U protekla četiri desetljeća edukacijska istraživanja u fizici pojavila su se kao novo polje istraživanja, koje aktivno uključuje velik broj fizičara diljem svijeta. Provode se sustavna istraživanja čiji rezultati doprinose boljem razumijevanju učeničkih poteškoća u fizici, te razvoju novih nastavnih metoda, koje omogućavaju smislenije poučavanje fizike na svim razinama.

 Edukacijska istraživanja u fizici su:

·   ukazala na postojanje i široku rasprostranjenost učeničkih ideja, formiranih na osnovi svakodnevnog iskustva i pojednostavljenog zaključivanja, koje se nazivaju predkoncepcijama ili alternativnim koncepcijama,

·   ukazala na načine promjene alternativnih koncepcija (induciranje konceptualne promjene),

·   ukazala na nisku učinkovitost predavačke nastave u razvijanju konceptualnog razumijevanja i bolju učinkovitost interaktivnih metoda,

·   poslužila kao baza za razvoj novih nastavnih strategija,

·   značajno podigla svijest fizičara i nastavnika fizike o nužnosti promjena unutar nastave fizike.

Rezultati edukacijskih istraživanja u fizici sve više se primjenjuju na nastavu fizike svuda u svijetu, te su tako nastale nove nastavne strategije, koje polaze od činjenice da učenje fizike zahtijeva visok stupanj intelektualnog angažmana od strane učenika. Osobito je puno pozornosti posvećeno transformiranju klasičnih predavanja, u kojima su učenici ili studenti redovito intelektualno pasivni, u interaktivna okruženja koja podupiru aktivno učenje.

U Hrvatskoj je do sada proveden manji broj edukacijskih istraživanja u fizici. Preliminarni rezultati sugeriraju nisku učinkovitost postojeće, uglavnom predavačke, nastave fizike u razvijanju konceptualnog razumijevanja kod učenika i studenata. Kako je kvalitetno obrazovanje jedan od prioriteta hrvatskog razvoja, a osobito obrazovanje u području prirodnih i tehničkih znanosti, za koje sve više opada interes i osposobljenost učenika, izuzetno je važno provesti temeljitu dijagnostiku problema u nastavi fizike, kao i razvijati i testirati nove nastavne strategije, koje mogu pridonijeti  rješavanju tih problema.

Naša grupa od 2006. radi na istraživačkom projektu 119-0091361-1027 “Edukacijska istraživanja u fizici i matematici” (voditelj dr.sc. Maja Planinić), koji je financiran od Ministarstva znanosti, obrazovanja i športa. Ovaj projekt predviđa provođenje niza dijagnostičkih istraživanja u hrvatskoj nastavi fizike, koja mogu značajno pridonijeti razumijevanju učeničkih poteškoća u učenju fizike, kao i procjeni razine konceptualnog razumijevanja koje oni u postojećem načinu podučavanja tipično postižu. Ovi rezultati također će biti važan polazni podatak za uvođenje državne mature u Hrvatskoj, na čemu je angažirano dvoje suradnika ovog projekta.  Osim dijagnostičkih istraživanja, predviđa se i testiranje novih interaktivnih nastavnih strategija. Edukacijska istraživanja u matematici, koja istražuju učeničke poteškoće s matematičkim konceptima i vještinama, izuzetno su važna  za nastavu matematike, ali i za nastavu fizike. U Hrvatskoj do sada gotovo i nije bilo takvih istraživanja. U okviru ovog projekta predviđa se provesti istraživanja učeničkog razumijevanja nekih matematičkih koncepata, koji su od velikog značaja i za nastavu fizike.

Predviđena istraživanja:

1) Nacionalno istraživanje konceptualnog razumijevanja u mehanici na populaciji maturanata gimnazija pomoću američkog testa Force Concept Inventory (FCI)

FCI test ispituje minimalno konceptualno razumijevanje Newtonovih zakona i definira rezultat od 60% na testu kao prag formiranja njutnovskog razmišljanja. Preliminarni rezultati testiranja malih uzoraka hrvatskih gimnazijskih maturanata indiciraju da tek 10% maturanata prelazi taj prag. Istraživanje na reprezentativnom uzorku maturanata iz svih hrvatskih regija pokazat će da li se taj rezultat može generalizirati na cijelu populaciju hrvatskih gimnazijskih maturanata.

2) Istraživanje učeničkog razumijevanja temeljnih matematičkih pojmova i vještina u kontekstu matematike i fizike

 U edukacijskim istraživanjima u svijetu identificirani su neki temeljni matematički koncepti i vještine, koji predstavljaju značajan problem učenicima, a važni su i za matematiku i za fiziku. To su interpretacija grafova, vektori, proporcionalno rezoniranje, te interpretacija matematičkih izraza. Pretpostavka je da i u Hrvatskoj učenici imaju problema s tim konceptima i vještinama, te da su problemi izrazitije prisutni u kontekstu fizike, nego u kontekstu same matematike.

3) Istraživanje korelacije između stupnja razvoja logičkog razmišljanja i konceptualnog razumijevanja u mehanici kod učenika i studenata

Mnogi autori u području edukacijskih istraživanja u fizici navode mogućnost da je stupanj logičkog razmišljanja “skrivena varijabla” koja bitno utječe na prihvaćanje njutnovskog razmišljanja u fizici kod učenika i studenata. Stupanj logičkog razmišljanja može se procijeniti pomoću poznatog TOLT testa (Test of Logical Thinking) ili Lawsonovog Classroom Test of Scientific Thinking, a stupanj konceptualnog razumijevanja Newtonovih zakona pomoću FCI testa. Pretpostavka je da će postojati značajna pozitivna korelacija između rezultata na oba testa.

4) Istraživanje učeničkih alternativnih koncepcija u fizici

Učeničke alternativne koncepcije bitno utječu na nastavu fizike, najčešće kao prepreka usvajanju fizikalnih koncepata. Stoga je izuzetno važno za nastavnike da upoznaju najčešće alternativne koncepcije koje se javljaju kod učenika. Neka područja fizike, poput mehanike, su vrlo dobro istražena što se tiče alternativnih koncepcija, no u većini drugih područja postoji puno manje rezultata. Osim identifikacije alternativnih koncepcija u drugim područjima fizike (izvan mehanike) važno je i istražiti eventualne razlike u snazi alternativnih koncepcija u različitim područjima fizike. Za procjenu snage alternativnih koncepcija moguće je koristiti Likertove skale stupnjeva sigurnosti u odgovore. Pretpostavka, temeljena i na rezultatima nekih prethodnih istraživanja, je da postoji značajna razlika u statusu alternativnih koncepcija u različitim područjima fizike, te da bi alternativne koncepcije u mehanici  mogle biti najčvršće.

5) Razvijanje i testiranje interaktivnih nastavnih pristupa fizici

Jedan od najvažnijih rezultata edukacijskih istraživanja u fizici je upravo sistematsko ukazivanje na nisku učinkovitost predavačke nastave, te potrebu uvođenja interaktivne nastave, u kojoj su učenici ili studenti aktivno intelektualno angažirani. Stoga su u svijetu razvijene brojne interaktivne nastavne metode koje su pokazale puno veću učinkovitost u razvijanju konceptualnog razumijevanja u fizici. Jedna od najpoznatijih je poduka vršnjaka (peer instruction, engl.), namijenjena podizanju interaktivnosti u većim auditorijima, poput onih na fakultetima, no može se primjenjivati i u školi.. Također je u planu eksperimentalna primjena američkih nastavnih materijala “Tutorials in Introductory Physics”, posebno namijenjenih razvijanju dubljeg razumijevanja temeljnih koncepata u fizici kod studenata koji slušaju uvodne kolegije opće fizike na prvim godinama studija. Planira se primijeniti i metoda rješavanja zadataka u skupinama. Sve metode mogu značajno pridonijeti kvalitetnijoj sveučilišnoj nastavi u duhu bolonjskog procesa. Namjera je te metode implementirati u neke kolegije opće fizike i metodike nastave fizike na Fizičkom odsjeku PMF-a u Zagrebu, te testirati njihovu učinkovitost pomoću prirasta rezultata na konceptualnim testovima, danim prije i nakon nastave.