješavanja testa te na nedostatak znanja i

razumijevanja, bez obzira na to je li dani odgovor točan ili netočan. Visok CRI (prema gornjoj

skali 0 ≤ CRI ≤ 5 to bi bile vrijednosti u intervalu 3 ≤ CRI ≤ 5) pak upućuje na uvjerenost u

poznavanje i razumijevanje gradiva potrebnog za odgovaranje na pitanja. Ukoliko je ispitanik

dao točan odgovor tada je visoka uvjerenost i opravdana. Međutim visoka uvjerenost (CRI) i

netočan odgovor ukazuju da je ispitanik jako siguran u nešto što nije fizikalno točno, odnosno na

postojanje pretkoncepcija. Zaključujemo da nam odgovori na pitanja višestrukog odabira u

kombinaciji sa CRI-em omogućuju razlikovati neznanje od pretkoncepcija [4]. U Tablici 1.

prikazana je korelacija između danih odgovora i uvjerenosti u odgovor (CRI) za jednog studenta,

pri tom se za nizak CRI uzimaju vrijednosti u intervalu 0 ≤ CRI ≤ 2, a za visok 3 ≤ CRI ≤ 5. Isto

se može primijeniti i na grupi studenata uzimajući prosječnu vrijednost za nizak CRI manju od

2,5, a za visok veću od 2,5.

14

Tablica 1. Matrica (za studenta i dani odgovor) na temelju kombinacije

točnih i netočnih odgovora sa visokim i niskim CRI-em [4]

Nizak CRI (0-2) Visok CRI (3-5)

Točan

odgovor

Točan odgovor i nizak CRI

upućuju na nedostatak znanja

(pogođen točan odgovor)

Točan odgovor i visok CRI

upućuju na poznavanje i

razumijevanje gradiva

Netočan

odgovor

Netočan odgovor i nizak CRI

upućuju na nedostatak znanja

Netočan odgovor i visok CRI

upućuju na postojanje

pretkoncepcija

U ovom istraživanju korištene su i reskalirane vrijednost za CRI. Studenti su uz odabir odgovora

koji su smatrali točnim iskazivali i razinu uvjerenosti u njega (CRI). Sam CRI mogao je

poprimiti vrijednosti u intervalu 1 ≤ CRI ≤ 3, gdje 1 označava potpuno pogađanje, a 3 potpunu

sigurnost u odgovor. Kako bi se dobile reskalirane vrijednosti uvjerenosti (resCRI) prvo je skala

u slučaju netočnog odgovora poprimila negativne vrijednosti (-3 predstavlja potpunu sigurnost, a

-1 pogađanje), dok je skala za točne odgovore ostala ista. Zatim su, za reskaliranu vrijednost

uvjerenosti u točne odgovore (resCRI1), podaci uvršteni u sljedeću relaciju:

[ ]

gdje je x1 broj točnih odgovora koje su studenti pogodili (CRI = 1), x2 broj točnih odgovora uz

koje stoji koeficijent uvjerenosti 2, a x3 broj točnih odgovora u koje su studenti potpuno sigurni

(CRI = 3), sa N1 označen je broj ukupnih točnih odgovora na dano pitanje. ResCRI1 može

poprimiti vrijednosti u intervalu 0 ≤ resCRI1 ≤ 1.

Za netočne odgovore reskalirana vrijednost uvjerenosti (resCRI0) računa se prema sličnoj

formuli:

( ) ( )

[ ]

gdje x-1 predstavlja broj netočnih odgovora sa indeksom uvjerenosti -1 (pogađanje), x-2 broj

netočnih odgovora sa indeksom uvjerenosti -2, a x-3 broj netočnih odgovora u koje su studenti

bili sigurni (CRI = -3), sa N0 označen je ukupan broj netočnih odgovora na dano pitanje.

ResCRI0 nalazi se u intervalu -1 ≤ resCRI0 ≤ 0.

15

2.4. PARAMETRI STATISTIČKE ANALIZE

Nakon što je test proveden potrebno je obaviti njegovu analizu korištenjem klasične test

teorije [9] kojom se utvrđuje je li test valjan i pouzdan. Pouzdanost je indikator konzistentnosti

nekoga skupa. U slučaju testa to znači da bi se njegovim ponavljanjem u istim ili približno istim

uvjetima trebali ponovno dobiti isti ili približno isti rezultati (mala slučajna pogreška).

Valjanošću testa utvrđuje se mjeri li test uistinu ono za što je osmišljen, u našem slučaju treba

moći pokazati posjeduju li studenti znanje i razumijevanje iz područja elektriciteta i magnetizma

ili ne. Statistička analiza primjenjujući klasičnu test teoriju uključuje analizu pojedinog zadatka i

analizu testa kao cjeline. Analiza zadatka obuhvaća tri mjere: indeks lakoće i težine zadatka (p i

q), indeks diskriminacije zadatka (D) i point-biserijalni koeficijent (rpbk). Analiza testa obuhvaća

dva parametra: Kuder-Richardsonova metoda (KR-20 (rtest)) i δ-Ferguson (δ). Uspješnost

rješavanja testa na kraju se prikazuje u postotcima u obliku srednje vrijednosti, standardne

devijacije i standardne pogreške. Za potrebe ovog istraživanja promatrat će se i napredak

studenata na posttestu obzirom na predtest, odnosno g-faktor ili faktor dobitka (eng. gain) prema

Hakeu [8].

2.4.1. Analiza zadatka

a) Indeks lakoće (p) i težine (q) zadatka

Indeks lakoće zadatka p određen je omjerom broja točnih odgovora N1 (broj studenata koji su

točno odgovorili) i ukupnog broja odgovora na to pitanje N (ukupan broj studenata koji su

pisali test).

[ ]

Indeks lakoće zadatka nalazi se u rasponu 0 ≤ p ≤ 1. U idealnom slučaju, kod najboljih

zadataka, p ima vrijednost 0,5. Prelagani i preteški zadaci ne omogućuju selektiranje učenika

budući da u tom slučaju većina njih odgovori ili točno ili netočno. Prihvatljive vrijednosti

indeksa lakoće zadatka su u rasponu 0,3 ≤ p ≤ 0,9.

Indeks težine zadatka q određen je omjerom broja netočnih odgovora N2 i ukupnog broja

odgovora na to pitanje N i pogodniji je za korištenje jer je cilj uočiti teške zadatke.

16

[ ]

Reskalirana težina zadatka q*

dobije se na način da se od indeksa težine zadatka oduzme 0,5.

[ ]

Time se postiglo da lakši zadaci koji su riješeni sa točnošću preko 50% imaju vrijednost

reskalirane težine 0 ≤ q* ≤ -0,5 dok se za teže zadatke riješene ispod 50% ta vrijednost nalazi

u području 0 ≤ q* ≤ 0,5 [2].

b) Indeks diskriminacije zadatka (D)

Diskriminacijska sposobnost pojedinog zadatka da odvoji uspješne (bolje) studente od

neuspješnih (lošijih). Zadaci koje točno rješavaju samo bolji studenti su oni koji imaju visok

indeks diskriminacije. Kako bi se odredio D potrebno je prvo sve studente poredati po

uspješnosti (od najboljeg prema najlošijem), a zatim tu skupinu studenata podijeliti u

kvartile. Za svaki zadatak potrebno je izračunati broj studenata u gornjem NG i donjem

kvartilu ND koji su ga točno riješili. Indeks diskriminacije računa se prema donjoj relaciji,

gdje je N ukupan broj studenata koji su rješavali zadatak.

⁄

[ ]

Zadovoljavajuće je da se D nalazi u intervalu 0 ≤ D ≤ 0,3, međutim poželjne su i veće

vrijednosti od 0,3. U slučaju da je zadatak prelagan ili pretežak D će imati malu vrijednost,

tako da takve zadatke treba svakako izbjegavat stavljati u test.

c) Point-biserijalni koeficijent (rpbk)

Point-biserijalnim koeficijentom mjeri se kvaliteta svakog pojedinačnog zadatka prema

cijelom testu. Definira se kao korelacija između uspjeha studenata na pojedinom zadatku i

uspjeha na cijelom testu [9]. Računa se prema relaciji

√ ( ) [ ]

gdje je srednja vrijednost ukupnog uspjeha studenata koji su točno riješili zadatak,

srednja vrijednost ukupnog uspjeha studenata koji su netočno riješili zadatak, standardna

devijacija ukupnog uspjeha na testu, dok je P indeks lakoće zadatka. Za pouzdane zadatke

očekuje se visoka korelacija između uspjeha na zadatku i ukupnog uspjeha. Ukoliko zadatak

ima nisku vrijednost point-biserijalnog koeficijenta to može upućivati da zadatak ne ispituje

17

isto gradivo kao ostali zadaci na testu, ili da to ne radi na istoj razini. Zadovoljavajuća

vrijednost za rpbk iznosi rpbk ≥ 0,2.

2.4.2. Analiza testa

a) Kuder-Richardsonova metoda (KR-20 ili rtest)

Uobičajen način za provjeravanje pouzdanosti testa rtest je korištenje Kuder-Richardsonove

metode. Njome se ispituje (mjeri) unutrašnja konzistentnost testa kao cjeline, odnosno

ispituje se je li test sastavljen od zadataka koji se odnose na isto područje. Veća korelacija

između pitanja rezultira većim Kuder-Richardsonovim indeksom što upućuje na veću

pouzdanost cijelog testa (rtest). Za pitanja višestrukog odabira pouzdanost testa računa se na

sljedeći način:

(

∑ ( )

) [ ]

gdje je K broj zadataka na testu, Pi indeks težine pojedinog zadatka (pouzdanost testa ovisi o

broju zadataka), a σ standardna devijacija testa. Za vrijednosti rtest ≥ 0,7 ili veće uzima se da

je test pouzdan [9].

b) δ-Ferguson (δ)

Jedan od način provjere pouzdanosti testa je i δ-Ferguson koji predstavlja mjeru

diskriminacijske snage cijelog testa. Ispituje kako široko su se ukupni uspjesi studenata na

testu rasporedili po mogućem području. Što je šire područje po kojem su se uspjesi

rasporedili to je test uspješniji u diskriminaciji studenata sa različitim razinama znanja. δ-

Ferguson se računa prema sljedećoj relaciji:

∑

gdje je N ukupan broj studenata koji pišu test, K broj zadataka na testu, fi broj studenata sa i-

tim ukupnim uspjehom na testu. Ako vrijedi δ ≥ 0,9 kaže se da test omogućava dobru

diskriminaciju među studentima [9].

18

2.4.3. Faktor prirasta ili dobitka (g-faktor ili gain)

Richard Hake prikupio je 1998. rezultate FCI predtesta i posttesta studenata upisanih na uvodne

kolegije fizike na američkim koledžima i sveučilištima. Cilj mu je bio usporediti napredak

studenata u različitim tipovima nastave. Kako bi to bilo moguće definirao je faktor prirasta

(dobitka) ili g-faktor (eng. gain):

( )

( )

[0, 1]

gdje je xk srednji posttest rezultat, a x0 srednji predtest rezultat studenata na pojedinom kolegiju

[8]. Uz pomoć g-faktora Hake je mogao usporediti učinkovitost nastave uvodnih kolegija fizike.

Od svakog predavača zatražio je da se izjasni o tipu nastave koju drži, odnosno smatra li svoja

predavanja tradicionalnim ili interaktivnim. Zatim je posebno izračunao srednju vrijednost g-

faktora za sve tradicionalne kolegije, a posebno za sve interaktivne. Kao rezultata je dobio da svi

kolegiji za koje su se predavači izjasnili da ih drže tradicionalno padaju u područje niskog gaina

(g < 0,3), za većinu interaktivnih kolegija ta se vrijednost nalazila u srednjem području (0,3 < g <

0,7), dok je područje visokog gaina (g > 0,7) ostalo prazno. Iz njegovih rezultata bilo je jasno da

je interaktivna nastava puno učinkovitija u razvijanju konceptualnog znanja kod studenata.

Hakeov g-faktor postao je mjera interaktivnosti kolegija. Njegovom primjenom na drugim

područjima fizike potvrdila se veza između napretka na konceptualnim testovima

(konceptualnog znanja) i tipa nastave.

Slika 4. Hakeov graf [10]

19

Na Slici 4. nalazi se Hakeov graf (Hake Plot), njime se prikazuje odnos napretka (gain)

na nekom konceptualnom posttestu obzirom na predtest i postignutog uspjeha na predtestu.

Područje između plave i zelene linije naziva se područje visokog gaina (g ≥ 0,7), između zelene i

crvene linije područje srednjeg gain (0,7 ≤ g ≤ 0,3), dok se područje između crvene linije i osi na

kojoj se nalaze vrijednosti postignutog uspjeha na predtestu naziva područje niskog gaina (g ≤

0,3). Kao što je već rečeno, a prikazano je i na Slici 4., područje niskog gaina tipično je za

tradicionalnu, predavačku nastavu i takvi rezultati na konceptualnim testovima signaliziraju

nastavnicima da je vrijeme za promjene u načinu rada. U područje srednjega gaina spadaju

kolegiji u kojima se moderna, interaktivna nastava kombinira i nadopunjuje sa tradicionalnom,

ali i oni u kojima je nastava jako velikim dijelom interaktivna. Područje visokog gaina jako se

rijetko i teško postiže. Kako bi se to ostvarilo potrebno je nastavu kolegija ne samo učiniti

interaktivnom nego je i prilagoditi svakom pojedinom studentu kako bi on postigao svoj

maksimu, što je u praksi jako teško i gotovo nemoguće izvesti.

20

3. EKSPERIMENTALNI DIO

Istraživanje je provedeno na početku i kraju prvog (zimskog) semestra akademske godine

2012./13., a u njemu su sudjelovali studenti Sveučilišta u Osijeku koji u sklopu studijskih

usmjerenja slušaju predavanja iz područja elektromagnetizma. Sudionici su podijeljeni u četiri

skupine:

1. Studenti Preddiplomskog studija elektrotehnike (ETF-E, 101 student)

Preddiplomski studij elektrotehnike traje šest semestara, a njegovim završavanjem studenti

stječu akademski naziv Prvostupnik inženjer elektrotehnike (univ.bacc.ing.el.). Po završetku

preddiplomskog studija prvostupnici mogu nastaviti visoko obrazovanje na Diplomskom

studiju elektrotehnike i stječi akademski naziv Magistar inženjer elektrotehnike (mag.ing.el.).

Predavanja iz područja elektriciteta i magnetizma studenti slušaju u prvom semestru

preddiplomskog studija, ali ne iz kolegija Fizika 1 u čijem okviru se bave mehanikom i

toplinom, nego iz kolegija Osnove elektrotehnike 1. U okviru kolegija Osnove elektrotehnike

1 studenti slušaju predavanja, pohađaju auditorne vježbe i laboratorijske vježbe, koje

održavaju inženjeri elektrotehnike.

2. Studenti Preddiplomskog studija računarstva (ETF-R, 60 studenata)

Studenti Preddiplomskog studija računalstva na prvoj godini imaju isti program kao studenti

prve godine Preddiplomskog studija elektrotehnike. Područje elektriciteta i magnetizma

slušaju u okviru kolegija Osnove elektrotehnike 1 koji je organiziran na isti način kao kod

studenata elektrotehnike. Po završetku preddiplomskog studija stječu akademski naziv

Prvostupnik inženjer računarstva (univ.bacc.ing.comp.), a završavanjem diplomskog studija

Magistar inženjer računarstva (mag.ing.comp.)

3. Studenti Stručnog studija elektrotehnike (ETF-Str, 155 studenata)

Stručni studij elektrotehnike, u trajanju od šest semestara, osposobljava studente za rad i

inženjersku praksu u području elektrotehnike, računarstva i automatizacije. Završetkom

Stručnog studija elektrotehnike studenti stječu stručni naziv Stručni prvostupnik inženjer

elektrotehnike s naznakom smjera: Elektroenergetika, Automatika ili Informatika

(bacc.ing.el.). Na stručnom studiju sadržaji iz elektromagnetizma se rade u okviru kolegija

Osnove elektrotehnike (smjer Informatika) i Osnove elektrotehnike 1 (smjerovi Automatika i

21

Elektroenergetika), čija je nastava također organizirana kroz predavanja, auditorne i

laboratorijske vježbe.

4. Studenti Preddiplomskog studija fizike (OF, 24 studenta)

Preddiplomski studij fizike traje šest semestara, a nakon završetka studija studenti stječu

akademski naziv Sveučilišni prvostupnik fizike (univ.bacc.phys.). Nakon toga studenti su u

mogućnosti nastaviti školovanje na Diplomskom studiju fizike i informatike (nastavnički

smjer) čijim završavanjem se stječe akademski naziv Magistar edukacije fizike i informatike

(mag.educ.phys. et inf.). Studenti prve godine preddiplomskog studija u prvom (zimskom)

semestru slušaju kolegij Osnove fizike 1 u okviru kojeg ne izučavaju sadržaje

elektromagnetizma. Taj sadržaje se detaljno obrađuje u drugom (ljetnom) semestru u okviru

kolegija Osnove fizike 2 koji je posvećen samo tom dijelu gradiva. Budući da studenti fizike

ne slušaju predavanja iz elektromagnetizma u prvom semestru oni u ovom istraživanju

predstavljaju kontrolnu skupinu. Njihovo konceptualno znanje i razumijevanje iz tog

područja temelji se na metodama učenja i poučavanja u srednjoj školi.

Alat uz pomoć kojeg je provedeno istraživanje je CSEM test, konceptualni test iz elektriciteta i

magnetizma o kojem je nešto više rečeno u teorijskom dijelu (2.3.1.). Ispitivanje je provedeno na

početku prvog zimskog semestra (predtest) kada se provjeravalo konceptualno znanje i

razumijevanje stečeno u srednjoj školi, i na kraju prvog zimskog semestra (posttest) kada se

provjeravalo konceptualno znanje i razumijevanje nakon odslušanih predavanja iz

elektromagnetizma na fakultetima. Sve četiri ispitane skupine pisale su testove u istom tjednu.

Studenti su za rješavanje testa na raspolaganju imali 45 minuta. Prije početka testiranja

zamoljeni su da ne ostavljaju pitanja neodgovorena i da ne prepisuju, kako bi odabrani odgovori

i uvjerenost u njih (CRI) bili isključivo odraz njihovog osobnog mišljenja.

Dobiveni rezultati istraživanja pomoću CSEM testa uspoređeni su sa već spomenutim

istraživanjem provedenim na studentima osječkog sveučilišta akademske godine 2011./12 [2].

22

4. REZULTATI I RASPRAVA

4.1. REZULTATI STATISTIČKE ANALIZE CSEM TESTA

U tablicama se nalaze podaci o uspješnosti rješavanja testa i rezultati statističke analize

CSEM posttesta za sve ispitane skupine studenata u istraživanju provedenom na osječkom

sveučilištu akademske godine 2011./12., dobiveni rezultati usporedit će se sa podacima

dobivenima u istraživanju provedenom akademske godine 2012./13..

Tablica 2. Uspješnost rješavanja CSEM testa po ispitanim skupinama (ak. god. 2011./12.)

Tablica 3. Rezultati statističke analize CSEM testa po ispitanim skupinama (ak.god.2011./12.)

Iz priloženih podataka (Tablica 2.) vidi se da su studenti skupine ETF-E bili najuspješniji u

rješavanju ovog testa sa postignutim ukupnim uspjehom od 37,2%, dok su studenti skupine ETF-

Str postigli najlošiji rezultat na posttestu sa ukupnim uspjehom od 22,7%, što je malo više od

granice slučajnog izbora koja iznosi 20%.

U Tablici 3. nalaze se podaci koji govore o kvaliteti zadataka i testa dobiveni pomoću klasične

test teorije, a o kojima je rečeno nešto više u teorijskom dijelu u kojem su opisani parametri

statističke analize. Prema dobivenim podacima za pouzdanost testa (rtest) vidi se da oni ne prelaze

prihvatljivu vrijednost od 0,7. Međutim dobivena vrijednost za skupinu ETF-E blizu je toj

23

vrijednosti i iznosi 0,672 pa se može reći da se u tom slučaju test može smatrati pouzdanim,

odnosno da bi se njegovim ponavljanjem na spomenutoj skupini trebali dobiti približno isti

rezultati. Za skupine ETF-R i ETF-Str dobivene vrijednosti su puno niže od prihvatljivih,

pogotovo za skupinu ETF-Str gdje je dobivena pouzdanost od samo 0,107 pa se može reći da test

u slučaju tih skupina nije pouzdan i da bi se njegovim ponavljanjem na spomenutim skupinama

studenata opravdano mogli očekivati drugačiji rezultati. Što se tiče mjere diskriminacijske snage

testa (δ-Ferguson), vidi se da sve ispitane skupine prelaze prag od 0,9 što znači da ovaj testa jako

dobro odvaja uspješne studente od onih slabijih.

Iz analize zadataka (Tablica 3.) vidi se da su zadaci pouzdani i kvalitetni, odnosno da postoji

dobra korelacija između uspjeha na pojedinom zadatku i uspjeha na cijelom testu što potvrđuju

podaci dobiveni za point-biserijalni koeficijent (rpbk). Što se tiče indeksa lakoće zadatka (p) za

skupine ETF-E i ETF-R on ima prihvatljivu vrijednost veću od 0,3 dok za skupinu ETF-Str

iznosi 0,227 što znači da je toj skupini većina zadataka bila teška. Za indeks diskriminacije (D)

poželjno je da iznosi više od 0,3 što je kod ispitanih skupina studenata slučaj samo kod skupine

ETF-E. Za skupinu ETF-R ta vrijednost iznosi 0,280 što je nešto niže od poželjne, ali i dalje

prihvatljivo. Skupina ETF-Str ponovno ima najnižu vrijednost od 0,185 pa se potvrđuje

zaključak donesen na temelju dobivenih vrijednosti indeksa lakoće zadatka, ovoj skupini

studenata je većina zadataka bila preteška.

Što se tiče uspješnosti rješavanja testa i rezultata statističke analize CSEM posttesta za

akademsku godinu 2012./13. oni se nalaze u Tablici 4. i Tablici 5.

Tablica 4. Uspješnost rješavanja CSEM testa po ispitanim skupinama (ak. god. 2012./13.)

24

Tablica 5. Rezultati statističke analize CSEM testa po ispitanim skupinama (ak.god.2012./13.)

Iz podataka u Tablici 4. vidi se da su studenti skupine ETF-E postigli najveći ukupni uspjeh na

CSEM posttestu sa rezultatom 36,3%, dok su studenti skupina OF i ETF-R postigli približno isti

uspjeh (OF- 32,0% i ETF-R- 30,5%). Studenti skupine ETF-Str bili su daleko najslabiji sa

ostvarenim ukupnim uspjehom 21,4%, ponovno malo više od granice slučajnog izbora. Isti

poredak po uspješnosti ostvarili su studenti testirani u skupinama akademske godine 2011./12.

(Tablica 2.).

U Tablici 5. nalaze se podaci statističke analize CSEM posttesta po skupinama. Vrijednost

dobivena Kuder-Richardsonovom metodom govori o pouzdanosti testa (rtest). Iz priloženih

podataka vidi se da se za skupine ETF-E, ETF-R i OF može reći da je test pouzdan budući da su

vrijednosti dobivene veće (ETF-E - 0,707 i OF- 0,779) ili približno jednake (ETF-R - 0,685)

postavljenoj granici od 0,7. Za skupinu ETF-Str ta je vrijednost jako niska (0,013) i govori da se

ponavljanjem testa na ovoj skupini studenata nikako ne mogu očekivati ni približno isti rezultati.

Iznos mjere diskriminacijske snage testa (δ-Ferguson) prelazi postavljenu granicu od 0,9 za sve

ispitane skupine osim za ETF-Str, ali čak i za nju je ta vrijednost po svom iznosu (0,888) jako

blizu prihvaćene pa se može reći da ovaj test jako dobro odvaja uspješne studente od neuspješnih

u svim ispitanim skupinama.

Što se tiče analize zadataka po skupinama dobiveni su rezultati slični onima dobivenim

istraživanjem provedenim 2011./12.. Prema vrijednostima point-biserijalnog koeficijenta (rpbk)

zaključuje se da postoji jako dobro korelacija između uspjeha na pojedinom zadatku i uspjeha na

cijelom testu za sve skupine studenata (za ETF-Str ta vrijednost iznosi 0,175 i nešto je niža od

poželjne, ali svejedno prihvatljiva). Iz dobivenih vrijednosti indeksa lakoće zadatka (p) vidi se da

su one iznad postavljene granice od 0,3 za sve skupine osim ETF-Str (0,214), iz čega se ponovno

zaključuje da su ovoj skupini studenata zadaci većinom bili teški. Do sličnog zaključka dolazi se

i analiziranjem dobivenih vrijednosti indeksa diskriminacije (D), za skupinu ETF-Str on iznosi

0,178 što je puno niše od poželjne vrijednosti 0,3.

25

4.1.1. Hakeov graf za ispitane skupine studenata

Slika 5. Hakeov graf za skupinu ETF-E Slika 6. Hakeov graf za skupinu ETF-R

Slika 7. Hakeov graf za skupinu ETF-Str Slika 8. Hakeov graf za skupinu OF

Na gornjim slikama (Slike 5. - 8.) prikazani su Hakeovi grafovi napretka (gaina) u

rješavanju CSEM testa za sve skupine studenata koje su sudjelovale u provedenom istraživanju.

Plavim linijama prikazane su srednje vrijednosti napretka (g, puna plava linija) i otežanog

napretka (wg, isprekidana plava linija). Promatranjem slika vidi se da se većina studenata svih

skupina, pogotovo skupina ETF-Str i OF, nalazi u području niskoga gaina. Kada se u obzir uzme

razina uvjerenosti u odgovor (w-gain) rezultati su još lošiji, što znači da je dosta točnih odgovora

rezultat pogađanja ili samo djelomičnog poznavanja gradiva.

26

4.2. ANALIZA CSEM TESTA PO KONCEPTUALNIM PODRUČJIMA

Slika 9. Uspjeh i uvjerenost u odgovore ispitanih skupina studenata po konceptualnim područjima na CSEM

predtestu

Na Slici 9. prikazana je raspodjela uspjeha i uvjerenost u odgovore po konceptualnim

područjima na CSEM predtestu. Iz spomenute slike se vidi da su studenti uspješniji u rješavanju

zadataka iz područja elektriciteta (ENS, EPS i EPR), nego iz područja magnetizma (MPS, EMI,

NZuEM).

Kao najlakše pokazalo se područje električnog naboja i sile- ENS (ETF-E 55,94%; ETF-R

46,39%; ETF-Str 38,82%; OF 49,31%), a to je ujedno i područje za koje su studenti najsigurniji

u svoje odgovore. Visok resCRI (0,639 za ETF-E; 0,500 za ETF-R; 0,536 za ETF-Str; 0,670 za

OF) govori da je studentima gradivo koje obuhvaća električni naboj i silu blisko i razumljivo.

Najteže područje studentima svih skupina je ono o elektromagnetskoj indukciji (EMI). Iz

slike se vidi da su studenti svih skupina prilikom odgovaranja na ova pitanja bili prilično

nesigurni (nizak resCRI) što prema Tablici 1. upućuje na nedostatak znanja i pogađanje.

Kod konceptualnog područja NZuEM treba primijetiti da su studenti svih skupina imali prilično

loš uspjeh, odnosno da je malo studenata dalo točan odgovor na ova pitanja, ali su zato u svoje

točne odgovore sigurni što kod tih pojedinaca upućuje na poznavanje i razumijevanje ispitanog

gradiva.

U području EPS ispitivalo se razumijevanje električnog polja i sile, a najveći uspjeh postigli su

studenti skupine OF (39,17%), dok je najslabija skupina bila ETF-Str sa postignutim uspjehom

27

od 25,94%. Studenti fizike bili su i najsigurniji u dane odgovore (resCRI=0,515) što upućuje na

poznavanje i razumijevanje gradiva koje obuhvaća silu koju proizvodi električno polje,

superpoziciju električnih polja i učinak induciranog naboja na električno polje. Skupina ETF-Str

je najnesigurnija u svoje odgovore sa razinom uvjerenosti resCRI=0,370 čime su potvrdili slabo

poznavanje ovog dijela gradiva.

U konceptualnom području EPR provjeravano je razumijevanje električnog potencijala i rada.

Zadatke je najbolje riješila skupina ETF-E sa ukupnim rezultatom 29,70%, dok su studenti

stručnog studija (ETF-Str) postigli najslabiji rezultat (21,29%). Studenti skupina OF i ETF-E bili

su najsigurniji u svoje točne odgovore sa razinama uvjerenosti 0,522 i 0,516. Ovog puta su u

dane odgovore najviše sumnjali u skupini ETF-R gdje niska razina uvjerenosti (resCRI=0,327)

upućuje na to da su točne odgovore pogađali.

Od svih konceptualnih područja koja ispituju poznavanje magnetizma MPS se pokazalo kao

najlakše, iako i dalje teže od onih koja se odnose na elektricitet. Ovdje se provjeravalo

razumijevanje Lorentzove i Amperove sile, magnetno djelovanje električne struje i magnetno

polje strujne petlje. Najveći uspjeh postigla je skupina ETF-E, a najlošiji su bili studenti fizike

(OF). Osim što su ostvarili najveći uspjeh u ovom području studenti skupine ETF-E su bili i

najsigurniji u dane odgovore (resCRI=0,560), dok su najviše sumnje pokazale skupine ETF-R i

ETF-Str (0,342 i 0,381) što u kombinaciji sa niskim rezultatom govori da slabo poznaju već

spomenute tražene koncepte.

28

Slika 10. Uspjeh i uvjerenost u odgovore ispitanih skupina studenata po konceptualnim područjima na CSEM

posttestu

Na Slici 10. prikazana je raspodjela uspjeha i uvjerenost u odgovore po konceptualnim

područjima na CSEM posttestu.

Najlakše područje studentima na posttestu i dalje je ono koje obuhvaća električni naboj i silu

(ENS) i u te odgovore su najsigurniji (najviše vrijednosti za resCRI). Studenti skupina ETF-E,

ETF-R i OF ovdje su postigli uspjeh veći od 50%, dok razina uvjerenosti za spomenute skupine

iznose 0,656, 0,592 i 0,661 što potvrđuje već donesen zaključak da je to dio gradiva koje studenti

znaju i razumiju. Studenti skupine ETF-Str puno su lošije riješili ove zadatke i ostvarili uspjeh

od 31,61% (znatno niži nego što su postigli na predtestu (38,82%)), sa razinom uvjerenosti

resCRI=0,490. Lošiji rezultat na posttestu može značiti da su tim studentima predavanja održana

iz kolegija koje obuhvaća elektromagnetizam bila teška i nejasna, te su ih samo još više zbunila

što je za posljedicu imalo lošiji rezultat na posttestu nego na predtestu.

Promjena obzirom na predtest se vidi u boljem uspjehu svih skupina u područja EMI (ETF-E

20,30%; ETF-R 21,25%; ETF-Str 18,55%; OF 17,71%) koje je i dalje najslabije riješeno

područje, ali su sada vrijednosti uspjeha blizu onima iz područja NZuEM. Što se tiče uvjerenosti

u dane odgovore studenti skupina ETF-R, ETF-Str i OF su ponovno bili nesigurni, odnosno i

nakon odslušanih kolegija iz elektromagnetizma prisutan je manjak znanja i razumijevanja

gradiva povezanog sa elektromagnetskom indukcijom i formalizmom koji uključuje poznavanje

vektorskog produkta. Uzimajući u obzir uvjerenost u odgovore može se zaključiti da su studenti

29

svih skupina, osim ETF-E, pogađali točne odgovore, pa se možda i tu krije uzrok napretka na

posttestu obzirom na predtest.

Područje NZuEM i dalje je specifično po tome što ga studenti rješavaju dosta loše, ali oni

studenti koji točno odgovore su u odgovore i sigurni što se opet tumači kao dobro poznavanje i

razumijevanje gradiva koje uključuje primjenu Newtonovih zakona u elektromagnetizmu.

U području EPS najuspješniji su bili studenti skupine ETF-E (35,25%) s razinom uvjerenosti

0,515 iz čega se može zaključiti da je spomenuta skupina dobro usvojila ovaj dio gradiva.

Najslabiji su studenti skupine ETF-Str sa uspjehom 20,26% i najnižom uvjerenosti u odgovor

koja iznosi 0,380 i govori da su ovi studenti pogađali točne odgovore. Važno je uočiti da skupina

ETF-Str ponovno ima lošiji rezultat na posttestu nego na predtestu, prema tome ili su prilikom

rješavanja predtesta imali više sreće u pogađanju točnih odgovora ili je potrebna promjena u

načina rada prilikom obrade novog gradiva sa ovim studentima.

Kada je riječ o konceptualnom području EPR najveći uspjeh postigli su studenti elektrotehnike

(ETF-E 37,79%), međutim razina uvjerenosti od 0,483 ukazuje da nisu bili sigurni u odabrane

odgovore. Skupina OF postigla je uspjeh od 31,25%, ali njihovi podaci o uvjerenosti

(resCRI=0,594) govore da su oni u odabrano bili sigurniji. I u ovom području ponavlja se

situacija sa skupinom ETF-Str, osim što najlošije riješili zadatke (17,42%) ponovno su postigli

lošiji rezultat nego na predtestu s tom razlikom da su sada dosta sigurniji u odabrane odgovore

(resCRI=0,456).

Područje magnetskog polja i sile (MPS) najbolje su svladali studenti skupine ETF-E (36,96%) i u

svoje su odgovore prilično uvjereni (resCRI=0,650) što ukazuje na dobro razumijevanje

potrebnih fizikalnih koncepata. Studenti ostalih skupina ostvarili su znatno lošije rezultate (ETF-

R 30,56%; ETF-Str 18,93%; OF 29,17%) sa graničnim vrijednostima resCRI-a (oko 0,5) koji

upućuju na djelomičnu sigurnost u odgovor.

30

Slika 11. Netočni odgovori i uvjerenost u odgovore ispitanih skupina studenata po konceptualnim područjima na

CSEM predtestu

Na Slici 11. prikazana je raspodjela netočnih odgovora i uvjerenost u odgovore za sve

skupine studenata po konceptualnim područjima na CSEM predtestu. Radi lakšeg i

jednostavnijeg prikaza uzete su apsolutne vrijednosti reskaliranih razina uvjerenosti koje za

netočne odgovore inače sa sobom nose negativan predznak.

Iz slike se vidi da je najmanje netočnih odgovora u području ENS, što ne čudi jer je već nekoliko

puta rečeno da je to područje studentima najlakše. U spomenutom području studenti nisu sigurni

u pogrešne odgovore (nizak resCRI0) što prema Tablici 1. upućuje na nedostatak znanja.

U konceptualnom području EMI bilo je najviše netočnih odgovora, ali i najmanji resCRI0 što

znači da studenti svih skupina imaju ozbiljnih problema sa poznavanjem ovog djela gradiva.

Područje NZuEM je ponovno najzanimljivije budući da u njemu sve skupine studenata imaju

jako veliki postotak netočnih odgovora, a za skupinu ETF-E vrijednost resCRI0 je veća od 0,5

što ukazuje (Tablica 1.) na mogućnost postojanja pretkoncepcija.

U ostalim područjima studenti imaju nizak resCRI0 što znači da je veliki broj netočnih odgovora

svih studenata rezultat slabog poznavanja i razumijevanja elektromagnetizma i

elektromagnetskih pojava.

31

Slika 12. Netočni odgovori i uvjerenost u odgovore ispitanih skupina studenata po konceptualnim područjima na

CSEM posttestu

Na Slici 12. grafički je prikazana raspodjela netočnih odgovora i uvjerenosti za sve

skupine studenata na CSEM posttestu. Kao i u prethodnom slučaju radi bolje preglednosti uzete

su apsolutne vrijednosti za resCRI0.

Najmanje netočnih odgovora na posttestu sve skupine su dale u području ENS. Uz to su sve

skupine studenata (osim OF) slabo uvjerene u netočne odgovore pa detektiranja pretkoncepcija

nije potrebno jer one kod većine studenata nisu prisutne. Što se tiče studenata fizike njihova

razina uvjerenosti iznosi -0,533 (na slici je prikazana apsolutna vrijednost) iz čega se može

zaključiti da imaju pretkoncepcije u svezi električnog polja i sile. Pretkoncepcije su uglavnom

vezane uz slabo poznavanje i razlikovanje svojstava vodiča i izolatora.

U svim ostalim konceptualnim područjima ispitane skupine studenata uglavnom nisu uvjerene u

pogrešne odgovore koje su odabrale što znači da je u njihovom odabiru veliku ulogu igralo

pogađanje. Izuzetak je skupina ETF-E kod koje je u područjima MPS i NZuEM resCRI0 već od

0,5 što znači da kod ovih studenata vrlo vjerojatno postoje određene pretkoncepcije koje je

potrebno detektirati i zamijeniti ih fizikalno ispravnim konceptima.

32

Slika 13. Odnos razina uvjerenosti u točne (resCRI1) i netočne odgovore (resCRI0) na predtestu

Na Slici 13. nalazi se grafički prikaz odnosa razina uvjerenosti u točne (resCRI1) i

netočne odgovore (resCRI0) na CSEM predtestu. Radi jednostavnijeg i lakšeg prikaza odnosa

među uvjerenostima reskalirane razine za netočne odgovore su prikazane u obliku apsolutnih

vrijednosti.

U konceptualnom području ENS studenti fizike (OF) su najsigurniji u točne odgovore

(resCRI1=0,639) što ukazuje na dobro razumijevanje ispitanog gradiva. Najnesigurniji u točne

odgovore su studenti računarstva (ETF-R) kod kojih ta vrijednost iznosi 0,500, što je ujedno i

granična vrijednost koju tumačimo kao djelomičnu uvjerenost u točnost odgovora. Što se tiče

netočnih odgovora skupina OF je opet bila najsigurnija u njih (resCRI0=0,501) što ukazuje na

mogućnost postojanja pretkoncepcija. Najnesigurniji u netočne odgovore su studenti skupine

ETF-R (resCRI0=0,379) što može značiti da su ih slučajno izabrali, tj. da su pogađali. Dobro je

uočiti da su kod ovog konceptualnog područja uvjerenosti u točne odgovore znatno veće od onih

u netočne za sve skupine.

U području Električnog polja i sile (EPS) nema velike razlike u uvjerenosti u točne i netočne

odgovore i one su većinom niske. Ističe se skupina ETF-Str kod koje je sigurnost u netočne

odgovore veća od one u točne, ali kako su obje razine niske (ispod 0,5) opravdano je vjerovati da

su studenti većinom pogađali i točne i netočne odgovore.

U području EPR skupine ETF-E i OF imaju najvišu razinu resCRI-a za točne odgovore, ali

njihove razine uvjerenosti (0,516 i 0,522) tek nešto malo prelaze graničnu vrijednost od 0,5 pa se

ne može tvrditi da su u odgovore uvjereni, prije djelomično sigurni. Prema očitanim razinama

33

uvjerenosti za netočne odgovore zaključuje se da su oni većinom birani nasumično, bez

određenog razloga, uvjerenosti i fizikalne podloge.

Skupina ETF-E ima najveću razinu uvjerenosti u točne odgovore u MPS području i ona iznosi

0,560. U točne i netočne odgovore najviše sumnjaju studenti računarstva. Kod njih su te dvije

razine uvjerenosti jako bliske (0,342 i 0,335) i spadaju u područje niskog CRI-a što znači da su

studenti većinom pogađali odgovore, te da postoji nedostatak znanja o fizikalnim konceptima

potrebnim za uspješno rješavanje ovog konceptualnog područja.

Područje EMI je specifično po tome što 3 od 4 ispitane skupine imaju veću razinu uvjerenosti u

netočne odgovore nego u točne. Samo skupina ETF-R je imala veću razinu uvjerenosti u točne

odgovore nego u netočne. Međutim ako se malo bolje promotri graf vidi se da su sve razine

uvjerenosti u ovom konceptualnom području niske (puno niže od 0,5) što ide u prilog već

donesenom zaključku da je studentima ovo područje najteže i da ga slabo razumiju.

Kada je riječ o Newtonovim zakonima u elektromagnetizmu (NZuEM) studenti fizike su najviše

uvjereni u točne odgovore (resCRI1=0,703) što govori da su dobro razumjeli spomenuto gradivo.

Skupina ETF-Str ima najnižu vrijednost uvjerenosti u točne odgovore (resCRI1=0,347) i jedina

je kod koje je ta vrijednost niža od one za netočne odgovore, odnosno ovi studenti su ponovno

sigurniji u netočne odgovore (resCRI0=0,476). Studenti skupine ETF-E imaju gotovo identične

razine uvjerenosti u točne (0,538) i netočne (0,536) odgovore. Obje razine su tek nešto više od

0,5 pa zaključujemo da su studenti samo djelomično uvjereni u dane odgovore.

Slika 14. Odnos razina uvjerenosti u točne (resCRI1) i netočne odgovore (resCRI0) na posttestu

34

Na Slici 14. nalazi se grafički prikaz odnosa razina uvjerenosti u točne (resCRI1) i

netočne odgovore (resCRI0) na CSEM posttestu. Radi jednostavnijeg i lakšeg prikaza odnosa

među uvjerenostima reskalirane razine za netočne odgovore prikazane su u obliku apsolutnih

vrijednosti.

U konceptualnom području Električni naboj i sila (ENS) sve skupine studenata su prilično

uvjerene u točne odgovore, samo skupina ETF-Str je zabilježila vrijednost resCRI1 nižu od 0,5.

Problem je što su studenti fizike i elektrotehnike dosta uvjereni i u netočne odgovore, a to pak

ukazuje na postojanje ukorijenjenih pretkoncepcija kojih se nisu oslobodili ni nakon odslušanih

predavanja iz elektromagnetizma.

Promatrajući područje EPS lako je uočiti da su razine uvjerenosti u točne odgovore za skupine

ETF-E, ETF-R i OF po iznosu blizu 0,5 i zaključiti da bi obzirom na sada već odslušana

predavanja studenti trebali imati veću sigurnost prilikom odabira točnog odgovora. U netočne

odgovore sigurnija je samo skupina ETF-Str, ali su joj vrijednosti za resCRI1 i resCRI0 niske i

nema razloga sumnjati u postojanje pretkoncepcija.

U konceptualnom području EPR u točne odgovore su najuvjereniji studenti fizike

(resCRI1=0,594), dok za ostale skupine studenata ta vrijednost ne prelazi graničnih 0,5. U

netočne odgovore najuvjerenija je skupina ETF-E (resCRI0=0,469).

Skupina ETF-E je u području Magnetsko polje i sila (MPS) iskazala najveću uvjerenost u točne

(0,650) i netočne odgovore (0,539). Razina uvjerenosti u netočne odgovore je zabrinjavajuća,

ako se uzme u obzir da su studenti netom odslušali predavanja iz elektromagnetizma.

Područje EMI ponovno se pokazalo studentima neshvatljivim. Važno je za primijetiti da studenti

svih skupina, osim ETF-E, imaju jako nisku razinu uvjerenosti i u točne i netočne odgovore što

je jasan pokazatelj nedovoljnog razumijevanja elektromagnetske indukcije. Budući da studenti

nisu imali potrebno znanje za rješavanje zadataka iz ovog područja odgovori su većinom rezultat

pogađanja.

U konceptualnom području NZuEM skupine ETF-E i ETF-R imale su najveće vrijednosti razine

uvjerenosti u točne odgovore što znači da su ovi studenti dobro svladali gradivo i da su ga u

stanju primijeniti na zadacima. Razina uvjerenosti u netočne odgovore za skupinu ETF-E

ponovno je nešto viša nego što bi trebala biti na posttestu.

35

Slika 15. Napredak studenata na posttestu obzirom na predtest (gain i resGain)

Slika 15. prikazuje odnos gaina i reskaliranog gaina po konceptualnim područjima,

odnosno napredak studenata na posttestu obzirom na predtest.

U najlakšem konceptualnom području koje obuhvaća električni naboj i silu (ENS) skupine ETF-

E, ETF-R i OF ostvarile su napredak na postestu obzirom na predtest i imaju pozitivne

vrijednosti za gain i resGain. Napredak je bio očekivan budući da su studenti već na predtestu

pokazali da razumiju fizikalne koncepte ovog područja, pa se nakon odslušanih predavanja

očekivao napredak. Ono što je jako zanimljivo za uočiti je resGain skupine ETF-R, odnosno da

je njegova vrijednost veća od gaina, što govori da kada se u obzir uzme i sigurnost u odgovor ta

skupina studenata postiže još veći napredak (dobitak). Skupina ETF-Str imala je bolji rezultat na

predtestu nego na posttestu i prema tome vrijednosti za gain i resGain te skupine su negativne.

Što se tiče resGaina ove skupine on je puno niži od samog gaina što znači da kada se u obzir

uzme uvjerenost u odgovor ova skupina i dalje ima negativan napredak, ali barem se može

zaključiti da je dosta netočnih odgovora na posttestu rezultat pogađanja. Lošiji rezultati na

posttestu mogu značiti da su studente stručnih studija odslušana predavanja iz

elektromagnetizma dodatno zbunila jer nisu održavana na razini koju oni mogu pratiti.

U području EPS skupina ETF-E je napravila najveći napredak na posttestu. Skupina ETF-R je

također napredovala, dok su skupine ETF-Str i OF bolje riješile predtest nego posttest što je na

grafu prikazano kao negativan gain. Ponovno se vidi da je resGain kod skupina ETF-Str i OF

puno manji od gaina, dok je kod skupine ETF-R puno veći.

36

Područje Električnog potencijala i rada (EPR) je zanimljivo iz više razloga. Studenti skupine

ETF-E i ovdje su ostvarili značajan napredak na posttestu obzirom na predtest. Taj napredak je,

kada se u obzir uzme i razina uvjerenosti u odgovore, ipak znatno manji što upućuje da su neke

od točnih odgovora pogađali. Skupina ETF-R nema ni pozitivan ni negativan gain, odnosno

posttest su riješili sa jednakim uspjehom kao predtest, međutim vrijednost resGaina u njihovom

slučaju je pozitivna što znači da kada se u obzir uzme uvjerenost u odgovore ovi studenti su ipak

bili uvjereniji u one točne i ostvarili su napredak na posttestu obzirom na predtest. Studenti

stručnog studija ponovno imaju negativnu vrijednost gaina, ali im je ovoga puta resGain

pozitivan, dakle uzimajući u obzir razinu uvjerenosti u odgovor ostvarili su jako mali napredak

na posttestu.

U MPS području najveći napredak ima skupina OF, dok su skupine ETF-E i ETF-R ostvarile

približno jednak napredak. Skupina ETF-Str ima negativan gain, ali pozitivan resGain.

Konceptualno područje EMI je zanimljivo po tome što je jedino u kojem sve skupine studenata

imaju pozitivne vrijednosti gaina i resGaina. Najveći gain ima skupina ETF-R i on iznosi 0,087

(jako nizak gain), dok najniži ima skupina OF i on iznosi 0,060. Promatrajući resGain uočljivo je

da skupina ETF-R ima najniži što u zajedničkom kontekstu sa najvišim gainom dovodi do

zaključka da su većinu točnih odgovora na posttestu pogađali.

U području NZuEM skupina ETF-Str je ostvarila najveći napredak (0,081), dok je lošiji rezultat

na posttestu ostvarila skupina ETF-R (-0,021). Ovdje se posebno ističe skupina OF koja ima

pozitivan gain, a negativan resGain. To govori da su studenti spomenute skupine točne odgovore

pogađali i da, kada se uzme u obzir CRI, ova skupina nije ostvarila napredak na posttestu

obzirom na predtest, odnosno ima negativan resGain.

Promotri li se graf pažljivo lako se može uočiti da sve očitane vrijednosti ulaze u područje

niskog gaina (g < 0,3). Budući da je već spomenuto da je Hakeov g-faktor jedna od mjera

interaktivnosti kolegija ovi rezultati upućuju na to da su sve skupine studenata kolegije u kojima

se obrađuje gradivo iz elektriciteta i magnetizma slušale u obliku predavačke nastave.

37

4.3. ANALIZA KONCEPTUALNIH PODRUČJA PO PITANJIMA

Sljedeće slike prikazuju uspjeh (postotak točnih odgovora, N1) i reskaliranu razinu

uvjerenosti u točne odgovore (resCRI1) ispitanih skupina studenata za svako pojedino

konceptualno područje na CSEM posttestu, te postotak netočnih odgovora (N0) i uvjerenost u

netočne odgovore (resCRI0) za ista područja. Zbog bolje preglednosti i radi lakše usporedbe na

slikama su prikazane apsolutne (pozitivne) vrijednosti uvjerenosti u netočne odgovore.

4.3.1. ENS

Slika 16. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje ENS na CSEM posttestu

38

Slika 17. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje ENS na CSEM posttestu

Iz Slike 16. vidi se da je u konceptualnom području ENS pitanje 1. najlakše, odnosno da

je to pitanje na koje je većina studenata svih skupina, osim ETF-Str (N1 = 47,7%), dala točan

odgovor (ETF-E 67,3%; ETF-R 71,7%; OF 87,5%). Pri tome su reskalirane vrijednosti

uvjerenosti u odgovor svih skupina ETF-E, ETF-Str i OF znatno više od 0,5 što znači da točne

odgovore nisu pogađali već su ih razumjeli. Za skupinu ETF-R ta je vrijednost nešto niža od

granične vrijednosti 0,5 (resCR1 = 0,488) pa se može reći da su ti studenti u svoje točne

odgovore bili samo djelomično sigurni. U pitanju se ispitivalo kako će se raspodijeliti naboj na

sferi ako je ona načinjena od vodljivog materijala.

Pitanje 2. pokazalo se najtežim u ovom području, sve skupine studenata na njemu su imale

uspjeh niži od 40% (ETF-E 36,6%; ETF-R 33,3%; ETF-Str 27,7%; OF 37,5%), a reskalirane

vrijednosti uvjerenosti u odgovor kreću se oko 0,5 što govori da su samo djelomično sigurni u

njegovu točnost. U ovom pitanju studenti su trebali znati kako se naboj raspoređuje po sferi, ako

je ona načinjena od materijala koji je izolator.

Što se tiče najčešćih pretkoncepcija u ovom području, one se mogu uočiti iz broja

netočnih odgovora i razine uvjerenosti u te netočne odgovore (Slika 17.). Već je prije spomenuto

(Tablica 1.) da netočan odgovor u kombinaciji sa visokim CRI-em upućuje na postojanje

pretkoncepcija. Iz Slike 17. se vidi da je najveću razinu uvjerenosti u netočan odgovor iskazala

skupina OF (resCRI0=0,667) kod pitanja 1., što znači da unatoč tomu što je to pitanje većini

studenata svih skupina bilo najlakše, pojedinci iz skupine OF koji su na njega netočno odgovorili

39

nisu to učinili zbog nepoznavanja gradiva nego zbog postojanja pretkoncepcija. Ova

pretkoncepcija odnosi se na stajalište studenata da se naboj jednako raspoređuje po nekom

materijalu, bio on vodič ili izolator.

Viša vrijednost resCRI0 vidljiva je za skupine ETF-E (resCRI0=0,600) i OF (resCRI0=0,643) i

kod pitanja 5. gdje se ispitivalo kolika će biti sila na česticu naboja +4Q, ako se udaljenost

između nje i čestice naboja +Q poveća tri puta. U ovom slučaju studenti ne primjenjuju dobro

Coulombov zakon, ne uočavaju proporcionalnost sile o naboju i obrnutu proporcionalnost sile o

kvadratu udaljenosti, odnosno javlja se pretkoncepcija da je sila proporcionalna udaljenosti

između naboja.

4.3.2. EPS

Slika 18. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje EPS na CSEM posttestu

40

Slika 19. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje EPS na CSEM posttestu

Na Slici 18. prikazan je odnos točnih odgovora i uvjerenosti u te odgovore iz kojeg se

vidi koliko su studenti bili uspješni na svakom pojedinom pitanju EPS područja i krije li se iza

točnih odgovora znanje ili sreća (pogađanje). Prema predočenim rezultatima (Slika 18.) najlakše

pitanje je 12. i na njega je točno odgovorilo 61,4% studenata skupine ETF-E, 58,3% studenata

skupine ETF-R, 33,6% studenata skupine ETF-Str i 41,67% studenata skupine OF. Pripadajuće

uvjerenosti u dane odgovore nešto su veće od 0,5 što znači da su studenti svih skupina tek

djelomično sigurni u njegovu ispravnost.

Najtežim se pokazalo 15. pitanje na koje je točno odgovorilo manje od 20% studenata u svakoj

skupini (ETF-E 16,8%; ETF-R 15,0%; ETF-Str 13,6%; OF 16,7%). Treba uočiti da je samo 15%

studenata skupine ETF-R dalo točan odgovor na to pitanje, ali pri tome su iskazali sigurnost u

svoj odgovor (resCRI1 = 0,611) i pokazali znanje. Pitanje 14. također je bilo jedno od težih, sa

jako malim postotkom točnih odgovora (ETF-E 22,8%; ETF-R 20,0%; ETF-Str 13,6%; OF

20,8%).

Na Slici 19. prikazan je odnos netočnih odgovora i reskalirane razine uvjerenosti u

netočan odgovor. Dio studenata skupine ETF-E koji je netočno odgovorio na 12. pitanje

odabirom razine uvjerenosti u odgovor resCRI0 = 0,526 pokazuje da imaju pretkoncepcije

vezane uz silu u homogenom magnetskom polju. Naime, u spomenutom pitanju od studenata se

tražilo da prepoznaju kakve su električne sile na naboj u homogenom magnetskom polju.

41

Na 14. pitanje većina studenata skupine OF, njih 79,2%, dala je netočan odgovor i uz to su se

izjasnili djelomično sigurnima u iste resCRI0 = 0,526. U pitanju je trebalo objasniti odnos

rezultantnih električnih sila na naboj q unutar nenabijene vodljive sfere, te naboj Q izvan sfere.

Studenti su trebali uočiti da sfera oko naboja q predstavlja Faradayev kavez, odnosno zaštitu od

el. polja, te je rezultantna sila na njega jednaka nuli.

Kod 15. pitanja slična je situacija kao sa prethodno opisanim 14. Studenti skupine ETF-E, njih

83,2%, većinom su netočno odgovorili i pri tome pokazali sigurnost u svoj netočan odabir

(resCRI0 = 0,530). Studenti ne uočavaju da je smjer sile u točki P definiran tangentom na silnice

u toj točki.

4.3.3. EPR

Slika 20. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje EPR na CSEM posttestu

42

Slika 21. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje EPR na CSEM posttestu

Na Slici 20. prikazan je odnos točnih odgovora i uvjerenosti u te odgovore za svako

pojedino pitanje EPR područja. Prema predočenim rezultatima najlakše pitanje bilo je 18.

Skupina ETF-E riješila ga je najbolje (N1 = 64,4%) i sa dosta visokom razinom uvjerenosti

(resCRI1 = 0,654), ali skupina OF pokazala je daleko najveću uvjerenost u točnost ovog

odgovora (resCRI1 = 0,731). U spomenutom pitanju trebalo je staviti u odnose jakosti

električnog polja za tri slučaja.

Najtežim se pokazalo 20. pitanje. Sve skupine studenata riješile su ga dosta loše (ETF-E 14,9%;

ETF-R 8,3%; ETF-Str 25,8%; OF 12,5%) i pri tome pokazale nisku razinu uvjerenosti u odgovor

iz čega se može zaključiti da je i to malo točnih odgovora rezultat pogađanja. Samo je skupina

OF prilikom odgovaranja spomenutog pitanja iskazala sigurnost (resCRI1 = 0,667), odnosno

pokazala da su njihovi točni odgovori rezultat znanja. U spomenutom pitanju od studenata se

tražilo da odaberu par strelica koji najbolje opisuje iznos i smjer el. sile na nabijenu česticu u

zadanim položajima.

Iz Slike 21. vidi se da je razina uvjerenosti u netočan odgovor viša od granične

vrijednosti 0,5 kod 11. i 17. pitanja. Studenti skupine OF pokazali su da su dosta uvjereni u

netočne odgovore koje su dali u 11. pitanju (resCRI0 = 0,526) iz čega se zaključuje da imaju

neke pretkoncepcije vezane uz dio gradiva na koje se to pitanje odnosi. Nisu znali što se događa

sa el. potencijalnom energijom pozitivnog naboja nakon što se on oslobodi iz mirovanja u

homogenom el. polju, odnosno da se ona smanjuje jer se naboj giba u smjeru polja.

43

Kod 17. pitanja su studenti skupine ETF-E pokazali nešto veću razinu uvjerenosti u netočne

odgovore (resCRI0 = 0,540). U pitanju se trebalo pokazati kako se međusobno odnose iznosi

radova potrebnih za premještanje naboja za prikazana tri slučaja. Studenti nisu usvojili da je

razlika potencijala između dvaju točaka jednaka radu potrebnom za premještanje naboja iz jedne

točke polja u drugu.

4.3.4. MPS

Slika 22. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje MPS na CSEM posttestu

Slika 23. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje MPS na CSEM posttestu

44

Na Slici 22. prikazan je uspjeh i uvjerenost u točne odgovore svih skupina studenata za

konceptualno područje MPS na CSEM posttestu. Vidi se da je najlakše pitanje 26., dok su 21. i

22. najteža.

U 26. pitanju najveći uspjeh i sigurnost pokazali su studenti skupine ETF-E (N1 = 60,4%;

resCRI1 = 0,713), dok su studenti skupine ETF-Str postigli najniži uspjeh (18,1%) sa razinom

uvjerenosti u odgovor resCRI1 = 0,571. U spomenutom pitanju trebalo je odrediti smjer

magnetskog polja u točkama A i B oko ravnog vodiča. Studenti su znali da prilikom rješavanja

trebaju koristiti pravilo desne ruke.

21. pitanje sve skupine studenata riješile su dosta loše (ETF-E 16,8%; ETF-R 15,0%; ETF-Str

14,2%; OF 20,8%), ali kada se u obzir uzmu i razine uvjerenosti u odgovor (ETF-E 0,588; ETF-

R 0,333; ETF-Str 0,455; OF 0,700) vidljivo je da su točni odgovori kod skupina ETF-E i OF

rezultat znanja, dok su kod skupina ETF-R i ETF-Str rezultat pogađanja. U ovom pitanju

studenti nisu prepoznali da magnetska (Lorentzova) sila djeluje samo na naboj u gibanju, te da

prilikom mirovanja naboja u magnetskom polju ono na njega ne djeluje.

Slična je situacija i sa 22. pitanjem, sve skupine studenata riješile su ga prilično loše, ali je ovoga

puta samo skupina ETF-E pokazala da se iza njihovih točnih odgovora krije znanje. Studenti nisu

prepoznali da se prilikom rješavanja zadatka trebaju koristiti pravilom lijeve ruke (zbog

negativnog naboja) za određivanje smjera Lorentzove sile na nabijenu česticu u magnetskom

polju.

Ovo konceptualno područje u kojem se provjerava znanje i razumijevanje magnetskog

polja i sile studentima je dosta teško i u vezi spomenutog gradiva imaju jako puno

pretkoncepcija, što se može vidjeti i iz Slike 23. Pitanja sa najvišim razinama uvjerenosti u

netočan odgovor su 22. i 25.

U 22. pitanju skupina OF pokazala je najvišu razinu uvjerenosti u netočan odgovor (resCRI0 =

0,571). Najčešća pretkoncepcija vezana uz spomenuto pitanje je da je smjer brzine kojom se

čestica giba u magnetskom polju uvijek okomit na smjer magnetskog polja, tj. da su veličine v, B

i FL uvijek međusobno okomite prema pravilu desne ili lijeve ruke.

Što se tiče 25. pitanja najvišu razinu uvjerenosti u netočan odgovor imala je skupina ETF-E

(resCRI0 = 0,628). Studenti su pokazali kako vjeruju da je jakost sile na česticu koja ulijeće u

magnetsko polje uvijek ista i da ona ovisi samo o naboju, iznosu brzine i jakosti magnetskog

polja, a zanemarili su važnost kuta pod kojim čestica ulijeće na silnice magnetskog polja.

45

4.3.5. EMI

Slika 24. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje EMI na CSEM posttestu

Slika 25. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje EMI na CSEM posttestu

Već je spomenuto da se konceptualno područje u kojem se ispituje gradivo

elektromagnetske indukcije pokazalo najtežim i s najviše pretkoncepcija. Može se reći da su u

ovom konceptualnom području studentima sva pitanja bila teška. 30. pitanje se ipak istaknulo sa

najviše točnih odgovora, a 31. sa najmanje (Slika 24.).

46

U 30. pitanju najviše uspjeha prilikom rješavanja imala je skupina ETF-E (ETF-E 33,7%; ETF-R

25,0%; ETF-Str 27,1%; OF 29,2%) i samo je ona pokazala zadovoljavajuću uvjerenost u

odgovor iz koje se da zaključiti da točni odgovori nisu rezultat pogađanja (ETF-E 0,618; ETF-R

0,367; ETF-Str 0,417; OF 0,357). Studenti su trebali prepoznati kada će se u petlji inducirati

struja obzirom na kretanje petlje spram ravne žice kojom teče struja stalne jakosti. Oni koji su

točno odgovorili ispravno su uočili da će do induciranja struje doći samo u slučaju kada se petlja

giba pod nekim kutom obzirom na magnetsko polje što ga stvara žičani vodič.

Osim po tome što je najlošije riješeno pitanje u konceptualnom području EMI, 31. pitanje se

ističe i po tome što niti jedan student skupine OF na njega nije dao točan odgovor. Studenti su

trebali odabrati sliku koja najbolje prikazuje raspodjelu naboja na površini metalnog štapa.

Gibanjem metalnog štapa kroz homogeno magnetsko polje u njemu se inducira struja, a njen

smjer se određuje pravilom desnog vijka (savijeni prsti pokazuju smjer polja, a palac smjer

struje), kada se zna smjer struje nije teško odrediti ni raspored naboja unutra vodiča budući da je

poznato da se za smjer struje uzima gibanje elektrona od + ka -.

Sa Slike 25. se vidi da unatoč tomu što su studenti većinom davali netočne odgovore na

pitanja iz područja EMI pri tome nisu pokazali neku veći razinu uvjerenosti u njih, pa se

zaključuje da je većina netočnih odgovora rezultat neznanja i slabe upućenosti u gradivo.

Kod 29. pitanja skupina ETF-E pokazala je razinu uvjerenosti u netočan odgovor veću od

granične vrijednosti koja iznosi 0,5 što znači da su neki od studenata na spomenuto pitanje krivo

odgovorili zbog postojanja pretkoncepcija. Pitanje se sastoji od slika koje prikazuju valjkasti

magnet i žarulju spojenu na krajeve petlje od bakrene žice, studenti trebaju odgovoriti u kojim

slučajevima će žaruljica svijetliti. Studenti ovdje uglavnom ne uočavaju da i smanjenje petlje

predstavlja promjenu magnetskog toka, te da se rotiranjem vodiča u ravnini okomitoj na

magnetsko polje ne mijenja magnetski tok.

47

4.3.6. NZuEM

Slika 26. Uspjeh (postotak točnih odgovora) i uvjerenost u točne odgovore ispitanih skupina studenata za

konceptualno područje NZuEM na CSEM posttestu

Slika 27. Postotak netočnih odgovora i uvjerenost u netočne odgovore ispitanih skupina studenata za konceptualno

područje NZuEM na CSEM posttestu

48

U zadnjem konceptualnom području provjeravano je primjenjuju li studenti Newtonove

zakone u elektromagnetskom kontekstu. Iz dobivenih rezultata vidljivo je da to nije slučaj (Slike

26. i 27.), naime uz područje EMI ovo se također pokazalo kako jedno od težih.

Promatrajući Sliku 26. vidi se da je 4. pitanje daleko najlakše u ovom području (ETF-E 40,6%;

ETF-R 33,3%; ETF-Str 32,3%; OF 37,5%) i da su studenti svih skupina pokazali priličnu razinu

uvjerenosti kada je ono u pitanju (ETF-E 0,659; ETF-R 0,550; ETF-Str 0,480; OF 0,667). U

ovom zadatku studenti su prepoznali III.N.Z., odnosno da je sila kojom naboj +Q djeluje na

naboj +4Q jednaka onoj kojom naboj +4Q djeluje na +Q.

27. pitanje su sve skupine studenata riješile jako loše (ETF-E 8,9%; ETF-R 8,3%; ETF-Str 8,4%;

OF 8,3%), a uz to su pokazale jako nisku razinu uvjerenosti u točne odgovore što dovodi do

zaključka da su ih pogodili (ETF-E 0,444; ETF-R 0,300; ETF-Str 0,346; OF 0,250). U pitanju su

trebali odabrati odgovor koji najbolje opisuje rezultantnu silu dvaju magneta na pozitivno

nabijenu česticu. Studenti ponovno nisu uočili da trebaju primijeniti III.N.Z.

Iz Slike 27. se vidi da je najviše pretkoncepcija vezano uz 7. i 10. pitanje. U 7. pitanju su

sve skupine pokazale veliku razinu uvjerenosti u netočan odgovor (ETF-E 0,625; ETF-R 0,577;

ETF-Str 0,473; OF 0,611). Trebali su izabrati par vektora koji prikazuju ispravan odnos

električnih sila na A i B. Iz rezultata se vidi da dosta studenata smatra kako čestica sa većom

količinom naboja djeluje većom silom, odnosno ne primjenjuju III.N.Z. u elektromagnetskom

kontekstu.

Kod 10. pitanja također je pokazana visoka razina uvjerenosti u netočan odgovor (ETF-E 0,535;

ETF-R 0,429; ETF-Str 0,472; OF 0,632). Pitanje se odnosilo na gibanje čestice u homogenom

električnom polju nakon što se oslobodi iz stanja mirovanja. Većina studenata nije u ovom

slučaju prepoznala II.N.Z., odnosno da u homogenom električnom polju djeluje stalna sila i da će

se čestica pod djelovanjem stalne sile gibati stalnim ubrzanjem.

49

5. ZAKLJUČAK

Cilj provedenog istraživanja je procijeniti razinu uvjerenosti u neke fizikalne koncepte

pomoću CSEM testa. Provjeru temeljnih fizikalnih koncepata CSEM testom uvelike je olakšalo

uvođenje razina uvjerenosti studenata u odgovor ili CRI-a. Sada se po kombinaciji točnih i

netočnih odgovora sa visokom i niskom razinom uvjerenosti može dobiti uvid u stvarno znanje i

razumijevanje studenata. Zahvaljujući spomenutim kombinacijama može se razlikovati

nedostatak znanja od postojanja pretkoncepcija, te ustanoviti je li točan odgovor rezultat znanja

ili pogađanja.

Na temelju rezultata dobivenih provedbom ovog istraživanja može se zaključiti da su studenti

sigurniji u točne nego u netočne odgovore, odnosno da je razina uvjerenosti neke skupine

studenata u točne odgovore (resCRI1) uglavnom veća od razine uvjerenosti u netočne (resCRI0)

za isto konceptualno područje.

Studenti svih skupina puno bolje razumiju koncepte vezane uz elektricitet nego uz magnetizam

pa su i pripadne razine uvjerenosti na tim područjima u skladu s time. Naime, pokazalo se da su

studenti dosta uvjereni u fizikalne koncepte koji obuhvaćaju poznavanje raspodjele naboja na

vodičima i izolatorima te primjeni Coulombovog zakona. Najmanju razinu uvjerenosti studenti

su iskazali kada je bila riječ o razumijevanju elektromagnetske indukcije, Faradayevog zakona i

promjeni magnetskog toka.

Na temelju dobivenih podataka o gainu i resGainu, te Hakeovih grafova vidi se da su svi studenti

koji su sudjelovali u istraživanju postigli mali napredak na posttestu obzirom na predtest,

odnosno ostvarili nizak faktor dobitka (gain i resGain). Nizak faktor dobitka upućuje ili na to da

je nastava fizike na osječkom sveučilištu i dalje većinom predavačka, ili da studenti nisu spremni

prihvatiti zadatke i obveze koje sa sobom nosi interaktivna nastava u kojoj su oni sami glavni

nositelji nastavnog procesa. U svakom slučaju to je nešto na čemu se treba poraditi da bi se

postigla bolje kvaliteta same nastave i smanjio broj studenata koji imaju prolaznu ocjenu iz

kolegija fizike, a i dalje sa sobom u život nose velik broj pretkoncepcija.

50

6. LITERATURA

[1] Krsnik, R., Suvremene ideje u metodici nastave fizike, Školska knjiga, Zagreb, 2008.

[2] Mioković, Ž., Ganzberger, S., Radolić, V., Assessment of the University of Osijek

Engineering Students` Conceptual Understanding of Electricity and Magnetism, Tehnički

vjesnik 19, 3(2012), 563-572

[3] Vizek Vidović., V. i sur., Psihologija obrazovanja, IEP, Vern, Zagreb, 2003.

[4] Hasan, S., Bagayoko, D., Kelley, E. L., Misconceptions and the Certainty of Response Index

(CRI), Physics Education, 34, 294-299, 1999.

[5] Potgieter, M., Malatje, E., Gaigher, E., Venter, E., Confidence versus preformance as an

indicator of the presence of alternative conceptions and inadequate problem-solving skills in

mechanics, International Journal of Science Education, 32, 1407-1429, 2010.

[6] Leppa Virta, J., Assessing Undergraduate Students` Conceptual Understanding and

Confidence of Electromagnetics, International Journal of Science and Mathematics Education,

2011.

[7] Maloney, D. P., O´Kuma, T. L., Hieggelke, C. J., Van Heuvelen, A., Phys. Educ. Res.,

Am. J. Phys. 69(7), (2001) S12-S23

[8] Planinić, M., Komparativno istraživanje učeničkog razumijevanja nekih temeljnih koncepata

u mehanici i elektromagnetizmu, Doktorska disertacija, PMF, Zagreb, 2005.

[9] Ding, L., Beichner, R., Approaches to data analysis of multiple-choice questions, Phys. Rev.

Special Topics- Phys. Educ.Res. 5, 020103, 2009.

[10] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Hake_Plot.JPG (10.11.2013.)

51

7. ŽIVOTOPIS

Andrea Baković rođena je 26. travnja 1990. godine u Vinkovcima. Osnovnu školu „Ivan

Mažuranić“ u Vinkovcima završila je 2004. godine. Školske godine 2004./5. upisala je opći

smjer u Gimnaziji „Matija Antun Reljković“ u Vinkovcima. 2008. godine je maturirala i upisala

Preddiplomski studij fizike na Odjelu za fiziku Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku. Nakon

završenog preddiplomskog studija 2011. godine upisala je Diplomski studij fizike i informatike

koji završava 2013. godine.

52

8. PRILOG

OBRAZAC ZA ODGOVORE