nastava fizike;mehanika;pretkoncepcije;konceptualni testovi;Force Concept Inventory ( FCI) test.;physics teaching,mechanics (Newtonian);preconceptions;conceptual tests;Force Concept Inventory (FCI) test.;info:eu-repo/classification/udc/531/534:37.091.3(043.2)

UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

Oddelek za fiziko

MAGISTRSKO DELO

Nani Vasiljević

Maribor, 2019

UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

Oddelek za fiziko

Magistrsko delo

KONCEPTUALNO RAZUMEVANJE
UČENCEV V MEHANIKI

Nani Vasiljević

Mentor:  izr. prof. dr. Robert Repnik
.

Maribor, 2019

UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

Oddelek za fiziko

Magistrsko delo

KONCEPTUALNO RAZUMIJEVANJE
UČENIKA U MEHANICI

Nani Vasiljević

Mentor:  izr. prof. dr. Robert Repnik
.

Maribor, 2019

ZAHVALA

„Korijeni učenja su gorki, ali plodovi su slatki.“
(Aristotel)

Zahvaljujem svom mentoru izr. prof. dr. Robertu Repniku na izvanrednom trudu koji je uložio
u protekle dvije godine, a posebno na uloženom vremenu i svesrdnoj pomoći za pisanje ovog
diplomskog rada. Svojim pozitivnim stavom i motivacijom pomogao mi je da sve teškoće pri
prisanju rada svladam lakše.

Veliko hvala Referatu FNM , posebno prof. Moniki Šket, koja je od upisa do danas cijelo
vrijeme bila uz mene i pomagala mi u svim koracima studija.

x

xi

VASILJEVIĆ, N. : Konceptualno razumijevanje učenika u mehanici.
Magistrsko delo, Univerza v Mariboru, Fakulteta za naravoslovje in matematiko,
Oddelek za fiziko, 2019.

SAŽETAK

Pretkoncepcije su proučavane po različitim područjima fizike. Kako bismo mogli spoznati
učeničke pretkoncepcije, potrebno je provesti istraživanje koristeći konceptualne testove
određenog područja.
U ovom diplomskom radu bavimo se učeničkim pretkoncepcijama i razumijevanjem
mehanike. Mehanika je najstarija grana fizike koja proučava zakone gibanja i međudjelovanja
tijela. Postoje brojne pretkoncepcije te je njeno razumijevanje potrebno za uspješno usvajanje
ostalih područja.  Baziramo se na rezultatima edukacijskih istraživanja vezanih uz provedbu
testa Force Concept Inventory (FCI), koji je napravljen kako bi ispitao razumijevanje
koncepata Newtonove mehanike, a doživio je široku primjenu u Sjedninjenim Američkim
Državama (SAD), u srednjim školama i sveučilištima. Kroz šest poglavlja rada, predstavljamo
i modele poučavanja nastave fizike koji se razlikuju i po uspješnosti rezultata u avedenom
testu. Također, predstavit ćemo nastavne planove i programe za osnovnu školu i srednju školu
(gimnaziju), u kojima obrađujemo pojmove iz mehanike, a po kojima se izvodi nastava fizike
u Hrvatskoj i Sloveniji.

Ključne riječi: nastava fizike, mehanika, pretkoncepcije, konceptualni testovi, Force Concept
Inventory ( FCI) test.

xii

VASILJEVIĆ, N. : Conceptual understanding of students in mechanics.
Master thesis, University of Maribor, Faculty of Natural Sciences and Mathematics,
Department of Mathematics and Computer Science, 2019.

ABSTRACT

Preconceptions have been studied in various fields of physics. In order to know students' pre-
conceptions, it is necessary to conduct research using conceptual tests of a particular area.
In this master thesis, we deal with students' preconceptions and understanding of mechanics.
Mechanics is the oldest branch of physics that studies forces and motion as applied to bodies.
There is high number of preconceptions and its understanding is required for successful
learning of other areas. We are based on the results of educational research related to the
implementation of the Force Concept Inventory (FCI) test, which was designed to test
understanding of the concepts of Newtonian mechanics and has been widely used in the
United States, high schools, and universities. Through six chapters, we also present models of
teaching that differ in the performance of the test results. Also, we will present curricula for
elementary school and high school (gymnasium), in which we deal with the fundamental
concepts of mechanics, in Croatia and Slovenia.

Keywords: physics teaching,mechanics (Newtonian), preconceptions, conceptual tests, Force
Concept Inventory (FCI) test.

xiii

POVZETEK

Predhodne predstave študentov lahko preučujemo na različnih področjih fizike. Za
prepoznavanje predhodnih predstav študentov je običajno potrebno izvesti raziskavo z
uporabo konceptualnih testov z določenega področja.
V magistrskem delu se ukvarjamo s predhodnimi predstavami študentov pri razumevanju
fizikalnih vsebin s področja mehanike. Mehanika je najstarejša veja fizike, ki preučuje
zakonitosti gibanja in medsebojnih vplivov teles. To je tudi razlog za obstoj številnih
predhodnih predstav. Pravilno razumevanje vsebin s področja mehanike je pomembno tudi za
uspešno usvajanje znanja z drugih področij fizike.
V zadnjih desetletjih je zanimanje za raziskave na področju izobraževanja fizike v porastu.
Konec 19. stoletja je bila fizika kot poseben predmet uvedena v šolski proces. Kljub
prizadevanjem se učitelji fizike srečujejo s težavami pri razumevanju osnovnih fizikalnih
konceptov. Vzporedno s poučevanjem fizike se razvija disciplina, imenovana didaktika fizike,
pri čemer je ključno raziskovanje in iskanje učinkovitih načinov, kako razvijati naravoslovno
pismenost v družbi in še zlasti pri študentih.
Številne izobraževalne študije so potrdile obstoj številnih predhodnih idej oziroma
razumevanj pri učencih in študentih v razumevanju fizikalnih vsebin. Pred samim učenjem
fizike v šoli imajo učenci takšne predstave o številnih fizikalnih konceptih, ki si jih ustvarijo z
opazovanjem sveta okoli sebe in s komunikacijo z okoljem. Raziskave kažejo, da so prvotne
ideje pogosto napačne in neprimerne. Prvotne, intuitivne ideje študentov imenujemo
predhodne predstave, uporabljajo pa se tudi naslednji izrazi: napačne predstave (napačne
ideje), alternativne ideje in podobno.
V magistrskem delu se osredotočimo na konceptualno razumevanje vsebin iz mehanike. Kot
osnovo uporabimo rezultate raziskave koncepta delovanja sil, ki je bila zasnovana za preizkus
razumevanja konceptov newtonske mehanike. Uveljavljen izraz za tovrstno raziskavo je FCI
iz angleščine »ForceConceptInventory«.
Predhodne predstave študentov so bile preučevane na različnih področjih fizike z uporabo
konceptualnih testov z določenega področja.
V uvodnem delu magistrskega dela se osredotočimo na poučevanje fizike. Fizika kot predmet
izstopa po tem, da spodbuja razvoj kognitivnih sposobnosti ter znanstvenega in ustvarjalnega
mišljenja. Študenti razvijejo sposobnost znanstvenega razlaganja fizikalnih pojavov,
načrtovanja, izvedbe in vrednotenja znanstvenega eksperimenta, raziskovalnega delater
razlage znanstvenih podatkov in dejstev. Za razvoj naravoslovne pismenosti ima poučevanje
fizike zelo pomembno vlogo, saj zagotavlja osnovno in univerzalno znanje.
Najpogostejša oblika poučevanja v osnovnih, srednjih in višjih šolah je klasični pouk. Z leti se
je izkazalo, da kakovostne naravoslovne pismenosti ni mogoče doseči s tradicionalnim
pristopom, pri katerem je pouk osredotočen na učitelja, študentje pa so pasivni opazovalci.
Izsledki raziskave kažejo, da s tradicionalnim pristopom le 20 % študentov razvija potreben
način znanstvenega razmišljanja, za 80 % študentov pa je fizika dolgočasna in nerazumljiva;
poučevanje fizike pa se izkaže kot neuporabno. Švicarski psiholog Jean Piaget je prvi
prepoznal potrebo po drugačnem načinu poučevanja in v svoji teoriji kognitivnega razvoja
poudaril pomen intuitivnih idej študentov in konstruktivno vlogo zavesti pri ustvarjanju in
interpretaciji izkušenj. Piaget je v svojih študijah o razmišljanju otrok uporabljal vprašanja in
xiv

besedila, povezana s področjem fizike, zato so njegovi rezultati fizikom blizu;so ustrezni,
dovolj konkretni in praktično uporabni.
S sodobnim poučevanjem fizike bi morali študenti opaziti vsakdanje pojave v svoji okolici,
jih razumeti in prepoznati naravne zakone. Vprašanje, ki se pri tem poraja, je, kakšen naj bo
sodobni pouk fizike, ki bi ustrezal potrebam sodobne družbe.
V 70. letih prejšnjega stoletja so se v Združenem kraljestvu in Franciji začele prve raziskave v
tej smeri. Raziskava je bila v glavnem izvedena v obliki intervjujev z otroki različnih starosti
(večinoma v starosti od 10 do 16 let) in s testi z odprtimi vprašanji o različnih konceptih,
vezanih na fizikalna področja, kot so svetloba, vezje, sila, prehajanje toplote itd. Analiza
takšnih testov je bila zapletena in odgovori pogosto niso bili določeni. Raziskave so pokazale,
da so ne glede na državo, v kateri živijo, predstave študentov o fizikalnih konceptih zelo
podobne. Naslednji korak za učitelje in raziskovalce je bila sestava testov z vnaprej
določenimi odgovori.
Učenje fizike zahteva visoko stopnjo intelektualnega udejstvovanja s študenti, česar pa s
tradicionalnim poučevanjem ne dosežemo. Študija, ki sta jo izvedla Halloun in Hestenes, je
ugotovila, da je učinek poučevanja skoraj neodvisen od predavatelja. Primerjali so učinke
poučevanja štirih različnih ameriških univerzitetnih profesorjev, ki imajo različne izkušnje in
uporabljajo drugačen pristop. Rezultati študije so pokazali, da so bili učinki vseh štirih
profesorjev, izraženih s faktorjem rasti, skoraj enaki in zelo nizki.
Na področju mehanike obstaja zelo veliko predhodnih predstav, kar lahko pripišemo
predvsem temu, da so vsebine iz mehanike zelo povezane z vsakdanjim življenjem. Posebno
pozornost namenimo predhodnim predstavam študentov v razumevanju razmerja med silo in
gibanjem. Nekateri najbolj znani konceptualni testi na področju mehanike, ki niso FCI, so
osnovni test iz mehanike MBT (iz angleščine MechanicsBaseline Test) in diagnostični test iz
mehanike MDT (iz angleščine MechanicsDiagnostics Test). FCI test je sprva temeljil na testu
MDT z vprašanji odprtega tipa. V zadnjem delu magistrskega dela obravnavamo FCI, ki se v
spremenjeni in nadgrajeni obliki pogosto uporablja v srednjih šolah in univerzah v ZDA. V
nadaljevanju pokažemo rezultate za različne modele poučevanja. Test sestavlja 30 vprašanj,
pri čemer se vsa vprašanja lahko rešijo brez računanja. Za vsako vprašanje je ponujenih pet
odgovorov, od katerih je le eden pravilen. Nepravilni odgovori so najpogosteje posledica
predhodnih predstav študentov. FCI test je pripravljen tako, da preverja razmišljanje
študentov. Namesto standardnih nalog, ki jih najdemo v šolskih učbenikih, test vsebuje naloge
iz razumevanja pojavov. Stestom FCI preverjamo razumevanje Newtonovega koncepta sil in
gibanja, brez uporabljanjaenačb in računanja. Mnogi učitelji so sprva menili, da so vprašanja
v testu preveč preprosta, in se spraševali, kako je mogoče, da učenci ne vedo pravilnih
odgovorov. Analiza kaže,  da študentje večinoma dosegajo slabe rezultate kljub na prvi
pogled preprostim testom. Vendar je treba opozoriti, da je tudi odstotek študentov, ki so
obiskovali uvodne predmete iz mehanike, nizek. Američani so prevzeli vodilno vlogo pri
razvoju učnih strategij, ki temeljijo na rezultatih raziskavv izobraževanju. Leta 1998 je
ameriški profesor Richard Hake objavil rezultate svoje raziskave, opravljene na velikem
številu ameriških študentov (6542 študentov). Zaradi velikega števila testiranih oseb iz celega
sveta, lahko testirance FCI testovrazdelimo na podlagi dosežka v odstotkih v tri razrede:
1. »prednewtonec« doseženih do 60 %,
2. »med newtonskimi in pred-newtonskimi idejami« doseženih od 60 % do 80 %,
xv

3. »newtonec« doseženih več kot 80 %.
Poudariti je potrebno, da FCI test meri minimalni standard konceptualnega razumevanja
mehanike.
V sklopu magistrskega dela obravnavamo osnovne pojme mehanike v učnih načrtih osnovnih
in srednjih šol na Hrvaškem in v Sloveniji na podlagi naslednjih dokumentov: Učni načrt
fizike v osnovni šoli, Učni program fizike v gimnaziji, Učni načrt za gimnazije, Učni načrt in
program za fiziko, hrvaški nacionalni izobraževalni standard (CNES): Učni načrt za osnovno
šolo.
Zastavimo si raziskovalno vprašanje »Kateri učni načrt fizike v osnovni in srednji šoli je
boljši?«
Na slednje je težko najti odgovor. Oba programa imata svoje prednosti in slabosti, ki jih bodo
prihodnji programi in učni načrti na podlagi upoštevanja trendov družbenega razvoja in
rezultatov raziskav s področja izobraževanja popravljali in izboljšali. Namen raziskav s
področja izobraževanja je izboljšati kakovost izobraževanja na določenem področju.
Opozoriti je potrebno, da učbeniki fizike, čeprav se postopoma spreminjajo, vsebujejo
številne naloge, ki preverjajo le matematično operativno znanje učencev, ne da bi učenci
razumeli koncepte.
V mednarodnem okviru zunanje ocenjevanje znanja in veščin omogoča primerjave, ki so po
vsem svetu sprejete kot kazalci kakovosti nacionalnega izobraževanja in lahko po njihovem
mnenju sklepamo, da so slovenski študenti kljub temu prepričljivo uspešni pri takšnih izpitih.
Menimo, da so raziskave na področju izobraževanja fizike povzročile velik korak naprej za
pripravoučnih načrtovfizike, saj so opozorile na obstoj in razširjenost predhodnih
predstavštudentov terna načine za spreminjanja le-teh. Poleg tega raziskave na področju
izobraževanja fizike služijo kot osnova za razvoj novih učnih strategij in ozaveščajo fizike ter
učitelje fizike o neizogibni potrebi po spremembah poučevanja.

Ključne besede : poučevanje fizike, mehanika, predhodne predstave, konceptualni testi, Force
Concept Inventory (FCI) test.

xvi

Sadržaj

1
Uvod ................................................................................................................................... 1
2
Nastava fizike .................................................................................................................... 3
2. 1 Tradicionalna nastava .................................................................................................. 4
2. 2 Interaktivna nastava ..................................................................................................... 6
3
Pretkoncepcije ................................................................................................................... 9
3. 1 Pretkoncpecije u svakodnevnom životu
....................................................................... 9
3. 2 Pretkoncepcije u mehanici ......................................................................................... 11
3. 3 Aristotelov i Newtonov koncept o sili i gibanju ........................................................ 13
3. 4 Intuitivni koncepti o gibanju
...................................................................................... 16
4
Osnovni koncepti mehanike u programu nastave osnovnih i srednjih škola u
Hrvatskoj i Sloveniji
............................................................................................................... 18
5
Konceptualni testovi ....................................................................................................... 28
5.1 Force Concept Inventory (FCI) test ............................................................................ 30
6
Rezultati provedenih edukacijskih istraživanja
........................................................... 38
6. 1 Napredak ( gain - g) između predtesta i posttesta
...................................................... 40
7
Zaključak ......................................................................................................................... 47
Literatura
................................................................................................................................ 48

1

1 Uvod

Posljednjih desetljeća edukacijska istraživanja u fizici donose sve veći interes fizičara diljem
svijeta. Krajem 19. stoljeća fizika se uvodi u školu kao poseban predmet. Nastavnici fizike
usprkos svojim naporima su suočeni s problemima u razumijevanju temeljnih fizikalnih
koncepata.  Usporedno s nastavom fizike razvija se disciplina pod nazivom metodika nastave
fizike. Glavna problematika metodike fizike je istraživanje i pronalaženje učinkovitih načina
kako pismenoznanstveno opismeniti ukupnu populaciju, pogotovo učenike.
Brojna edukacijska istraživanja pokazala su postojanje mnogih pretkoncepcija kod studenata
ili učenika u znanju fizike. Učenici prije učenja fizike u školi imaju svoje ideje o mnogim
fizikalnim konceptima koje stvaraju na temelju promatranja svijeta oko sebe i komunikacijom
iz okruženja.  Kroz edukacijska istraživanja pokazalo se da su prvotne učeničke ideje često
pogrešne i neodgovarajuće unutar nekog fizikalnog koncepta. Te učeničke intuitivne ideje
nazivamo pretkoncepcijama, a koristimo i izraze: miskoncepscije (pogrešne ideje),
alternativne ideje [1].
U ovom diplomskom radu posvetit ćemo se konceptualnom razumijevanju učenika u
mehanici. Bazirat ćemo se na rezultatima istraživanja vezana uz Force Concept Inventory
(FCI),koji je napravljen kako bi ispitao razumijevanje koncepata Newtonove mehanike [3].
Pretkoncepcije su proučavane po različitim područjima fizike. Kako bismo ih mogli spoznati,
potrebno je provesti istraživanje koristeći konceptualne testove određenog područja fizike. U
U  početnom dijelu rada posvetit ćemo se i nastavi fizike. Tradicionalni pristup u poučavanju
je najčešći oblik poučavanja u osnovnim i srednjim školama pa tako i fakultetima. Pokazalo
se da do kvalitetne prirodnoznanstvene pismenosti ne možemo doći pristupom u kojem je
nastavnik središnja osoba, a učenici pasivni promatrači. Rezultati istraživanja pokazuje da
svega 20% učenika taradicionalnom nastavom razvija potreban način znanstvenog
razmišljanja, a za 80% učenika fizika je dosadna i nerazumljiva, a učenje fizike smatrano
beskorisno [1].Švicarski psiholog Jean Piaget prvi je uočio potrebu za drugačijim načinom
poučavanja te u svojoj teoriji kognitivnog razvoja ističe značaj učeničkih intuitivnih ideja i
konstruktivne uloge svijesti za stvaranje i interpretiranje iskustva. Metodičarima fizike
njegova teorija značajna je zbog toga što je Piaget u svojim istraživanjima mišljenja djece
rabio pitanja i tekstove s fizikalnom tematikom pa su stoga njegovi rezultati fizičarima bili
bliski, relevantni, dovoljno konkretni i praktično primjenjivi [2].
 Sedamdesetih godina 20. stoljeća počela su prva istraživanja u tom smjeru u Velikoj Britaniji
i Francuskoj.  Istraživanja su bila uglavnom provođena putem intervjua s djecom različite
dobi ( uglavnom u rasponu od 10 – 16 godina ) i testovima s pitanjima otvorenog tipa o
različitim pojmovima poput svjetlosti, strujnog kruga, sile, gibanja topline itd. [16]. Analiza
takvih testova je bila složena i odgovori su često bili nedorečeni. Istraživanja su pokazala da
neovisno o zemlji u kojoj žive, pretkoncepcije učenika i studenata o fizikalnim konceptima su
vrlo slične. Sljedeći korak za nastavnike (ispitivače) je bilo sastavljanje testova s ponuđenim
odgovorima.
Mehanika je područje fizike u kojem postoje brojne pretkoncepcije te posebnu pozornost
istraživanja  izazivaju učeničke pretkoncepcije u mehanici, pogotovo odnos sile i gibanja.
2

Mehanika je temeljna grana fizike te je zbog toga razumijevanje mehanike preduvjet za
uspješno razumijevanje ostalih područja fizike.  Kako je mehanika vrlo bliska svakodnevnom
životu ona se može smatrati izvorom pretkoncepcija. Neki najpoznatiji konceptualni testovi iz
područja mehanike osim FCI su Mechanics Baseline Test (MBT)[4] i Mechanics Diagnostics
Test (MDT)[5], gdje je FCI test nastao na temelju MDT testa, koji je u početku imao pitanja
otvorenog tipa. U zadnjem dijelu rada vezanim uz Force Concept Inventory (FCI), koji je
doživio nekoliko promjena i široku primjenu u SAD-u , u srednjim školama i sveučilištima,
vidjet ćemo i objediniti rezultate te uvidjeti modele poučavanja kod kojih su rezultati bolji. U
razvoju nastavnih strategija utemeljenih na rezultatima edukacijskih istraživanja Amerikanci
su preuzeli vodeću ulogu. američki profesor Richard Hake objavio je 1998. godine rezultate
svojeg istraživanja provedenom na velikom broju američkih učenika i studenata (njih 6542)
koji su naišli na veliki odjek među nastavnicima fizike [6].  U sklopu rada ćemo se osvrnuti
na  osnove koncepte mehanike u programu nastave osnovnih i srednjih škola ( gimnazija) u
Hrvatskoj i Sloveniji pregledom dokumenata : Učni nacrt za fiziko v osnovni šoli [7], Učni
nacrt za fiziko v gimnaziji [8], Nastavni programi za gimnazije, Nastavni plan i program za
fiziku [9], Hrvatski nacionalni obrazovni standard (HNOS): Nastavni plan i program za
osnovnu školu [10] .

3

2 Nastava fizike

Stoljećima je cilj edukacije bilo samo prenošenje znanja s generacije na generaciju. Nakon
Drugog svjetskog rata dolazi do velikih proimjena, u političkom, društvenom, a i
znanstvenom smislu. Dolazi do tehnološkog razvoja koji je podrazumijevao i znanstveni
razvoj, a samim time i kvalitetniju znanstvenu naobrazbu. Prirodne znanosti su kroz svoju
modern povijest od 17. do 21. stoljeća prošle kroz faze institucionalizacije, profesionalizacije
te socijalizacije. U škole su prirodoslovni predmeti uvedeni u više razrede gimnazije u drugoj
polovici 19. stoljeća. U početku prirodne znanosti u školi poučavale su se kao skup povezanih
činjenica i informacija, no poslije je postalo jasno da treba unijeti nekepromjene.Smatralo se
da postoje još neke dimenzije učenja koje postoje i pridonose konceptualnom razvoju
pojedinca i pobuđuju veći interes kod učenika za fiziku.U današnje vrijeme živimo u društvu
visoke tehnologije. Iako su mnogi tradicionalisti bili mišljenja da je besmisleno razmatrati te
druge razine učenja, dok učenik ne dostigne visoku razinu znanja, mnoga istraživnja su
pokazala da to nije besmisleno te da učenik u procesu učenja može istraživati, otkrivati i
kreirati što bitno utječe na kvalitetu njegovog znanja. Yager i McCormick su predložili
taksonomiju prema kojoj se te aktivnosti događaju unutar sljedećih domena: informativna,
istraživačka, kreativna, afektivna te aplikativna.
Fizika je često isticana kao fundamentalna znanost jer izučava osnoveprirodnih pojava i
temelje na kojima funkcioniraju otkriveni mehanizmi, te naosnovu njih formulira zakonitosti.
Zbog svog pristupa koji se temelji na istraživanjui eksperimentima, možemo reci da se fizika
pokazala kao ključna znanost u primjeni na mnogim područjima ljudske djelatnosti. Njezina
jeprimjena neizbježna u ostalim granama znanosti (biologija, kemija, geodezija,informatika,
ekonomija...), pa tako doprinosi razvoju drugih znanosti i tehnologije.  Kako bi objasnili
različite pojave, fenomene na osnovi sličnosti ili pravilne strukture, fizika stvara modele koji
služe za razumijevanje tih pojava.Usvajanje modela prethodi rješavanju novih problemskih
situacija.
Kao nastavni predmet Fizika se ističe po tome što potiče razvoj kognitivnih sposobnosti te
znanstvenog i stvaralačkog mišljenja. Učenici razvijaju sposobnosti znanstvenog
objašnjavanja fizikalnih pojava, provođenja i vrednovanja znanstvenog eksperimenta ili
istraživanje te interpretiranje znanstvenih podataka i činjenica. Uloga nastave fizike u
prirodnoznanstvenom opismenjavanju je vrlo važna, jer pruža temeljna i univerzalna znanja.
Svaka nastava pa tako i nastava fizike treba biti oblik komunikacije. Nastavnik treba težiti
komunicirati s učenicima o nastavnim sadržajima. Komunikacija ne podrazumijeva samo
prijenos činjenica od nastavnika prema učenicima. Kod prirodoslovnih predmeta, kao što je
fizika, potrebno je razviti kod učenika određeni način razmišljanja, osigurati razumijevanje
temeljnih koncepata i osposobiti učenike za primjenu tih koncepata u problemskim
situacijama. Iskustva nastavnika fizike pokazuju kako slušanje predavanja, čitanje udžbenika i
rješavanje standardnih zadataka (uvrštavanje u formulu), kao i izvođenje pokusa prema
detaljnim uputama nisu učinkoviti načini za postizanje komunikacijskih nastavnih
ciljeva.Nastavom fizikeželimo razviti određeni način razmišljanja, razviti razumijevanje
4

temeljnih koncepata (koji nisu jednostavni, iako su temeljni) i osposobiti učenike za primjenu
tih koncepata u problemskim situacijama. U takvoj nastavi svaki nastavnik treba učenike
dovesti do spoznaje da fizika i ostale znanosti čineosnovu svake suvremene tehnologije i
kulture.
Nastava fizike je specifična po svojoj strukturi. Ona se treba organizirati na način da omogući
učenicima samostalnije otkrivanje fizikalnih znanja.  Za kvalitetnu nastavu fizike trebamo
trebamo prvo postaviti ishodište nastave. Uvijek polazimo od iskustava učenika o nekoj
fizikalnoj pojavi, koju imamo kao nastavnu jedinicu. Svaki pojedinac, neovisno o uzrastu će
temu razmatrati kroz svoja prijašnja iskustva i na temelju njih će stvarati zaključke koji mogu
biti pogrešni. Nastavniku je važno uočiti razmišljanje svojih učenika i u toku razgovora voditi
ih u pravom smjeru, korištenjem kreativnosti. Sljedeće, potrebno je provesti promatranje.
Kako bi zainteresirali učenike kao primjer uzimamo pojavu iz svakodnevnog života.
Promatranje je važno i učenici ga trebaju provoditi samostalno ili u grupama. Od učenika se
traži da svoje komentare, zapažanja zapišu u bilježnicu ili predaju u obliku izvještaja. O
promatranom učenici vode razgovor s nastavnikom i tako iznose svoja mišljenja i zapažanja.
Dakako, da učenicima treba ostaviti slobodnog vremena da razmisle o problemu koji je pred
njih postavljen i o načinu kako bi ga riješili.  Kako temeljno sredstvo istraživanja prirode u
nastavi fizike je eksperiment ili pokus.  Pomoću pokusa učenici u nastavi dobivaju ili potvrdu
ili negaciju svojih pretpostavki. Pokus u nastavi ne bi trebao biti sam sebi svrha već sredstvo
pomoću kojeg dobivamo određene spoznaje. I na kraju važandio svake nastave je ponavljanje
naučenog. Na početku novog nastavnog sata, moramo prisjetiti učenika što smo radili prošli
sat, koja nova znanja smo usvojili i jesu li uopće učenici zapamtili o čemu je bila riječ.
Ponavljanje se može provesti na različite načine.
Suvremenom nastavom fizike učenici bi trebali uočiti pojave koje se događaju oko njih, te
shvatiti te pojave i zakonitosti među njima. Postavlja se pitanje: Kakva treba biti suvremena
nastava fizike koja zadovoljava potrebe modernog društva ?

2. 1 Tradicionalna nastava

Trenutno najrašireniji oblik nastave  fizike je tradicionalni oblik nastave fizike ili predavački
oblik.  Ovaj oblik nastave karakterizira nastavnik koji se nalazi u središtu nastavnog procesa,
a učenici su samo promatrači i pasivni slušači. Nastavnik tijekom ovog nastavnog procesa
naglašava što je bitno, na što obratiti pozornost te što treba zapamtiti.
Tradicionalna nastava je zapravo frontalni oblik nastave u kojem najveći dio vremena učenici
samo sjede i slušaju usmeno izlaganje bez da aktivno sudjeluju u nstavnom procesu.Naglasak
je na predavaču (nastavniku) pa prevladava jednosmjerna komunikacija što je i glavni
nedostatak ovakvog oblika nastave. Zbog jednoličnosti u naĉinu prezentiranja sadržaja dio
učenika je samo fizički prisutan. Nastavnici ističu da koriste većinom frontalni oblik, jer inače
ne bi stigli obraditi nastavno gradivo te da na taj način mogu najbolje održavati discipline u
razredu .  I dalje je prostor za uvođenje inovativnih pristupa u poučavanju i učenju ograničen i
tradicijom i pedagoškim pristupima koji su prevladavali u vrijeme školovanja većine
nastavnika [17].   Iz pozicije učenika ili studenta ovako stečeno znanje je često površno i
manjkav,  jer izostaje učenika za postavljanje pitanja po obrađivanom nastavnom sadržaju.
5

Proces učenja kod tih učenika započinje tek kada oni sami krenu proučavati sadržaje, što je
često slučaj pred sam ispit. Učenici tada ovise o svojim sposobnostima i mogućim
instrukcijama (ako su im dostupne) u koje se dosta učenika, osnovnih škola,a pogotovo
srednjih škola pouzdaje.  Učenici su u tom tipu nastave  zapravo prepušteni sami sebi te
rezultat takvog učenja često nije zadovoljavajući. Rješenje ovog problema je učiniti učenike
aktivnima na samoj nastavi, kako bi se već tu počeo odvijati proces učenja.  Brojna
istraživanja za ovakav oblik nastave su pokazala da je za čak 80% učenika fizika dosadna i
nerazumljiva te njeno učenje smatraju beskorisno, a tek preostali dio učenika razvija potreban
način znanstvenog razmišljanja [1].
 Učenje fizike zahtijeva visok stupanj intelektualnog angažmana kod učenika, a to se
tradicionalnom predavačkom nastavom ne ostvaruje. Istraživanje koje su proveli Halloun i
Hestenes je pokazalo da učinak predavačke nastave gotovo ne ovisi o predavaču.  Oni su
usporedili učinke predavačke nastave četiri različita američka sveučilišna profesora, koji
posjeduju različito iskustvo i koriste drugi pristup. Prvi je bio teorijski fizičar, Profesor A, koji
je osobitu pažnju pridavao preciznim definicijama i logičkom zaključivanju. Preostala tri
profesora su bili eksperimentalni fizičari. Prvi od njih, Profesor B, izvodio je puno
demonstracijskih pokusa, nastojeći razviti na taj način kod studenata fizikalnu intuiciju, a
ujedno je i nagrađivan kako izuzetan profesor. Idući, Profesor C, bazirao se na rješavanju
velikog broja zadataka i poučavanju korištenjem primjerima zadataka koje bi većinom riješio
tijekom predavanja. I zadnji od njih, Profesor D, je bio početnik i striktno se držao udžbenika.
Studenti ovih profesora bili su testirani istim konceptualnim testom iz mehanike na početku i
na kraju semestra [13]. Za svaku je skupinu studenata izračunat srednji faktor prirasta (g-
faktor) [6],  kojeg ćemo spominjati u kasnijem poglavlju, a koji može poprimiti vrijednost
između 0 i 1,  definiran kao
predtest
predtest
posttest
g
−
−
=
100

Rezultati istraživanja su pokazali da su učinci sva četiri profesora izraženih faktorom prirasta
g , skoro jednaki i vrlo niski.  Rezultati prikazujemo u sljedećoj tablici.
PROFESOR
A
B
C
D
g- faktor
0,27
0,27
0,26
0,23
Tablica 2.1. Učinci predavačke nastave četiri američka profesora izraženi preko g – faktora [13]

Također i druga istraživanja su pokazala da je učinak predavačke (tradicionalne) nastave
praktički neovisan o predavaču [6]. Razlog tome je upravo sve što smo prethodno rekli o
predavačkoj nastavi, u kojoj su učenici pasivni, te se učenje ne odvija za vrijeme nastave već
tek pred ispit. Rješenje je učiniti učenike aktivnima na samoj nastavi, kako bi se već tu počeo
odvijati proces učenja. Edukacijska istraživanja u fizici pokazala su da je interaktivna nastava
fizikeučinkovitija od predavačke nastave, osobito u razvijanju konceptualnog razumijevanja,
ali i u razvijanju sposobnosti rješavanja zadataka [6]. Nastavni proces bi stoga trebao biti što
više interaktivan, dopuštajući učenicima i međusobno surađivanje, kako bi mogli izmjenjivati
svoje ideje, iskustva, argumente i samim tim razvijajući socijalnu interakciju.

6

2. 2 Interaktivna nastava

Podaci navedeni u prethodnom potpoglavlju  upućuju da je potrebna promjena pristupa
nastavi fizike. Švicarski psiholog Jean Piaget prvi je uočio potrebu za drugačijim načinom
poučavanja te u svojoj teoriji kognitivnog razvoja ističe značaj učeničkih intuitivnih ideja i
konstruktivne uloge svijesti za stvaranje i interpretiranje iskustva [2]. Javlja se nužnosti
interakcije u učenju i poučavanju.  Sljedeći korak je bila spoznaja da bitnu ulogu prilikom
učenja imaju učeničke intuitivne ideje ili pretkoncepcije, a zatim  dolazi do pojave
edukacijskog konstruktivizma koji povezuje Piagetove ideje i pretkoncepcije te ih povezuje s
postignućima filozofije prirodnih znanosti. Više o pretkoncepcijama i teoriji kognitivnog
razvoja ćemo reći u sljedećem poglavlju.
Konstruktivizam je kao filozofski pravac nastao u drugoj polovini 20. stoljeća i danas je
vodeći pokret u filozofiji znanosti, dok je edukacijski konstruktivizam usredotočen na proces
učenja i poučavanja. Glavne karakteristike edukacijskog konstruktivizma je da znanje nije
moguće prenijeti pasivnom učeniku i da je znanje rezultat osobne konstruktivne aktivnosti.
Proučavanje američkog profesora fizike Richard Hakea pokazala je na uzorku od 6542
američkih srednjoškolaca i studenat da je prosječna učinkovitost interaktivne nastave otprilike
dvostruko veća od prosječne učinkovitosti predavačke nastave u razvijanju konceptualnog
razumijevanja učenika u mehanici [6].
Interaktivna nastava obuhvaća cijeli niz različitih metoda, a učinkovitost joj dosta ovisi o
vještini nastavnika. Ono osnovno što njome želimo postići je intelektualna angažiranost
učenika za vrijeme nastave ili aktivno učenje.
Postoje učenici koji su sposobni samostalno aktivno učiti. Takvi učenici sami sebi postavljaju
pitanja, stalno testiraju svoje znanje i razumijevanje, no ti su učenici rijetki .Većina učenika,
ali i studenata, nije sposobna samostalno aktivno učiti.  Potrebna je interakcija učenika i
nastavnika.
Interaktivnu nastavu definiramo kao svaki tip nastave koji promiče aktivno učenje kroz
interakciju nastavnika i učenika i interakciju učenika međusobno [13].
Svim oblicima interaktivne nastave je zajedničko da se učenik nalazi u središtu nastavnog
procesa, a nastavnik je onaj koji vodi i usmjerava.
Interaktivna nastava ne bi trebala biti stimulirana interakcija prilikom koje nastavnik
učenicima postavlja pitanja, koja zapravo ne vode aktivnom učenju. U takvom tipu nastave
postavljaju se pitanja koja ispituju samo činjenično znanje, sugestivna ili retorička pitanja, ili
se od učenika traži  samo nadopunjavanje nastavnikove rečenice. Takav način komunikacije
nije zadovoljavajući, jer ne potiče kreativno razmišljanje i ne vodi kvalitetnijem učenju.
U iinteraktivnoj nastavi nastavnik bi trebao započeti sat s otvaranjem problema, čime se
postiže motivacija i uključivanje učenika, a zatim treba prikupljati učeničke ideje
divergentinim pitanjima. Usmjeravanje prema rješenju problema nastavnik treba ostvariti
konvergentnim pitanjima.  Često se događa da nastavnici sami odgovore na svoja pitanja, što
je loša praksa. Nastavnik treba biti strpljiv tako da  učenicima da vremena za promišljanje i
davanje odgovora. Ukoliko učenici nisu sposobni odgovoriti, pitanje treba pojasniti ili
postaviti podpitanje.  Pitanja trebaju poticati razmišljanje i tražiti cjeloviti odgovor (
rečenicu), a ne samo jednu riječ. Bitne dijelove učeničkih odgovora treba posebno istaknuti i
7

naglasiti, a ako ne uspijevaju doći do zaključka, učenicima treba pomoći usmjeravanjem
razmišljanja i jasnim dodatnim pitanjima. Od iznimne je važnosti kreirati pozitivnu radnu
atmosferu u razredu.  Na taj način treba omogućiti učenicima da su slobodni  iskazati svoje
mišljenje bez obzira bilo ono ispravno ili ne.
S obzirom na navedeno, nastavnik u kvalitetnoj interaktivnoj nastavi treba [13] :
-
otvoriti problem
-
početi s divergentnim pitanjima  i ići prema konvergentnim pitanjima
-
pokušati angažirati sve učenike
-
optimalno čekati na odgovor i ne odgovarati sam na svoja pitanja
-
pozitivno se odnositi prema učenicima
-
izbjegavati retorička pitanja i pitanja na koja se odgovara jednom riječi
-
dodatno naglasiti i povezati učeničke odgovore
-
pomoći učenicima da dođu do zaključka
-
odgovarati pitanjima
-
pohvaliti odgovore (ne samo točne)
-
ići polako

U svim oblicima interaktivne nastave ključnu ulogu igra tip pitanja i problema koji se
postavljaju pred učenike, a koji potiču aktivno učenje. Naglasak je na konceptualnim
pitanjima, koja su jako važna za razvoj razumijevanja fizikalnih koncepata a time i razvoj
sposobnosti zaključivanja.
Nastava fizike je bez pokusa nepotpuna. Napomenimo da pokusi sami po sebi, bez obzira
koliko atraktivni bili, ukoliko ih učenici samo pasivno promatraju neće proizvesti napredak u
njihovom razumijevanju fizike. Pokusi mogu služiti upoznavanju pojave i otvaranju problema
(na početku sata) ili rješavanju problema (u kasnijim fazama sata). Potrebno je učenicima
objasniti eksperimentalni postav i opisati što će se napraviti. Kako bismo postigli uključenost
učenika i pridobili njihovu pozornost, važno je pitati ih što predviđaju da bi se moglo
dogoditi, a nakon izvođenja pokusa pitati ih što su opazili, te tada krenuti u interaktivno
tumačenje pokusa.  Praksa nekih nastavnika fizike iz osnovnih škola pokazuje da je jako
dobro tražiti od učenika da zapišu svoja predviđanja i da samostalno opišu pokus, a potom
prozvati nekolicinu njih da pročitaju što su zapisali. Ako pokus služi rješavanju problema,
važno je potaknuti učenike da ga sami osmisle (npr. kako istražiti o čemu ovisi period
matematičkog njihala) [13]. U nastavi fizike, važno mjesto zauzima i rješavanje zadataka, što
zauzima dosta vremena. Nasuprot tradicionalnom načinu rješavanja zadataka, grupa iz
Sveučilišta u Minnesotti, razvila je interaktivnu nastavnu metodu rješavanja zadataka u
grupama  [13].
Pet glavnih koraka rješavanja zadataka su :
-
vizualiziranje, prepoznavanje i razumijevanje danog problema (skica, poznate
veličine)
-
fizikalni opis problema (npr. dijagrama sila )
-
dati matematički opis, planirati rješenje ( jednadžbe)
-
provesti rješavanje
-
evaluacija rezultata (provjera mjernih jedinica, procjena smislenosti rezultata)
8

Učenike je potrebno uputiti u navedene korake rješavanja i formirati grupe od tri do četiri
učenika različitih sposobnosti, kojima je zadatak riješiti zadatak koji nije prejednostavan, ali
ni prezahtjevan. Bitno je da zadatak zahtjeva razmišljanje koje se ne svodi na uvrštavanje
brojeva u formulu.Uloga je nastavnika  je obilaziti učenike i pomagati grupama ako je
potrebno.  Na kraju se rješenja diskutiraju. Rješavanje zadataka u grupama je korisno i lošijim
i boljim učenicima. Pokazuje se da učinak grupe redovito nadmašuje učinak najboljeg člana
grupe.
U današnje tehnološko doba, nastava fizike može koristiti različite izvore koji će omogućiti
učenicima prijenos sadržaja i direktno iskustvo s tim sadržajem. Razvoj tehnologije omogućio
je složenije i raznovrsnije eksperimente, vizualizaciju korištenjem multimedijalnih prikaza,
java apleta, a isto tako i dostupnost većeg broja izvora informacija i istraživanje putem
Interneta.Važno je reći da interaktivne metode za učenje fizike, sam za sebe nemaju visoku
unčikovitost u povećavanju konceptualnog razumijevanja. Njihovim kombiniranjem s drugim
interaktivnim metodama, kao što je poduka vršnjaka [11] ili navedeno kooperativno
rješavanje zadataka postiže veću učinkovitost.
 U sklopu interaktivne nastave učenici su nosioci nastavnog procesa, a nastavnik je moderator.
Koristi se grupni rad kroz koji raspravljaju o danom nastavnom materijalu i temi.
Na primjer, svi članovi pojedine grupe trebaju se osposobiti za rad na gradivu, pripremanje
prezentacije ili neki zadatak koji grupa preuzme.  Učenici tada preuzimaju odgovornost na
sebe da kada prouče dani nastavni materijal, izlože bitno drugim učenicima u razredu te se na
taj način susreću s ulogom nastavnika.
Interaktivnu nastavu, većina učenika i studenata pozitivno prihvaća. Međutim, treba reći da
neki autori pišu kako postoji oko 10% učenika ili studentata koji nisu zadovoljni [13]. Neki od
razloga nezadovoljstva, koji se navode su da su takvi učenici naviknuti na gotove rezultate
koje samo trebaju memorirati i na taj način izbjegavaju sami dolaziti do zaključaka. Takvi
učenici ili studenti pod učenjem podrazumijevaju pamćenje točnih odgovora te kako takvi
nisu zainteresirani za aktivno učenje.
Pretpostavivši da učenici izgrađuju svoje znanje, bitno je znati da njihova svijest nije prazna
ploča  (tabula rasa). Stavovi i znanja koja djeca nose sa sobom prije učenja fizike nisu nužno
točna, ali predstavljaju temelj na kojem nadograđuju  ostala znanja.  Zbog toga je važno da
nastavnik dobije određenu ideju o tome kakavim konceptima učenici raspolažu.  Od ključne
vaznosti za provođenje procesa konceptualne primjene je identificiranje učeničkih
pretkoncepcija.

9

3 Pretkoncepcije

Koncepti su kognitivni entiteti, oruđe svjesnog uma [2]. Nikada se ne razviju do konačnog,
završnog oblika niti u svijesti osobe niti u korpusu znanja znanosti. Konceptualizacija je drugi
naziv za osvješćivanje iskustva. Osjeti se preko konceptualizacije transformiraju u percepciju.
Koncepti ne mogu biti istiniti ni lažni; možemo ih kategorizirati kao konkretnije ili
apstraktnije, korisne ili manje korisne. Mogu imati mnogostruka značenja i mogu se
upotrebljavati u različite svrhe. Dijete, kasnije učenik spontano stvara osobne koncepte na
temelju percipiranja pojava u svom okruženju, na temelju izravnog iskustva i informacija i
podataka koje je dobio različitim oblicima komunikacije. U školi se učenik susreće sa
znanstvenim značenjem prirodoznanstvenih koncepata. Problem se javlja u tome što što
najčešće se spontano formirani koncepti ne podudaraju s njegovom znanstvenom inačicom,
što uglavnom otežava učenje prirodnih znanosti.  Tada govorimo o učeničkom spontanom
znanju, intuitivnim idejama ili pretkoncepcijama.
Na stvaranje koncepata djeluju izravno iskustvo, kulturno okruženje i formalna edukacija.
Karakterističnost učeničkog spontanog i intuitivnog zaključivanja nije samo niz nasumičnih
pogrešaka nego je više manje koherentan način mišljenja koji je nastao refleksijom načina
mišljenja u svakodnevnoj konverzaciji, u medijima i na temelju onoga što čitaju. Biraju
dijelove koji su im zanimljivi i s kojima se slažu te to pamte. Osobne učeničke koncepcije
razvijaju se i mijenjaju tijekom vremena, ali su vrlo tvrdokorne i teško ih je eliminirati.
Pretkoncpecije su učeničke ideje o nekom fenomenu prije formalnog učenja tog fenomena u
školi. Konceptualna promjena je kognitivni proces u kojem je naglašena transformacija
koncepcija u procesu učenja. Učenike treba uključiti u proces poticanja konceptualne
promjene u učionici. Cijeli taj proces mora biti interaktivan i mora se temeljiti na nizu pomno
pripremljenih problemskih situacija.
Znači, pretkoncepcije  nastaju iz potrebe da se protumače pojave iz svakodnevnog života, a
pod utjecajima su okoline osobe (na početku djeteta, kasnije odrasle osobe) te svih vrsta
medija i okoline koja utječe na živote svih nas.

3. 1 Pretkoncpecije u svakodnevnom životu

Svaka osoba  tijekom svog razvoja dolazi do trenutka kada se počinje zanimati za svijet oko
sebe i pitati se kako svijet funkcionira i zašto se određene pojave ponašaju na određeni način.
Nastaju neka vlastita objašnjenja i modeli o funkcioniranju svjete te fizikalnih pojava koje nas
okružuju.  Takvi modeli su uglavnom manjkavi i nepotnuni te nastaje iskrivljena slika svijeta
koje nazivamo pretkoncepcijama.
Tradicionalna nastava negira postojanje pretkoncepcija. Od velike važnosti u razvoju
interaktivne nastave je Piagetova teorija kognitivnog razvoja prema kojoj kognitivni razvoj
pojedinca dijeli na četiri stadija [2]:
1. Stadij psihomotoričkog razvoja (0 – 2. godine)
Ova faza koja traje od rođenja do kraja druge godine života obilježena je razvijanjem refleksa
10

i osnovnih navika te postepenim razvijanjem i podizanjem svijesti o permanentnom
postojanju materijalnih objekata.
2. Predoperacijski stadij ( 2. – 7. godine)
Ova faza kognitivnog razvoja obilježena je nastavkom razvijanja jezika, spajanjem različitih
iskustava u cjelinu i razvijanjem simboličnih igara. Također u ovoj fazi stvara se osoban
svijet, naglašen je egocentrizam i sazvijaju se intuitivne misli i induktivno mišljenje. Zbog
pretjeranog egocentrizma, nema razvijene sposobnosti kauzalnog mišljenja. Isto tako ovu fazu
karakterizira nesposobnost uočavanja vremenskog slijeda uzroka i posljedice, nesposobnost
razmatranja pojave vremenski reverzibilno te nesposobnost za primjenjivanje elementarnih
zakona očuvanja.
3. Stadij razvitka konkretnih operacija (7. – 11. godine)
Sam naziv ove faze određuje činjenica da je stupanj karakteriziran razvojem pravila i
strategija kako bi se objasnio i istražio svijet oko sebe, a konkretne  jer dijete može primijeniti
te strategije na stvari oko sebe. Kod djeteta se pojavljuje mogućnost logičkog razmišljanja i
mogućnost konzervacije na poznatim i konkretnim sadržajima (stvaranje pojmova, uviđanje
odnosa i rješavanje problema). Pojam konzervacije se odnosi na spoznaju o tome da se
kvantitativna svojstva nekog predmeta ne mijenjaju ako se predmetu ništa ne oduzme ili doda,
bez obzira na promjenu vanjskog izgleda.
4. Stadij razvitka formalnih (apstraktnih) operacija (11. – 16. godine)
formuliranje hipoteza i njihova primjena na koncepte, počinje znanstveno razmišljanje.
Razvija se kombinatorno razmišljanje. Ovu fazu karakterizira i početak zanimanja za
budućnost, filozofska pitanja i vrijednosti. Prema istraživanjima kompleksnost mišljenja
mijenja se do 17. godine , a neki se oblici nastavljaju mijenjati  i dalje
Jezik kao sredstvo komunikacije razlog je pretkoncepcijama. Svakodnevni govor je
pojednostavljen zbog jednostavnijeg općeg razumijevanja.  Kao posljedica pojednostavljanja
javlja se korištenje izraza koji nepotpuno ili u potpunosti pogrešno opisuju pojave u fizici.
Jezik koji koristi znanost je precizan. Simboli su jednoznačno određeni, odnose se isključivo
na određene pojave.
U svakodnevnom govoru  na pitanje „Koliko si težak?“dajemo odgovor u kilogramima.
Ovdje vidimo da se pojam težine u svakodnevnom govoru izjednačava s pojmom mase.
Navedimo sada jedan primjer iz razgovora Piageta i  petogodišnje djevojčice imena Julija[18].
Primjer 3. 1.
Tema razgovora je razlog nastajanja vjetra.
Piaget: Kako nastaje vjetar?
Julija: Od stabla.
Piaget: Kako znaš?
Julija: Vidjela sam kako mašu rukama.
Piaget: Kako se tako može napraviti vjetar?
Julija (mašući rukama pred njegovim licem ): Ovako. Samo što su puno veće.
Piaget: A kako nastaje vjetar na moru? (Na moru nema stabala)
Julija: Puše s kraja. Ne rade ga valovi.

11

 U svakodnevnom životu, a pogotovo u nastavi potrebno je kroz razgovor ustanoviti koje
predkoncepcije postoje i zašto do njih dolazi. U raspravi treba pozorno slušati sve argumente i
nastojati dovesti do kontradikcije one koji potječu od miskoncepcija.
Miskoncepcije je također često korišten pojam vezan uz pretkoncepcije. Sam naziv kaže da je
riječ o pogrešnim idejama, a koje su nastale tijekom formalnog učenja fizike kako rezultat
miješanja fizikalnih ideja i intuitivnih ideja.  Svrha je objašnjavanje pojava iz svakodnevnog
života i fizikalnih ideja.  Točne fizikalne ideje iznose se najčešće pred grupom pojedinaca,
kao što je razred, te uglavnom bez potrebnog mentalnog izazova.
Nastavnik ne bi trebao smatrati da  su neke fizikalne ideje koje poučava,  konačna i apsolutna
istina. Ne smatra da je ono što on poučava konačna i apsolutna istina.  U fizici, pa i u drugim
prirodnim znanostima možemo reći jedino da je ta fizikalna ideja najbolji način razmatranja
neke situacije. Općenito, postignuća znanosti  nisu apsolutna već privremena i pogrešiva, ali
trenutno neznače istinu o objektivnom svijetu, i nisu apsolutna, ona su privremena i
pogrešiva, ali daju najboljiprikaz prirodnih pojava i situacija.
Zbog čestog serviranja „apsolutnih“ istina navodimo primjer koji pokazuje znanje, kojeg
nazivamo učenjem na pamet, bez razumijevanja osnovnih pojava i ideja.
Primjer 3.2.
Dijete: ( ponavljajući na glas) Vjetar nastaje zbog razlike u tlaku zraka.
Nasatvnik: Što je to tlak zraka?
Dijete: To je ono što baka i djed mjere oko ruke.
Napomenimo da se pojam pretkoncepcije odnosi na ideje koje nastaju prije početka
formalnog obrazovanja, pojam miskoncepcije se može odnositi na ideje koje pojedinac
zadržava cijeli život i nakon prestanka školovanja.
Pretkoncepcije su  normalni dio razvoja svake osobe.

3. 2 Pretkoncepcije u mehanici

Fizika je velikim dijelom nije intuitivna. Učeničke ideje su često u konfliktu s fizikalnim
teorijama te samim tim predstavljaju zapreku.  Učeničke pretkoncepcije, o kojima smo
govorili u prethodnom potpoglavlju, se mijenjaju i razvijaju tijekom vremena, no zbog
ustrajnosti su problematične za nastavu fizike.  Kao što smo rekli, učenici posjeduju
pretkoncepcije prije učenja fizike, moguće neke i nesvjesno. Oni će se postavljati prema
novom sadržaju u skladu sa svojim pretkoncepcijama, jer sa dijelom sadržaja fizike su se ne
neki način već susreli, ili promatrajući svijet oko sebe, ili kroz priču ili neko iskustvo. Prema
tome, pretkoncepcije koje su „zdravorazumske“ učenici neće jednostavno napustiti u korist
fizikalnih ideja.
Posebnu pozornost edukacijskih istraživanja, zauzimaju pretkoncepcije u mehanici, pogotovo
odnos sile i gibanja.
Dio fizike koji proučava gibanje tijela naziva se mehanika. Mehanika je širok pojam, a može
se odnositi na mehaniku materijalne točke, sustava materijalnih točaka, krutoga tijela,
mehaniku fluida,mehaniku titranja i valova, i drugo. Kao najstarija grana fizike, i znanosti
uopće,mehanika je prvi i vrlo važan korak u shvaćanju prirode.

12

S obzirom na primjene na sustave različitih dimenzija i brzina, mehaniku dijelimo na:
klasičnu, relativističku, kvantnu te relativističku kvantnu mehaniku [23].

Slika 3.1. Podjela mehanike obzirom na brzinu tijela i dimenziju prostora [23]
Dio mehanike kojim se izučavaju gibanja tijela čije brzine nisu prevelike, nitiprostor u kojem
se gibanje događa nije premalo, naziva se klasična mehanika te je to mehanika koju
promatramo u ovom radu.
 Mehanika je bliska svakodnevnom iskustvu iz kojeg proizlazi veliki broj pretkoncepcija.
 Svaki učenik, već kao dijete promatra svijet oko sebe i o onome što vidi donosi zaključke.
Prvo što djeca opažaju, je da se tijela mogu gibati.  Gibanje tijela kao posljedicu
međudjelovanja s okolinom proučava grana mehanike ,dinamika.  Osim samih gibanja ona
razmatra i uzroke tih gibanja [19].
Djeca, kasnije učenici i studenti žele znati uzrok tog gibanja kao što je to i zanimalo brojne
znanstvenike kroz povijest fizike.
Prema rezultatima edukacijskih istraživanja [2,21,22]  neke od najčešćih pretkoncepcija su:
-
Tijelo pamti kružnu putanju.
-
Stalna sila proizvodi gibanje stalnom brzinom, a ne stalnom akceleracijom.
-
Teža tijela padaju brže, jer na njih djeluje jača gravitacijska sila.
-
Na tijelo u mirovanju djeluje samo sila teža ( nema potrebe za silom podloge).
-
Sile kojima dva tijela međudjeluju prilikom sudara nisu jednakog iznosa, već ovise o
brzinama u trenutku sudara.
-
Sile kojima dva tijela međudjeluju prilikom sudara nisu jednakog iznosa, već ovise o
brzinama u trenutku sudara.
-
Jača je ona sila koja izaziva veći učinak.
-
Na loptu koja je bačena uvis djeluje sila prema gore cijelo vrijeme gibanja prema gore,
dok je ne savlada sila gravitacije.
-
Kad je brzina na vrhu putanje nula i sila je nula (sila je vezana uz brzinu, a ne uz
ubrzanje).
-
Jabuka Zemlju privlači puno manjom gravitacijskom silom nego Zemlja jabuku.
-
Kamen ispušten na Mjesecu neće pasti na tlo, nego će ostati lebdjeti, jer u svemiru
nema gravitacije.
13

-
Svako gibanje mora se održavati silom u smjeru gibanja.

Vrlo česta pretkoncepcija ili miskoncepcija je u skladu s aristotelovskim pogledom na
dinamiku o kojem ćemo govoriti u idućem potpoglavlju, a koja govori o toma da silu koju
smo predali tijelu, ono zadržava sve dok se giba. Tim putom sila se “troši” do zaustavljanja
tijela. Ovdje je jasno da je pojam sile zamijenjen pojmom energije.

3. 3 Aristotelov i Newtonov koncept o sili i gibanju

Današnje pretkoncepcije ili miskoncepcije o gibanju i sili zagovarane su i branjene od vodećih
znanstvenika i mislioca prednjutnovskog vremena. Pojmovi putanje i vremena, na kojima se
temelji kinematika su relativno jednostavni za čovjekovo shvaćanje , uzrok gibanja nije tako
očit. Nije ni dovoljno jasno, mora li neko gibanje imati uzrok, ili se ono odvija samo po sebi.
Pitanje o uzroku gibanja zaokupljaloje ljude od davnina.  Antički filozof Aristotel je postavio
nekoliko pravila o uzrocima gibanja tijela i na njima je izgradio cjelovitu teoriju gibanja. U
kasnijim stoljećima pojedine tvrdnje dovedene su u sumnju, a pojedine zamjenjene novim
postavkama, no glavne odrednice njegovog učenja opstale su skoro dva tisućljeća. Napredak
je postignut u prvoj polovini 17. stoljeća kada je Galileo Galilei ipak djelomično odvojio od
Aristotelove fizike. Inovaciju je postigao time što je pažnju usmjerio na ubrzanje, a ne samo
na gibanje. Tako je došao do zaključka da mora postojati uzrok za ubrzanje tijela, ali nažalost
nije povezao uzrok ubrzanja s pojmom sile što je kasnije Isaac Newton napravio u drugoj
polovini 17. stoljeća i izgradio novu cjelovitu teoriju o uzrocima gibanja. U ovom ćemo
potpoglavlju izložiti i tri Newtonova zakona na kojima se temelji cjeloukupna mehanika
[19,20].   Krenimo prvo s Aristotelom.
Aristotel (4 st. pr. Kr.)je  grčki antički filozof i znanstvenik. Bavio se osim fizike, mnogim
znanostimakao što su kemija, biologija, astronomija, retorika.Kao i njegovi prethodnici,
prihvatio je učenje da je Zemlja središte Svijeta te da ona miruje.  Kao zagovaratelj metode
opažanja pojava i stvaranja zaključaka na temelju činjenica, onakvih kakve se one prikazuju u
prirodi, stvorio je teoriju o gibanju tijela u skladu s njegovim intuitivnim iskustvom. Prvi je
sistematički razvio i organizirao koncepte o fizikalnim pojavama jasnim formulacijama.
Kao što smo naveli, gotovo dva tisućljeća se njegovo učenje zadržalo u znanosti.
Miskoncepcije koje učenici ponavljaju često se poistovjećuju s aristotelovskim razmišljenjem
ali i srednjovjekovnim razmišljenjem o impetusu, o kojem ćemo reći nešto kasnije.
Što se tiče sile, Aristotel je usvojio pojam sile koji nastaje iz svakodnevnog iskustva, a svodi
se na djelovanje pokretljivog čimbenika koji može gurati ili vući tijelo [19] ( ključno je
ostvarivanje dodira između tijela i pokretača).
Primjer 3.3.
Pokretljivi čimbenik je najčešće  čovjek ili životinja koji djeluje mišićima. Možemo također i
uvrstiti vjetar koji napinje brodsko jedro te se stoga brod giba ili vjetar koji raznosi lišće.

Aristotel je razdijelio gibanja u dvije skupine .
Prvu skupinu čine sva gibanja kod kojih nema guranja ili vučenja nekog tijela (po njegovu
14

kriteriju, na tijelo ne djeluje nikakva sila, a tijelo se ipak giba) nazvao je prirodna gibanja. U
drugu skupinu koju je nazvao nasilna gibanja  je naveo ostala gibanja koja se odvijaju jedino
uz djelovanje nekog pokretljivog čimbenika koji ostvaruje guranje ili vučenje tijela.
Navedimo sada neke Aristotelove koncepte fizikalnih pojava:
-
Mirovanje je prirodno stanje svih objekata ( ako na tijelo ne djeluje nikakva sila ono
će mirovati, svako gibanje ima uzrok).
-
Uzrok ili sila može biti ili urođena sila ( težnja objekta da traži „prirodno“ mjesto) ili
dodirna sila ( direktan kontakt s živim bićem ili kontak pomoću nekog sredstva).
-
Sila ne može pomaknuti tijelo dok ne prevlada inerciju tog tijela ( svojstveni otpor
tijela = masa, koja za Aristotela nije različita od težine).
-
Potrebno je konstantno djelovanje sile da bi se tijelo neprekidno gibalo ( Sila je
proporcionalna brzinijer pod pojmom sile podrazumijeva samo djelovanje vlastitih
mišića,a a ne i trenje tijela s podlogom).
-
Uzrok povećanja brzine nekog tijela je samo povećanje sile koja djeluje na to tijelo.
-
Neživi objekti ne mogu proizvesti silu ( samo usmjeravanje ili zaustavljanje gibanja).
-
Težina je proporcionalna brzini padanja tijela ( teže tijelo pada brže, proporcionalno
svojoj težini) .
Navedimo neke primjere [19] .
Primjer 3.4.
Kod promatranja morskih brodova, Aristotel je opazio da se brod ne zaustavi neposredno
nakon što veslači podignu vesla. Objašnjenje je bilo da morska voda potiskuje brod još neko
vrijeme, no sve slabije, pa se brod naposljetku zaustavi. Pokretačko djelovanje pripisuje
mediju kroz koje se tijelo giba.
Primjer 3.5.( gibanje projektila)
Bacimo kamen u vis, no on se nastavi gibati i nakon što se odvojio od ruke. Prema
Aristotelovom razmišljanju, kamen je vrsta teškog tijela koji se prirodno giba prema dolje.
Gibanje kamena prema gore je nasilno gibanje, a ulogu pokretača u ovom slučaju ima zrak
kroz koji se kamen giba.  Zamislimo da se zrak kovitla oko bačenog kamena na način da iza
njega nastane razrjeđenje u koje dođe okolni zrak koji potisne kamen prema gore.

Zadnji primjer vodi do prepravljanja Aritotelove teorije u srednjem vijeku i razvitka teorije
impetusa.
Kršćanski grčki filozof Filopon ( 6. st. po. Kr) ukazao je na nelogičnost objašnjenja o gibanju
projektila jer je očigledno da se ispred projektila zrak zgušnjuje i pri tome stvara otpor
gibanju, a ne potiskivanje prema naprijed. Filipon je zamislio da onaj tko baca tijelo na njega
prenese neku „pokretačku silu“ koja održava projektil u gibanju. U 14. stoljeću rektor
Sveučilišta u Parizu Jean Buridan, je uveo u Europi  Filoponovu ideju po kojoj se u projektil
prilikom bacanja nešto utisne, a toj veličini sa dali naziv impetus ( lat.impetus= nastraj,polet)
Ako projektil ima veću brzinu, to znači da ima veći impetus.  Ovo razmišljanje  o impetusu je
često prisutno kod učenika.
U drugoj polovici 17. stoljeća veliki engleski matematičar i fizičar Isaac Newton je
15

sintetizirao dosadašnje spoznaje o gibanjima i osmislio novi pogled na uzroke gibanje, koje je
sve povezao u jednu usklađenu cjelinu koja je potisnula Aristotelovu fiziku.  Na svojoj teoriji
Newton je radio više od dva desetljeća i objavio ju je 1687. godine u djelu Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica (Matematički principi prirodne filozofije) .  Ona započinje
definicijama nekih fizikalnih veličina i postavljanjem tri zakona koji su nužni i dovoljni za
tumačenje svih gibanja i njihovih uzrok. Newton te zakone naziva aksiomima, što znači da su
to činjenice koje se prihvaćaju bez dokaza i smatraju očitima [19,20,23].
Newtonov pojam sile
Sila je vanjsko djelovanje na tijelo, kojim se može promijeniti njegovo stanje, bilo mirovanja
ili jednolikog gibanja po pravcu.
Prvi Newtonov zakon daje odgovor na pitanje: Koje je temeljno stanje gibanja svih tijela?
Prvi Newtonov zakon
Svako tijelo ostaje u stanju mirovanja ili jednolikog gibanja po pravcu, sve dokga vanjske sile
ne prisile da to stanje ne promijeni.
Pojam inercije
Prvi Newtonov zakon nadomjestio je Aristotelovu tvrdnju da postoje tri prirodna gibanja za tri
vrste tijela. Ovim zakonom se uvodi mirovanje ili jednoliko gibanje po pravcu kako novo
prirodno stanje svih tijela. Napomenimo da se filozofski način razmišljanja, da i prirodno
stanje tijela mora imati svoj uzrok, zadržao se i kod Newtona te sve do danas.  Newton je
definirao svojstvo tijela  koje zovemo inercija.
Materiji je urođenos svojstvo odupiranja, koje predstavlja veličinu samu po sebi, te čini da
svako tijelo ustraje u svom stanju, bilo mirovanja ili jednolikog gibanja po pravcu.
Znači, inercija je unutarnje svojstvo tijela koje se opire promjeni stanja mirovanja ili gibanja,
a mjera za tromost tijela je njegova masa.Sustav u kojem vrijedei prvi Newtonov zakon
zovemo Inercijalni referentni sustav (tijelo koje miruje ostati u stanju mirovanja, a tijelo u
gibanju gibat će se jednoliko po pravcu ako na tijelo ne djeluje vanjska sila).
Prvi Newtonov zakon nije moguće pokusom provjeriti, ali najbitnija posljedica tog zakona je
da ako su sile na tijelo u ravnoteži, odnosno ako je ukupna sila na tijelo jednaka nuli, tijelo se
ponaša kao da na njega ne djeluje sila.
Prema ovom zakonu, mirovanje i jednoliko gibanje po pravcu su ravnopravna stanja, što se ne
slaže s intuitivnim razmišljanjem.
Napomenimo da pri definiranju sile  Newton navodi da se sila sastoji u samom djelovanju te
da nakon djelovanja ne ostaje u tijelu. Tijelo se nastavlja gibati isključivo zbog svoje inercije.
Na taj način se poništava teorija impetusa.
Drugi Newtonov zakon  ( temeljni zakon mehanike kojim se veže sila na tijelo s masom
tijela i akceleracijom tijela)
Akceleracija (ubrzanje) tijela posljedica je djelovanja sile na tijelo određene mase.
Akceleracija tijela ima smjer sile i razmjerna je sili, a obrnuto razmjerna masi tijela.
m
F
a
R
→
→
=

Ovim zapisom naglašavamo činjenicu da je akceleracija tijela posljedica djelovanja sile na
16

tijelo, te da ovisi o vanjskom uzroku (sila) i o unutarnjem svojstvu (masa).
U mnogim udžbenicima ovaj zakon je zapisan  izrazom u kojem se sila jednaka produktu
mase tijela i akceleracije tijela pa kažemo da ako tijelo ima akceleraciju, na njega djeluje
ukupna sila jednaka umnošku mase i akceleracije tijela i pišemo
→
→

=
a
m
FR
.
Iz ovog zakona vidimo da sila nije povezana s brzinom, kao što je Aristotel mislio. Učenicima
je  najzahtjevnije shvatiti ovaj koncept da za gibanje konstantnom brzinom nije potrebna
nikakva sila.
Konačno, međudjelovanje dvaju tijela opisano je trećin Newtonovim zakonom.
Treći Newtonov zakon ( zakon akcije i reakcije)
Ako jedno tijelo djeluje na drugo tijelo nekom silom, onda istovremeno drugotijelo djeluje na
prvo tijelo jednakom silom suprotnog smjera.
→
→
−
=
21
12
F
F

Najvažnija učenička pretkoncepcija vezana uz ovaj zakon je da će tijelo veće mase djelovati
većom silom na tijelo manje mase.

3. 4 Intuitivni koncepti o gibanju

U ovom potpoglavlju navodimo popis najčešćih učeničkih pretkoncepcija kojeg su napravili
profesori Sveučilišta u Arizoni [24]. Popis je podijeljen u dvije skupine.
1. Principi gibanja ( miskoncepcije o Newtonovim zakonima gibanja)
Karakteristike intuitivnih opisa gibanja su :
-
Koncept vremenskog intervala i trenutka se ne razlikuje ( trenutak se smatra izrazito
malim intervalom vremena).
-
Prosječna brzina se ne razlikuje od trenutačne brzine ( brzina se definira kao put
podijeljen vremenom).
-
Koncepti akceleracije, brzine i puta se jasno ne razlikuju.
Učenici nisu u mogućnosti intuitivno razumjeti da  ako na tijelo djeluju sile koje su
međusobno u ravnoteži, ono može mirovati ( Ako je tijelo u stanju mirovanja, onda na njega
ne djeluje nijedna sila).
Analogija drugom Newtonovom zakonu (svako gibanje ima uzrok):
-
Gibanje tijela započinje zbog utjecaja vanjske sile na njega ili gravitacije ( svaki
objekt „teži“ prema dolje).
-
Tijelo ( predmet) je u stanju gibanja održavan konstantnim djelovanjem sile ili
gravitacijom na tijelo ili impetusom.
-
Gibanje se može zaustaviti preprekama koje se nađu na putu tijela, svojstvenim
otporom tijela ( masa ili težina) ili otporom sredstva (medija) u kojem se tijelo nalazi.
Intuitivno razmišljanje se u većini slučajeva razilazi s trećim Newtonovim zakonom:
-
Većom silom djeluje tijelo veće mase.
17

-
Prvo tijelo koje uzrokuje gibanje drugog tijela, djeluje na njega većom silom nego što
drugo tijelo djeluje na prvo.
Intuitivne analogije vektorskog zbroja sila:
-
Gibanje određuje veća od dvije međudjelujuće sile (dominacija).
-
Gibanje je određeno kompromisom među međudjelujućim silama ( učeničke ideje u
ovom segmentu su vrlo nejasne i uključuju često impetus).
2. Utjecaji na gibanje
Primijenjena sila je neka vrsta guranja ili povlačenja koju vrši posrednik u direktnom kontaktu
s objektom. Efekti takve sile učestalo se opisuju sljedećim uzrocima:
-
Težina se ne razlikuje od mase. (  sila ne može pomaknuti tijelo ako nije veća od
težine tijela – unutarnji otpor).
-
Konstantno gibanje uzrokuje konstantna sila (
v
m
F

=
).
-
Prilikom povećanja sile nastaje akceleracija.
-
postoje ograničenja konstantne sile koja ovise o veličini sile ( sila se može potrošiti pri
gibanju ili zbog međudjelovanja s posrednikom te sila ubrzava objekt do kritične
brzine koja je razmjerna samoj sili).
Impetus održava gibanje tijela neovisno o silama (vanjskim utjecajima) ( gibanje nekog tijela
se opisuje postojanjem sile u smjeru gibanja tog tijela).
 I zadanja miskoncepcija je da je gravitacija  težnja tijela da padaju prema dolje ( gravitacija u
ovom smislu nekad nije ni sila).
Svojstvo intuitivnosti karakterizira Aristotelovu fiziku, dok Newtonova fizika nije intuitivna.
Tradicionalnom nastavom, koja je i dalje najraširenija iako dolazi do pomaka u novije
vrijeme,  gotovo je i nemoguće iskorijeniti učeničke pretkoncepcije. Učenic, a tako i studenti
kod promatranja problema o gibanju ( izsvakodnevnog života) vrlo često koriste intuitivni
način razmišljanja bez obzira na znanja Newtonove fizike. Oni  znaju nabrojati zakone,
zapisati  formule, imaju dovoljno matematičkog znanja, ali kod ovakvih kvalitativnih
problemskih situacija nema potrebe za računanjem već se trebaju iznjeti zaključci na temelju
promatranja danog problema. Ustaljen način ispitivanja i provjeravanja znanja ( klasični
testovi, usmeni i pismeni) nije dovoljan kako bi se utvrdilo je li učenik uistinu usvojio
Newtonove koncepte. U današnje vrijeme postoje razni testovi namjenjeni identificiranju
učeničkih pretkoncepcija. To su testovi višestrukog izbora u kojima je samo jedan odgovor
točan. Pogrešni odgovori su  birani tako da karakteriziraju ustaljene učeničke pretkoncepcije.
Takve testove nazivamo konceptualnim testovima, a o njima ćemo govoriti u kasnijem
poglavlju.

18

4 Osnovni koncepti mehanike u
programu nastave osnovnih i
srednjih škola u Hrvatskoj i Sloveniji

U ovom poglavlju osvrnit ćemo se na nastavne programe za osnovne škole i gimnazije iz
fizike u Hrvatskoj i Sloveniji, u kojima se obrađuju osnovni koncepti mehanike.
Već početkom 20. stoljeća postavljaju se zahtjevi za reformom školstva i nastavnih
programa[2].  Postavljeni su sljedeći zahtjevi:
-
nastava prirodnih znanosti je bezvrijedna ako se ne temelji na promatranju i
eksperimentu
-
fiziku u nastavi ne treba smatrati primijenjenom matematikom negom prirodnom
znanošću
-
potrebne su organizirane vježbe u promatranju i eksperimentiranju u nastavi fizike.
Premda, su ovi zahtjevi doneseni prije više od jednog stoljeća, eksperimentiranje u nastavi
fizike i dalje predstavlja problem.
Sredinom 20. stoljeća u Parizu  se održava Europska konferencija o problemima nastave.
Na navedenoj konferenciji usuglašeno je sljedeće:
-
nastavne programe pojedinih prirodnih znanosti treba pojednostavniti te ih međusobno
povezati
-
prirodne znanosti treba učiti tijekom cijelog školovanja
-
prirodne znanosti imaju veliko odgojno značenje ( obrazovan čovjek posjeduje
elementarna znanja prirodnih znanosti)
-
treba postojati ravnoteža između praktične primjene znanosti i teoretskog obrazovanja
-
bitan je psihološki i fizički razvoj učenika kao pojedinca.

Suvremeno školstvo je podložno stalnim promjenama ovisno o društvenim, znanstvenim i
tehnološkim promjenama. Kada govorimo o obrazovanju, ne možemo zaobići pojam
kurikuluma.
Kurikulum (lat.curriculum= tijek) je precizan sustav planiranog odgoja i obrazovanja, te
planirana interakcija učenika s nastavnim sadržajima, nastavnikom i medijima u procesu
ostvarivanja odgojno – obrazovnih ciljeva[30].
Nastavni planovi i program nekog predmeta su dio kurikuluma.  Riječi kurikulum,
pridodajemo i atribut nacionalni.
Nacionalni je zato što se donosi usuglašeno na nacionalnoj razini, uvažavajući mišljenja
društvenih, kulturnih, gospodarskih čimbenika, znanstvene i stručne javnosti, kao i samih
građana. Stoga obvezuje sve sudionike tijekom primjene na djelovanje u skladu s
vrijednostima i ciljevima donesenima ovim dokumentom [30].

19

Pogledajmo prvo dijelove nastavnog plana i programa iz fizike za osnovnu i srednju školu u
Hrvatskoj.
Osnovna škola
Nastavni plan i program za osnovnu školu koji je i dalje važeći, donesen je 2006. godine [10].
Riječ je o Hrvatskom nacionalnim obrazovnim standardom (HNOS) kojim je uveden novi
pristup poučavanja u osnovnoj školi, usmjeren na učenika umjesto na sadržaj. Ovim
dokumentom ostvareno je primjerenije umijeće poučavanja, a istodobno je postignuta i ciljna
ujednačenost s predškolskom i visokoškolskom razinom hrvatskog odgojno-obrazovonog
sustava. Fizika je obavezan predmet zadnje dvije godine osnovnoškolskog obrazovanja,
točnije nastava fizike provodi se u 7. i 8. razredu. Satnica nastave fizike je dva puta tjedno, što
čini najmanje 70 sati godišnje.  Školski sat traje 45 minuta.
U sklopu nastave fizike 7. razreda koja obuhvaća obrađivanje ukupno 25. obaveznih
tema,koncept
sile
kao međudjelovanje,možemo
naći u drugoj nastavnoj
cjelini
Međudjelovanje tijela,koji se obrađuje dva nastavna sata. Nakon upoznavanja učenika s
pojmom sile učenici se upoznaju s elastičnom silom mi mjerenjem sile (2 sata), zatim silom
težom i težinom tijela (2 sata) . a pri kraju cjeline s silom trenja (3 sata).  Napomenimo da se u
prvoj cjelini Tijela i tvari učenici upoznaju s pojmom mase.

Tema
Ključni pojmovi
Obrazovna postignuća
8.  Sila
međudjelovanje,
sila,
vektor.
prepoznati i opisati međudjelovanja i  učinke
sile u prirodi;
opisati način na koji djeluje sila  teža,
električna i magnetska sila- na daljinu i
dodirom;
nacrtati i objasniti silu kao vektor.
9. Elastična sila i
mjerenje
elastična
sila,produženje,
njutn(newton), N.

objasniti razmjernost produæenja opruge i
sile koja djeluje na nju;
nacrtati graf ovisnosti produženja o sili -
pravac iz ishodišta koordinatnog sustava;
izmjeriti silu dinamometrom.
10. Sila teža
sila teža,
 težina.
opisati i razlikovati silu težu (kojom Zemlja
djeluje na tijelo) i težinu (kojom tijelo djeluje
na podlogu ili ovjes); primijeniti znanje o sili
teži i težini u jednostavnim problemskim
zadatcima.
11. Trenje
sila trenja,
faktor trenja,
težina (pritisna sila).
prepoznati silu trenja na primjerima iz života;
objasniti utjecaj sile trenja na gibanje tijela;
povezati faktor trenja s kakvoćom dodirnih
ploha (podloge i tijela na podlozi); izmjeriti i
izračunati silu trenja.
Tablica 4.1. Izvod iz Nastavnog plana i programa za osnovnu školu, 7. razred [10]

20

Učenici se tek u 8. razredu u drugom polugodištu nakon obrađivanja pojmova iz
elektrotehnike susreću s konceptom sile i gibanja u cjelini Gibanje i sila. Tijekom školske
godine učenici bi trebali raspolagati osnovinim znanjem iz ukupno 28 tema predviđenim
HNOS-om.   Na početku cjeline učenici se upoznaju s pojmovima kao šro su put, vremenski
interval i brzina. Zatim dijele gibanje na jednoliko i nejednoliko gibanje. Iduća tema, točnije
17. tema donosi pojam akceleracije, a nakon toga 18. tema je jednoliko ubrzano gibanje ( tu se
samo navodi primjer slobodnog pada, ali se ne razlaže).   U sljedećoj tablici prikazujemo 19.
temu te njene ključne pojmove i obrazovna postignuća koja su nam zanimjiva u ovom radu.

Tema
Ključni pojmovi
Obrazovna postignuća
19.  Sila i gibanje
masa,
sila,
promjena brzine
djelovanjem silom.
objasniti kvalitativno temeljni zakon gibanja:
ako je ukupna (rezultanta) sila na tijelo
različita od nule, ona tijelu daje akceleraciju
(tijelo se giba ubrzano).
Tablica 4.2. Izvod iz Nastavnog plana i programa osnovne škole, 8. razred [10]

Ovu nastavnu temu predviđeno je obrađivati 2 školska sata. U sklopu ove teme učenci
iskazuju drugi Newtonov zakon, kao temeljni zakon gibanja, riječima i formulom te ga
primjenjuju pri rješavanju zadataka.  Učenici se tek detaljnije upoznaju s Newtonovim
zakonima u srednjoj školi [28].  Nakon obrade ove teme učenik Newtonov zakon treba
primijeniti na zadatke u kojima samo treba uvrstiti veličine u formulu, a na taj način ne
možemo vidjeti je li učenik istinski usvojio i razumio drugi Newtonov zakon.
Prelazimo sada na srednje škole, od kojih razmatramo isključivo gimnazije s naglaskom na
opće gimnazije.
Srednja škola
Sada ćemo prezentirati dijelove  Nastavnog plana i programa za gimnazije[11]koji je na snazi
od 1994. godine.
Nastava fizike je obavezni predmet u svim gimnazijama, uz manje razlike u satnici ovisno o
tome je li riječ o općoj te klasičnoj gimnaziji, jezičnoj gimnaziji ili prirodoslovno-
matematičkoj gimnaziji.
Gimnazija

razredi
Opća

1. 2. 3. 4.

Klasična

1. 2. 3. 4.

Jezična

1. 2. 3. 4.

Prirodoslovno-
matematička
1. 2. 3. 4.

FIZIKA
2
2
2
2

2
2
2
2

2 2 2* 2*

3
3
3
3

Tablica 4.3. Iz nastavnog programa za gimnazije [11]
Napomenimo da se u jezičnoj gimnaziji, umjesto dijela fizike može birati prošireni program
stranih jezika.
Gimnazijama su ponuđena dva potpuno ravnopravna programa fizike, označena kao A i B
inačice, a škole će odabrati inačicu koja je u skladu s njihovima posebnostima, uvjetima rada i
sredinom u kojoj djeluju. Neke sate će izabrati nastavnici ovisno o vrsti gimnazije i broju
nastavnih sati tjedno, uz uvažavanje novih naraštaja. Na taj način dana je mogućnost
individualizacije nastave i otvorena je u izvedbenom programu, kao bi svaka škola razvijala
21

svojstveni identitet i samim time ugled. Programi se nastavljaju na program fizike iz osnovne
škole i osim općeobrazovnih ciljeva, nastoje pripremiti učenike za nastavak obrazovanja u
prirodnim znanostima i tehnici.
Inačica B programa fizike je namijenjena gimnazijama općeg smjera, kao i drugim
gimnazijskim smjerovima u kojima se fizika izvodi 2 sata tjedno u sve četiri godine.  Izmjene
za prirodoslovno- matematičku gimnaziju se odnose na produbljivanje sadržaja i više
eksperimentalnog rada.
Osnovne koncepte Newtonove fizike – razradu tri Newtonova zakona možemo pronaći u
programu  prvog razreda gimnazije, a u nadolazećoj tablici navodimo popis tema i ukratko
sadržaje. Sam početak nastave fizike u 1. razredu srednje školezapočinje s kinematikom, a
zatim cjelinom Sila i gibanje.
Tema
Sadržaji
1.4. – 1.5. Newtonovi zakoni
gibanja ( prvi i drugi)
Povijesni problemi u svezi s gibanje.
Doprinos Galileia stvaranju nove fizike.
Uloga Newtona i njegovih sljedbenika. Prvi Newtonov zakon,
novi odabir referentne situacije, inercijski referentni sustav.
Drugi Newtonov zakon, F=ma, promatran kao funkcionalna
veza između operativno mjerljivih veličina, F,m i a, koja se
dobije pokusom.
Značenje Newtonovih zakona za razvoj mehanike.
1.6.  Slobodni pad
 Povijesne predrasude u vezi sa slobodnim padom. Razlika u
viđenju situacije između Galilei i prethodnika aristotelovske
škole. Rješavanje problema u razredu: a) pokusom,
 b) Galileievim misaonim pokusom, c) primjenom 2.
Newtonovog zakona.
 Sila teža. Težina tijela.
1.8.  Količina gibanja.
Zakon očuvanja količine
gibanja.
Impuls sile i količina gibanja. Zakon očuvanja količine
gibanja kao posljedica 2. Newtonovog zakona.
( 2. N.Z. je izvorno definiran preko količine gibanja [19])
1.9.  Treći Newtonov zakon-
zakon akcije i reakcije
Razmatranje međudjelovanja dvaju tijela, izoliranih od
okoline, u konkretnom pokusu.
 Primjenom 2. Newtonovog zakona konstruirati 3.
Newtonov zakon.
 Uočiti da akcija i reakcija ne djeluju na isto tijelo, već djeluju
na različita tijela.
 Problemi s pasivnim silama (sila trenja...). Na primjerima
razraditi dijagrame sila koje djeluju na tijelo, uz nazočnost i
pasivnih sila.
Tablica 4.4. Izvod iz Nastavnog programa fizike za gimnazije, 1.  razred [11]
Vezano za temu 1.6. većina učenika ima intuitivnu ideju o slobodnom padu, koja je bliža
aristotelovskom nego njutunovskom viđenju situacije.  U sklopu navedene cjeline učenici
22

također uče rastavljati sile na sastavnice te jednoliko gibanje po kružnici.
Broj sati predviđenih za pojedine sadržaje okvirno je zadan programom, tako da imamo 20
tema. Prema tadašnjem dogovoru, svaka tema bi se obrađivala tjedan dana, a 15 tjedana bi se
potrošilo dijelom na uvježbavanje, a dijelom na ispitivanje i ocjenjivanje. Takav dogovor je
bio standardan za tradicionalnu nastavu.  No, ako se nastava izvodi interaktivno, kako se
predlaže, onda je na ispitivanje potrebno manje utrošenog vremena (manje od 10 sati ukupno)
[28]. Prvi i drugi Newtonov zakon bitni su sadržaji na kojima se temelji
cjelokupnanewtonovska mehanika. Za njihovu su obradu kao što vidimo u tablici 4.4.
programom predviđene dvije teme, što je više nego dovoljno. Kao što smo prethodno iz
tablice 4.2. i 4.3. vidjeli svi Newtonovi zakoni gibanja ne nalaze se u osnovnoškolskom
programu fizike od unutarnje reforme 1984. U osnovnoj školi uvodi se pojam sile za statički
slučaj i to pomoću fenomenološki uvedenog pojma težine. Potom se proučava rastezanje
opruge i time se uvodi dinamometar, koji u nekim daljnjim situacijama služi kao instrument
za mjerenje sile.
Obrazovna reforma Škola za život
U Hrvatskoj 2018./2019. školske godine započela je provedba obrazovne reforme Škola za
život u 74 osnovne i srednje škole koje su te godine uključene u eksperimentalni program.
Eksperimentalni program za nastavu fizike  provodio se u 7. razredu osnovne škole, a u
srednjim školama u 1. razredu gimnazije.  Nakon proteklih osam mjeseci edukacije
nastavnika i stručnih suradnika eksperimentalnog programa, obrazovna će reforma od školske
godine 2019./2020. uključuje sve osnovne i srednje škole [29].
Sadržaj predmeta fizike  za 7. razred sada je podijeljen na domene- ključne koncepte koji se
prepoznaju u svakoj cjelini i temi. Domene su izabrane tako da se preklapaju s domenama
prirodoslovlja. U fizici to su: Struktura tvari (A), Međudjelovanja (B), Gibanje (C) i Energija
(D). Ovakav se izbor domena ne temelji na uobičajenoj tematskoj podjeli fizike na mehaniku,
termodinamiku, elektromagnetizam i  valove [26].  Novim Kurikulumom za nastavni predmet
fizike za osnovne škole i gimnazije [25] , za 7. razred propisano je 11 odgojno- obrazovnih
ishoda koje je potrebno ostvariti. U samim sadržajima nema velikih promjena, osim što je
obavezno izvođenje 5 istraživanja pojava i dan je popis tema i pribora na izbor [26].

Slika 4.1. Grafički prikaz organizacije kurikuluma predmeta fizika [25]
23

Ovaj kurikulum kao i ostali suvremeni kurikulumi koriste jednu od najpoznatijih taksonomija
obrazovnih ciljeva,  a to je Bloomova taksonomija,  koju je 1956. osmislio američki psiholog
Benjamin Bloom sa suradnicima.Bloomova taksonomija nudi jasan, učinkovit i jednostavan
model za objašnjavanje i stupnjevanje ciljeva i ishoda učenja, za oblikovanje metoda
poučavanja i za vrednovanje rezultata poučavanja. Okvir koji je izradio Bloom i suradnici
sastojao se od tri područja koja se odnose na razvoj učeničke osobnosti: kognitivno (misliti),
afektivno (osjećati) i psihomotoričko (činiti). Područja se kategoriziraju u šest glavnih razina:
znanje, razumijevanje, primjena, analiza, sinteza i evaluacija. Izvorna Bloomova taksnomija
se odnosi na kognitivno područje. Afektivno područje je objavljeno 1964. godine te je ostalo
neizmjenjeno, a psihomotorno područje objavili su drugi autori autori ( R.H. Dave 1970., E.J.
Simpson  1972. i A. Harrow 1972. godine) [29].
Što se tiče srednje škole i reforme koja se od nadolazeće školske godine provodi u 1. razredu
gimnazije za fiziku, promjena koja će nastati odnosi se na kurikulumski pristup nastavi.
Sadržaji više ne bi trebali biti u fokusu, već učenikova postignuća. Kao i za osnovnu školu
svaki nastavnik samostalno radi godišnji nastavni plan i program s tim da su odgojno-
obrazovni ishodi zadani Kurikulumom [25]. Nastavne teme na kojima se ishodi ostvaruju i
broj sati određuje svaki nastavnik.  Novost je da tijekom realizacije godišnjeg kurikuluma
nastavnik izvodi 5 istraživanja fizičkih pojava po vlastitom izboru  u općim ili klasičnim
gimnazijama, a 10 istraživanja je potrebno provesti u prirodoslovno-matematičkim
gimnazijama.  Navedimo sada u tablici zadane odgojno- obrazovne ishode za 1. razred
gimnazije, koji uključuju Newtonove zakone.

1.2. Primjenjuje I. Newtonov zakon
Odgojno - obrazovni ishodi
1.3. Primjenjuje II. Newtonov zakon

1.4. Primjenjuje III. Newtonov zakon i zakon
očuvanja količine gibanja
Tablica 4.5. Izvod iz Kurikuluma za nastavni predmet fizike za osnovne škole i gimnazije, 1. razred gimnazije
[25]

Pogledajmo sada zastupljenost osnovnih koncepata mehanike u osnovnoškolskom i
srednjoškolskom obrazovanju u Sloveniji, na temelju Učnog nacrta za pouk fizike v
gimnaziji(2008) [8] teUčnog nacrta za pouk fizike v osnovni šoli(2011)[7] koji je nastao na
temelju izmjene nacrta iz 1998. godine.
Osnovna škola
Naglasimo prvo da se nastava fizike u osnovnoj školi u Sloveniji održava u 8. i 9. razredu. U
8. razredu u nastavnoj godini obuhvaća 70 sati, dok u 9. razredu ima 64 sata [7].
Učni nacrt fizike se nastavlja na predmet Prirodoslovlje u kojem su sadržani elementi fizike.
Odmah uočavamo razliku da u hrvatskom  predmetniku za osnovnu školu prirodoslovlje ne
postoji.   Nadalje u predmetniku osnovne škole navedeni su i  prirodoslovni dani i tehnički
dani, koji daju prostora praktičnoj primjeni  naučenog i međupredmetnom povezivanju.
 U sljedećoj tablici navedimo predlagani rednastavnih tema i broj sati koji je potreban za
obradu nastavnih sadržaja.

24

8. razred
broj sati
9. razred
broj sati
1. Uvod u fiziku
5
Ubrzano gibanje i 2. Newtonov zakon
7
2.  Svjetlost
7
Rad i energija
8
3.  Svemir
4
Toplina i unutarnja energija
9
4.  Jednoliko gibanje
6
Električni tok
15
5. Sile
10
Magnetna sila
2
6. Gustoća, tlak i uzgon
11
Fizika i okoliš
2
Tablica 4.6. Predloženi redoslijed tema i planirani broj sati obrade [7]

Iz tablice 4.6. vidimo da su u 8. razredu raspoređena 43 sata od ukupno 70 sati, a u 9. razredu
43 sata od ukupno 64 sata. Neraspoređeni satovi su namjenjeni ponavljanju i utvrđivanju te
provjeravanju i ocjenjivanju znanja te dosezanju izbornih operativnih ciljeva, koje određuje
nastavnik. Zapisani broj sati i redosliijed tema nije obavezujući.
Ako bismo se pridržavali danog rasporeda, sa konceptom sile se susrećemo pri kraju 8.
razreda, a drugim Newtonovim zakonom na samom početku 9. razreda.
Pod temom Sila imamo ukupno 11 sadržaja te za svaki sadržaj su dani operativni ciljevi.  U
toku obrade same teme imamo četiri cilja koja se dostižu eksperimentalnim radom u okviru
samog predmeta, na redovnoj nastavi, ali u međupredmetnim povezivanjima ili kao projektno
djelo učenika [7].
U 9. razredu na samom početku nastave u sklopu teme Ubrzano gibanje i 2. Newtonov zakon
imamo ukupno sedam sadržaja te su također za svaki dani operativni ciljevi.  Iz operativnih
ciljeva možemo isčitati da su tri cilja predviđena eksperimentalnim radom.
Kao i u hrvatskom osnovnim školama primjećujemo da nisu obuhvaćeni svi Newtonovi
zakoni te da su oni na redu u srednjoj školi.
Srednja škola
Učni nacrt za pouk fizike v gimnaziji [8] na koji se referiramo nastao je 2008. godine na
temelju izmjena iz 2000.godine. Naglasimo, kako ćemo ovdje pod pojmom gimnazija
promatrati isključivo opće gimnazije.
Fizika je obavezni predmet u gimnaziji te joj je satnica ukupno 210 sati, što znači da je
obavezni predmet prve tri godine jer se nastava odvija dva puta tjedno. Znači, učenici bi po
završetku 3. razreda trebali steći sve predviđene kompetence. Kao izborni predmet može imati
satnicu 35/70/105 sati. Što se tiče fizike kako izbornog predmeta, gimnazijski program
ostavlja izbor na razini škole i učenika.  Škola može u okviru izbornih sati, koje su
namjenjene izbornim predmetima već u 3. razredu  ponuditi učenicima takvu nastavu. Stoga
ako ih bude zanimalo prirodoslovlje i tehnika, mogu izabrati fiziku kao izborni predmet. U
zadnjem razredu, nastava fizike  se provodi kao program pripreme za mature iz fizike ( 105+
35 sati), koji biraju učenici koji polažu fiziku na maturi, ali  mogu ga izabrati i ostali učenici.
Raspored 140 sati fizike (za mature) u 4. razredu je sljedeći [8]:
-
70 sati ponavljanje posebnih znanja ( Ovisno o interesu učenika izabere se najmanje
dva ili tri poglavlja od pet osnovnih poglavlja fizike – mehanika, toplina,
elektromagnetizam, njihanje s valovima i optikom, moderna fizika;
25

-
20 sati eksperimentalne vježbe učenika ( dijele se u skupine, najviše 17 učenika);
-
35 sati utvrđivanje i ponavljanje;
-
15 sati provjeravanje, ocjenjivanje, analize pisanih ispita, zaključivanje ocjena.
U ovom dijelu možemo primijetiti da se obrazovni program razlikuju u većoj mjeri.
U sljedećoj tablici navedimo teme koje se obrađuju na redovnoj i izbornoj nastavi gdje su
kratice SZ – opća znanja, a IV – izborne teme, a EV – eksperimetnalne vježbe.

Teme
Satnica
1. Mjerenje, fizikalne veličine i jedinice
5 SZ  i 3 EV
2. Pravocrtno i krivoctno gibanje
7 SZ i 3 EV
3. Sila i zakretni moment
6 SZ i 2 EV
4. Newtonovi zakoni i gravitacija
5 SZ  i 2 EV
5. Zakon o količini gibanja
IV
6. Zakon o rotacijskoj količini
IV
7. Rad i energija
7 SZ
8. Fluidi
IV
9. Struktura materije i temperatura
5 SZ i 2 EV
10. Unutarnja energija i toplina
7 SZ i 2 EV
11. Električni naboj i električno polje
4 SZ
12. Električni tok
4 SZ i 4 EV
13. Magnetsko polje
4 SZ
14. Indukcija
5 SZ i 2 EV
15. Njihanje
5 SZ i 4 EV
16. Valovi
7 SZ i 4 EV
17. Svjetlost
6 SZ i 2 EV
18. Atom
4 SZ
19.  Poluvodiči
IV
20. Atomska jezgra
5 SZ
21. Astronomija
3 SZ
22. Teorija relativnosti
IV
Tablica 4.7. Popis nastavnih tema [8]
Ove teme su predviđene da se obrađuju na način 70 sati od svake školske godine ( ukupno 3
redovne nastave) organiziramo na sljedeći način:
-
30 sati obrada osnovnih znanja ( temeljna procesna znanja);
-
15 sati obrade tema po izboru nastavnika
-
10 sati eksperimentalne vježbe učenika ( najviše 17 učenika);
-
15 sati provjeravanje, ocjenjivanje, analize pisanih ispita, zaključivanje ocjena.
Iz tablice 4.7. vidimo da  se koncepti Newtonove mehanike obrađuju u 1. razredu ted a nema
veće rezlike između sadržaja u obje zemlje.
26

Postavimo pitanje Koji nastavni program fizike za osnovnu i srednju školu je bolji ?
Teško je odgovoriti.  Jedan i drugi program imaju svoje prednosti, ali također i nedostatke
koji će se ispravljati budućim programima i kurikulumima prateći trendove razvoja društva i
rezultate edukacijskih istraživanja koja za cilj imaju unaprijeđenje kvalitete obrazovanja iz
određenog područja. Potrebno je napomenuti kako udžbenici fizike, iako se postepeno
mijenjaju i dalje sadrže brojne zadatke kojima se ispituje samo matematičko operativno
znanje učenika, a ne razumijevanje koncepata.
U međunarodnom kontekstu, vanjske procjene znanja i vještina omogućuju usporedbe koje se
u svijetu prihvaćaju kao pokazatelji kvalitete nacionalnog obrazovanja.
Jedno od međunarodnih istraživanja je i TIMSS [32, 35]
Istraživanje TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)je međunarodno
istraživanje trendova u znanju matematike i prirodoslovlja koje se provodi u sklopu
organizacije IEA (International Association for the Evaluation of Educational Achievement –
Međunarodno udruženje za vrednovanje obrazovnih postignuća).   Posljednjih 50 godina više
od 60 zemalja postalo je članicom IEA. Istraživanje TIMSS iz matematike i prirodoslovlja
temelji se na trima sadržajnim domenama za svako područje te na trima kognitivnim
domenama.  U prirodoslovlju se između ostalog ispituje i domena fizičkih znanosti. U
provedbi ispitivanja učenici rješavaju ispitne knjižice koje se sastoje od zadataka iz svake od
triju sadržajnih domena za svako područje, a svakim se zadatkom ispituje i jedna od triju
kognitivnih domena: činjenično znanje, primjena znanja ili zaključivanje. Istraživanje TIMSS
osim ispitnih knjižica primjenjuje i upitnike za učenike, roditelje, učitelje i ravnatelje, kojima
se prikupljaju podatci o sredstvima za učenje kod kuće, školskome okruženju, metodama
poučavanja, kurikulumu, školskoj i razrednoj klimi pogodnoj za učenje i općim
socioekonomskim pokazateljima. Na sljedećoj slici navodimo stav učenika 8. razreda
N=4600) iz Slovenije o učenju prirodoslovlja među kojima jedan stupac predstavlja i fiziku.

Slika 4.2. stav učenika o poučavanju prirodoslovlja [35]
27

Možemo primijetiti da  čak 41% učenika  ne razumije razlaganje učitelja fizike te da njih 40%
ne smatra d aim učitelj za rad daje zanimljive stvari !
Godine 2015. [32,35] u istraživanju sudjelovalo je više od 580 000 učenika iz 57 država i 7
referentnih. I Republika Slovenija i Hrvatska su bile uključene u istraživanje. U Hrvatskoj su
istraživanju pristupili samo učenici 4. razreda osnovne škole, dok su u Sloveniji bili
zastupljeni i učenici 8. razreda te maturanti.
Rezutati su pokazali da su učenici 8. razreda iz Slovenija u području prirodoslovlja zauzeli
visoko 5. mjesto od ukupno 39 mjesta. Ti rezultati su bili uspješniji nego  2011. godine.
Netko može reći da je to slučajnost, ali nije jer rezultati PISA testova također pokazuju dobre
rezultate slovenskih učenika.
PISA (Programme for International Student Assessment) [33], odnosno Međunarodni
program za procjenu znanja i vještina učenika, najveće je svjetsko obrazovno istraživanje
koje Organizacija za ekonomsku suradnju i razvoj (OECD) provodi od 1997. godine u
zemljama članicama OECD-a i partnerskim zemljama, s ciljem prikupljanja međunarodno
usporedivih podataka o znanju i vještinama petnaestogodišnjih učenika. Odabrana je dob od
petnaest godina jer u većini zemalja učenici te dobi završavaju obvezno obrazovanje pa se želi
ispitati u kojoj su mjeri pripremljeni za uspješno i aktivno sudjelovanje u današnjem društvu.
Godine 2015. sudjelovale su 72 zemlje, a ukupno je testirano 540 000 učenika.
U području prirodoslovne pismenosti najbolji prosječni rezultat na ukupnoj skali postigao je
Singapur (556 bodova), a slijede ga Japan (538 bodova) i Estonija (534 boda), Finska (531
bod) i Slovenija (513 bodova). Hrvatska je s 475 bodova postigla ispod prosječni rezultat i
nalazi se na 37. mjestu [33,35].

28

5 Konceptualni testovi

Po revidiranoj Bloomovoj taksonomiji, možemo razlikovati dimenzije znanja u fizici [29,40],
koje prikazujemo na sljedećem prikazu.

Slika 5.1. Dimenzije znanja [40]
Konceptualnim testovima provjeravamo konceptualno znanje, konceptualno razumijevanje
fizike te pojmova pomoću kojih interpretiramo pojave i izražavamo zakonitosti određenog
područja fizike, ali isto tako važno je i činjenično znanje.
Odlika interaktivne nastave je aktivno učenje, prilikom kojeg važnu ulogu zauzimaju
konceptualna pitanja, važna za razvoj razumijevanja logičkih koncepata u nastavnoj cjelini  i
za razvoj sposobnosti zaključivanja učenika.
Istraživanjem konceptualnog razumijevanja fizike dobiva se uvid o načinu razmišljanja
ispitanika. Takvim istraživanjima dolazimo do novih ideja vezanih uz određeno područje
fizike koje ispitanici ( u našem slučaju učenici te studenti) smatraju prikladnima za opisivanje
pojava koje primjećuju. Na taj način dobivamo uvid o iskustvu koje posjeduju i primjenjuju.
Dok tradicionalna nastava, odbija zanemaruje postojanje učeničkih pretkoncepcija, suvremena
interaktivna nastava ( konstruktivistička nastava) ih nastoji otkriti i razjasniti te otkloniti.
Osamdesetih godina prošlog stoljeća, dolazi do „revolucije“  edukacijskih istraživanja na
temelju kojih se od intervjua i pitanja otvorenog tipa formiraju testovi s već ponuđenim
odgovorima. Među ponuđene odgovore uvrštavaju se najučestalije učeničke pretkoncepcije
koje ne ovise o kulturi, uzrastu ili spolu učenika.  Takvi testovi su konceptualni testovi.
Konceptualni test kao instrument u metodici nastave može mjeriti [39]:
1. Najčešće pretkoncepcije
Kada dovoljan broj učenika riješi određeni konceptualni test, analizom sakupljenih rezultata,
mogu se otkriti najčešće učeničke miskoncepcije . Konceptualni test ima kvalitativnu i
kvantitativnu komponentu – mjeri koje su miskoncepcije prisutne kod učenika te koliko
učenika ili studenata, zastupa svaku od tih pretkoncepcija.
2. Uspješnost izvođenja nastave
Testiranjem učenika prije početka nastave određenog predmeta i nakon obrađenih nastavnih
29

sadržaja, korištenjem istog konceptualnog testa i uspoređujući rezultate, nastavnik može
procijeniti u kojoj mjeri se promijenilo konceptualno razumijevanje učenika te  jesu li
uspješno ostvareni predviđeni odgojno-obrazovni ishodi.
Na sličan način može se usporediti uspješnost određene obrazovne reforme ( eksperimetnalna
i kontrolna grupa) . Ako bismo provjeravali uspješnost nastave mehanike, dovoljno je provesti
samo posttest jer je utvrđeno da su  rezultati predtesta govoro identični na velikom broju
ispitanika [6, 12, 39].  Ukoliko je nastava bila kvalitetna, post-test rezultat će biti visok
nezavisno od početnog znanja učenika, uzimajući u obzir prirodu konceptualnog testa ( kod
FCI testa veliki napredak je moguć).  Bitno je napomenuti, da  ukoliko komentiramo
konkretna pitanja u okviru nastave, rezultat ne možemo koristiti za evaluaciju nastavnog
procesa, jer je učenici mogu na temelju prisjećanja zaokruživati točne odgovore bez stvarnog
razumijevanja.
3. Predznanje učenika
Nastavnik može test upotijebiti  za procjenu predznanja učenika te na taj način može uvidjeti
poteškoće kod razumijevanja određenog sadržaja, kako bi mogao u nastavnom procesu
određenim sadržajima posvetiti više vremena.
Rezultati konceptualnih testova su dobar pokazatelj znanja učenika jedino ako su ti testovi
pouzdani i valjani. Samo takvi testovi se mogu koristiti u edukacijskim istraživanjima.
Da bi test bio pogodan mjerni instrument nekog istraživanja, mora zadovoljavati sljedeće
uvjete [39] :
1. Valjanost
Test treba mjeriti za ono što je namijenjen. Konceptualni test treba mjeriti konceptualno
znanje određenog područja, a ne inteligenciju.
2. Pouzdanost
Ako učenik ima odlično konceptualno znanje trebao bi imati i visoki učinak na testu. Zbog
toga se provjerava korelacija rezultata testova sa konačnom ocjenom. Ako postoji jasna
korelacija između konačne ocjene učenika ( za koju pretpostavljamo da je odraz realnog
znanja) i postignutog rezultata na testu, kažemo da je test pouzdan.
3. Osjetljivost  (diskriminativnost)
Ako se znanje dva učenika ili studenta razlikuje onda se treba razlikovati i njihov uspjeh na
testu.
4. Objektivnost
Test treba smanjiti subjektivni utjecaj učenika, nastavnika koji provjeravaju rezultate ili samih
autora testa.
5. Sveobuhvatnost
Test bi treba što bolje obuhvatiti sadržaj koji se testira.
6. Jednostavnost i praktičnost
Test mora biti jednostavan i praktičan za uporabu.
Dakle, proces konstruiranja konceptualnog testa se temelji na istraživanju područja čije se
razumijevanje ispituje. Kako bi u potpunosti ispitali razumijevanje nekog produčja fizike,
nužno je porvesti opsežno istraživanje. Proces izrade konceptualnog testa nije jednostavan i
30

brz jer je potrebno osmisliti dobra pitanja  te ujedno i obuhvatiti sve temeljne pojmove.
Prilikom sastavljanja testa treba voditi brigu o načinu na koji će zadaci biti formulirani i na
koji način utječu na pristup učenika danom problemu. Budući da je naš cilj ispitivanje
konceptualnog znanja učenika ne treba koristiti numeričke zadatke u kojima se ispituje
sposobnost rješavanja zadataka ( izračunavanje nepoznate veličine). Također, zadaci ne bi
trebali biti opisani samo riječima. Iskustva velikog broja nastavnika, ali i osobno iskustvo je
da učenici slabo čitaju sa razumijevanjem. Isto tako, ne treba koristiti ni grafički prikaz jer
ukoliko učenik ima konceptualno razumijevanje danog sadržaja, zadatak neće moći uspješno
riješiti ako ne zna interpretirati grafički prikaz. Zaključujemo da je najpogodnija „slikovna
reprezentacija“ zadatka u kojoj je dana situacija opisana jasnom slikom i popratnim tekstom.
Kako bi u potpunosti ispitali razumijevanje o nekom pojmu nije dovoljno interpretirati
rezultate isključivo na osnovi prvog dobivenog odgovora ili na temelju jednog konteksta
prilikom postavljanja pitanja.
Najčešće korišteni konceptualni testovi su iz područja mehanike osim FCI testa su Mechanics
Baseline Test (MBT)[4] i Mechanics Diagnostics Test (MDT)[5] te Force and Motion
Conceptual Evaluation (FMCE) [38].  Osim iz područja mehanike postoje i konceptualni
testovi iz elektromagnetizma, razumijevanja jednostavnih strujnih krugova, valova i drugi.
Predstavimo sada Force Concept Inventory (FCI) [3, 41].

5.1 Force Concept Inventory (FCI) test

Force Concept Inventory (FCI) je konceptualni test iz mehanike koji je napravljen kako bi
ispitao konceptualno razumijevanje učenika Newtonove mehanike.  Sam test se može koristiti
u različite svrhe, ali najčešće je korišten za procjenu učinkovitosti nastave mehanike [6, 13,
22, 41].  Nastao je na temelju Mechanics Diagnostics Test (MDT)[5] kojeg su sastavili su
američki fizičari Halloun i Hestenes 1985.  te objavili u časopisu  Americal Journal of
Physics. Test je bio u širokoj upotrebi, a analizom njegovih rezultata došlo je do prepravljanja
i dorađivanja testa, koji od 1992. godine postaje FCI  test kojeg i danas koristimo.  Autori FCI
testa su Hestenes, Wells i Swackhammer [3] te ga objavljuju u časopisu Physics Teacher.
Napomenimo da FCI zapravo i nije novi test jer je gotovo 60% pitanja preuzeto iz MDT.
Glavna prednost FCI testa nad MDT je u sistematičnijoj analizi osnovnih koncepata uvodne
Newtonove mehanike. Test je  široko korišten u Sjedinjenim Američkim Državama (SAD) na
velikom uzorku učenika srednjih škola i studenata te isto tako u ostalim državama diljem
svijeta. Kako su rezultati testa u početku bili vrlo niski (loši) [6,11,12] bez obzira i na to da su
neki ispitanici već odslušali i položili neke kolegije fizike, bilo je jasno da mora doći do
promjena u nastavi fizike.
Test se sastoji od  30 pitanja,a svi zadaci se rješavaju bez računanja. Za svako pitanje imamo
pet ponuđenih odgovora, od kojih je samo jedan točan. Netočni odgovori su najčešće učeničke
pretkoncepcije. Kroz test se provjerava način razmišljanja učenika, koji ispred sebe umjesto
standardnih zadataka koje možemo pronaći u školskim udžbenicima, imaju zadatke
razumijevanja  pojava.  Dakle, FCI test ispituje razumijevanje Newtnovog koncepta sile i
gibanja, bez računanja i upotrebe formula. Mnogi nastavnici su u početku smatrali da su
pitanja u testu tako jednostavna te su se pitali kako je moguće da učenici nešto nisu znali [41].
31

Istina je da, na prvi pogled, ovom jednostavnom testu, učenici većinom postižu loše rezultate
[6, 11, 12, 22, 41, 42]. Napomenimo da je postotak rješenosti nizak i kod studenata koji su
odslušali uvodne kolegije iz mehanike.
Nastavnici supostali svjesni da je nastavu fizike potrebno mijenjati te su uvedeni novi
interaktivni oblici nastave kao Peer Instruction [11], tijekom kojih učenici aktivno sudjeluju u
nastavi i izgrađuju svoje znanje te nadvladavaju pretkoncepcije.  Rezultati testa su ukazali na
veliku razliku između tradicionalne i interaktivne nastave, a sam test koristi velikom broju
nastavnika za provjeravanje razine razumijevanja njihovih učenika u mehanici te uvidu u
napredak nakon obrađenog gradiva.  Više o rezultatima nekih provedenih istraživanja ćemo u
sljedećem poglavlju, sada ćemo proći strukturu i sadržaj FCI testa [3,41].
Autori testa, su pitanja razvrstali u šest konceptualnih područja : Kinematika, 1. Newtonov
zakon, 2. Newtonov zakon, 3. Newtonov zakon, Princip superpozicije i Vrste sila.Svako
konceptualno područje zahtijeva razumijevanje i znanje određenog dijela mehanike.
Također, autori su tablično prikazali i taksonomiju „zdravorazumskih“ miskoncepcija, ukupno
njih 28, koje se detektiraju ovim testom.
Navedimo sada neka pitanja iz testa koja predstavljaju određeno konceptualno područje  i
učeničke pretkoncepcije koje dovode do biranja netočnog odgovora.
Kinematika

1. Dvije metalne kugle su jednako velike, ali je jedna dvostruko teža od druge. Kugle su
ispuštene s krova kuće u istom trenutku. Usporedi vremena potrebna da kugle padnu na tlo:
A) Težoj će kugli trebati otprilike dvostruko manje vremena nego lakšoj.
B) Lakšoj će kugli trebati otprilike dvostruko manje vremena nego težoj.
C) Objema će trebati otprilike jednako vremena.
D) Težoj će kugli trebati značajno manje vremena nego lakšoj, ali ne nužno dvostruko manje.
E) Lakšoj će kugli trebati značajno manje vremena nego težoj, ali ne nužno dvostruko manje.
Učenici koji  su netočno odgovorili na pitanje  razmišljaju kako će teža kugla pasti prije na tlo
jer misle da prilikom slobodnog pada teža kugla ima veće ubrzanje (zbog veće mase)  pa će
pasti prije od lakše kugle (odgovori A, D) – Aristotelov koncept gibanja.  Nasuprot njima,
razmišljanje da je važna sila otpora zraka koja  „snažnije“ djeluje na laksu kuglu, pa zato teža
kugla prada ranije na tlo.  Točan odgovor je C.

2. Dvije se metalne kugle iz prethodnog zadatka otkotrljaju s horizontalnog stola istom
brzinom.
A) Obje će pasti na pod na otprilike jednakoj horizontalnoj udaljenosti od baze stola.
B) Teža će kugla pasti na pod otprilike upola bliže bazi stola nego lakša.
C) Lakša će kugla pasti na pod otprilike upola bliže bazi stola nego teža.
D) Teža će kugla pasti značajno bliže bazi stola nego lakša, ali ne nužno upola bliže.
E) Lakša će kugla pasti značajno bliže bazi stola nego teža, ali ne nužno upola bliže.
Pretkoncepcija koja se javlja u ovom zadatku je slična kao ona u prvom zadatku, a to je da će
teža kugla pasti  značajno bliže bazi stola nego lakša kugla, ali ne nužno upola bliže (odgovor
D). Kugla veće mase dobiva veće ubrzanja pa će prije pasti na pod (domet teže kugle je
32

manji). Točan odgovor je A.
4. Čovjek vrti tešku kuglu, pričvršćenu na užetu, kako je prikazano na slici. U točki označenoj
na slici uže naglo pukne blizu kugle. Ako se to promatra odozgo naznačite koja će biti putanja
kugle nakon pucanja užeta.

U ovom zadatku nalazimo pretkoncepciju da će kugla kojom se zamahuje nastaviti slijediti
zaobljenu stazu ako se uže prekine (odgovor A). To je u skladu s idejom da predmet koji se
giba po kružnici dobije kružni poticaj te će se i nakon što se oslobodi tog poticaja nastaviti
neko vrijeme gibati zakrivljenom putanjom. U stvarnosti, predmet će se kretati ravnom crtom
po tangenti na svoju prvobitnu kružnu stazu, počevši od trenutka kada se uže prekine. Točan
odgovor je B.

16. Koja od naznačenih crtkanih linija najbolje prikazuje putanju topovske kugle?

 Kao pretkoncepcija imamo odgovor datopovska kugla putuje ravnom crtom neko vrijeme
nakon što dobije udarac, a takva putanja je u skladu sa teorijom poticaja (odgovor C). Naime,
djelovanje gravitacije na vertikalno gibanje topovske kugle nije odgođeno zbog bilo koje
horizontalne komponente gibanja. Kugla počinje skretati prema dolje sa smjera u kojem je
upravljena u trenutku kada je ispaljena (horizontalni hitac). Točan odgovor je B ( putanja
kugle je parabola).

Prvi Newtonov zakon

18. Dizalo se podiže pomoću čeličnog kabla, kako je prikazano na slici (pretpostavite da je
otpor zraka zanemariv).
33

Kad se dizalo podiže stalnom brzinom:
A) Sila kojom kabel vuče dizalo prema gore veća je od gravitacijske sile koja na dizalo
djeluje prema dolje.
B) Sila kojom kabel vuče dizalo prema gore jednaka je gravitacijskoj sili koja na dizalo
djeluje prema dolje.
C) Sila kojom kabel vuče dizalo prema gore manja je od gravitacijske sile koja na dizalo
djeluje prema dolje.
D) Sila kojom kabel vuče dizalo prema gore veća je od zbroja gravitacijske sile i sile
zraka koje na dizalo djeluju prema dolje.
E) Dizalo se podiže zato što se kabel skraćuje a ne zato što on djeluje silom na dizalo.
 Pretkoncepcija koju ovjde nalazimo je da sila kojom kabel vuče dizalo prema gore je veća od
gravitacijske sile koja na dizalo djeluje prema dolje (odgovor A).  Točan odgovor je B (1.
Newtonov zakon kaže da za gibanje sa stalnom brzinom nije potrebna rezultantna sila ). Dakle
kada je zbroj svih sila jednak nuli tada tijelo ostaje u stanju mirovanja ili jednolikog gibanja
po pravcu.
28. Žena gura veliku kutiju po podu stalnom horizontalnom silom. Zbog toga se kutija giba,
stalnom brzinom vo . Stalno sila kojom žena djeluje je:
A) Istog iznosa kao težina kutije.
B) Većeg iznosa od težine kutije.
C) Istog iznosa kao ukupna sila koja se suprotstavlja gibanju kutije.
D) Veća od ukupne sile koja se suprotstavlja gibanju kutije.
E) Veća i od težine kutije i od ukupne sile koja se suprotstavlja gibanju kutije.
Miskoncepcije koje se javljaju u zadatku su da je stalna sila kojom žena djeluje većeg iznosa
od težine kutije (odgovor B) ili veća i od težine kutije i od ukupne sile koja se suprotstavlja
gibanju kutije (odgovor E). Dakle, ako se tijelo giba tada vučna sila (stalna sila kojom žena
djeluje) mora biti veća od ostalih sila. Točan odgovor je C.  Zaključujemo da ako se kutija se
giba stalnom brzinom, iz prvog Newtonovog zakona slijedi da će se tijelo gibati jednoliko ako
na njega ne djeluje sila ili je zbroj svih sila koje djeluju na tijelo jednak nuli.

Drugi Newtonov zakon

Prilikom odgovaranje na pitanja 24 – 27 koristi se sljedeća slika i tekst.

34

Na raketu koja se giba bočno u svemiru od položaja «a» do položaja «b», ne djeluju nikakve
vanjske sile. Kad stigne do «b» raketa uključi pogon, koji proizvodi stalnu silu na raketu u
smjeru okomitom na liniju ab. U položaju «c» pogon se opet isključuje.
25. Dok se raketa giba od «b» do «c» njena brzina:
A) Ostaje stalna.
B) Stalno se povećava
C) Stalno se smanjuje
D) Raste neko vrijeme, a zatim je stalna.
E) Ostaje stalna neko vrijeme, a zatim se smanjuje.
Učenici koji bi odgovorili netočno na ovo pitanje smatraju da dok se raketa giba od «b» do
«c» njena brzina ostaje stalna (odgovor A) ili da raste neko vrijeme, a zatim je stalna (odgovor
D).  Po 2. Newtonovom zakonu se brzina rakete nakon uključivanja stalne sile pogona (od
«b» do «c») stalno povećava. Intuitivna ideja «stalna sila, stalna brzina» je u skladu s
Aristotelovim pogledom.  S drugim Newtoniovim zakonom je jasno da je sila povezana s
akceleracijom, a ne sa brzinom.
26. U «c» se pogon rakete isključuje. Kako će se ona gibati nakon toga?

U ovom zadatku potrebno je primijeniti 1. i 2. Newtonov zakon. Pretkoncepcija koja se javlja
je da nakon prestanka djelovanja stalne sile (pogona) raketa će se vratiti na stazu koju je imala
prije uključivanja pogona. Točan odgovor je B ( raketa će se nakon isključivanja pogona
gibati pravocrtno 1.Newtonov zakon).

Treći Newtonov zakon

3. Veliki se kamion sudari frontalno s malim automobilom. Tijekom sudara:
A) Sila kamiona na automobil je veća nego sila automobila na kamion.
B) Sila automobila na kamion je veća nego sila kamiona na automobil.
C) Nijedno vozilo ne djeluje silom: automobil je zdrobljen zato što se našao kamionu na putu.
D) Kamion djeluje silom na automobil, ali automobil ne djeluje silom na kamion.
E) Kamion djeluje na automobil jednakom silom kao i automobil na kamion.
Kako bismo ispravno odgovorili na ovo pitanje potrebno je razumijevanje 3. Newtonovog
zakona (3. NZ) . Miskoncepcije koje se javljaju su da je sila kamiona na automobil veća nego
sila automobila na kamion (odgovor A) jer je automobil manji, a kamion veći pa djeluje
većom silom. Ne razlikuje se pojam sile  i efekt sile  te bi takvi učenici zaključili da  je sila
jednaka samo u slučaju kada imaju sudar tijela jednakih masa.  Točan odgovor je E te
proizlazi direktno iz 3. NZ koji kaže pri međudjelovanju tijela, jedno na drugo je iznos sile na
35

oba tijela jednak ali suprotnog smjera.

Sljedeća slika i popratni tekst  se odnosi na pitanja 13. i 14.

Veliki se kamion pokvario na cesti, te ga mali automobil gura natrag u grad, kako je
prikazano na slici.
13.  Dok automobil ubrzava, pritom i gura kamion pred sobom:
A) Sila kojom automobil djeluje na kamion jednaka je sili kojom kamion djeluje na automobil.
B) Sila kojom automobil djeluje na kamion manja je od sile kojom kamion djeluje na
automobil
C) Sila kojom automobil djeluje na kamion veća je od sile kojom kamion djeluje na
automobil.
D) Motor automobila radi, pa on djeluje silom na kamion, ali kamionov motor ne radi, te on
ne može djelovati silom na automobil.
E) Niti automobil, niti kamion ne djeluju silom jedan na drugoga; automobil gura kamion
zato što mu je on na putu.
Kako bismo riješili ovaj zadatak potrebno je poznavati 3. Newtonov zakon. Pretkoncepcija
koja se ovdje javlja je vezana uz povezivanja efekta sile s iznosom sile.Tako učenici smatraju
da, zbog toga što mali automobil gura kamion,  sila kojom automobil djeluje na kamion je veća od
sile kojom kamion djeluje na automobil (odgovor C). Točan odgovor je A.

Princip superpozicije

Sljedeća slika i popratni tekst se odnosi na pitanja 6 – 9.

Slika prikazuje hokejsku pločicu koja kliže bez trenja, stalnom brzinom, po horizontalnoj
površini, od točke «a» do točke «b». U točki «b» pločica dobiva kratkotrajni horizontalni
udarac u smjeru naznačenom debelom strelicom.

6. Kojom će se putanjom gibati pločica nakon udarca?
36

 Učenici smatraju da će se pločica nakon što dobije kratkotrajni horizontalni udarac u smjeru
naznačenom debelom strelicom gibati ili u smjeru horizontalnog udarca ili po paraboli
(odgovori A, D). Učenici ne prepoznaju brzine kako vektore.  Točan odgovor je  B ( u
stvarnosti pločica će se gibati u smjeru rezultantne brzine).
7. Kolika je po iznosu brzina ploćice upravo nakon udarca?
A) Jednaka je brzini v0 , koju je imala prije udarca.
B) Jednaka je brzini v, koju je dobila od udarca, i neovisna o prijašnjoj brzini vο .
C) Jednaka je aritmetičkom zbroju brzina v0 i v.
D) Manja je i od v0 i od v.
E) Veća je i od v0 i od v, ali manja od njihovog aritmetičkog zbroja.
U ovom zadatku pogrešna koncepcija je da učenici smatraju da će brzina pločice nakon
udarca po iznosu jednaka aritmetičkom zbroju brzina v0 i v (odgovor C). Zaključujemo isto
kao i za prethodno pitanje da treba promatrati brzine kao vektore i primijeniti pravilo o
zbrajanju dvaju vektora koji su pod pravim kutom. Točan odgovor je  E.

Vrste sila ( identifikacija sila)

5.  Dječak baci čeličnu kuglu ravno uvis. Zanemarimo li učinak otpora zraka, sile koje djeluju
na kuglu dok ne padne na tlo su:
A) Gravitacijska sila usmjerena prema dolje i sila prema gore, koja se stalno smanjuje.
B) Sila prema gore, koja se stalno smanjuje od trenutka kad kugla napusti ruku, pa dok ne
dosegne najvišu točku putanje, a nakon toga samo stalna gravitacijska sila prema dolje.
C) Stalna gravitacijska sila prema dolje zajedno sa silom prema gore, koja se stalno
smanjuje, do najviše točke putanje, a nakon toga samo stalna gravitacijska sila prema dolje.
D) Samo stalna gravitacijska sila prema dolje.
E) Nema sila – kugla pada na tlo jer je to prirodno.
Pretkoncepcije koje su zastupljene u ovom pitanju su da na putu prema gore sila gura kuglu
prema gore, dakle djeluje u smjeru gibanja kugle (sila ruke, sila izbačaja, sila od brzine prema
gore). Tu nalazimo koncept impetusa. Na putu prema gore sila ruke mora biti veća nego
gravitacijska sila inače se kugla ne bi kretala prema gore. U najvišoj točki se sila ruke i
gravitacijska sila izjednače, brzina padne na nulu i nakon toga djeluje samo stalna
gravitacijska sila prema dolje ( odgovori A, B). Točan odgovor je D.
Za iduće pitanje koristimo sliku za koju smo prethodno naveli da se odnosi na pitanja 6 – 9 .
9.  Glavne sile koje djeluju na pločicu nakon udarca su:
A) Sila prema dolje zbog gravitacije i zraka.
37

B) Gravitacijska sila prema dolje i horizontalna sila u smjeru gibanja.
C) Gravitacijska sila prema dolje, sila stola prema gore i horizontalna sila u smjeru gibanja.
D) Gravitacijska sila prema dolje i sila stola prema gore.
E) Na pločicu ne djeluju sile.
Najčešće miskoncepcije su vezane za sile koje ne postoje u Newtonovoj mehanici.
Učenicismatraju da nakon udarca na pločicu djeluje horizontalna sila u smjeru gibanja (
impetus - sila se može utisnuti u tijelo i nakon prestanka međudjelovanja - odgovori B, C ).
22.  Golf loptica nakon udarca leti kroz zrak. Razmotrite slijedeće sile:
1) Gravitacijska sila
2) Sila udarca
3) Sila otpora zraka
Koje od navedenih sila djeluju na lopticu tijekom cijelog njenog leta?
A) Samo 1.
B) 1 i 2.
C) 1, 2 i 3.
D) 1 i 3.
E) 2. i 3.
U ovom zadatku javlja je pretkoncepcija vezana uz teoriju impetusa ili poticaja.  Dakle, sila
udarca se može utisnuti u tijelo i nakon što prestane međudjelovanje dvaju tijela( odgovor C).
Točan odgovor je D.

Zaključimo, kao što se vidi i iz priloženih odabranih pitanja da matematičke vještine nisu
važan faktor za postizanje dobrih rezultata u ovom testu. Postavljena pitanja predstavljaju
situacije iz svakodnevnog života, te učenici koji možda i deklarativno znanju Newtonove
zakone i koji ih mogu i matematički primijeniti, često se opredjeljuju za  pogrešne odgovore
koji se temelje na njihovom intuitivnom znanju .
Nastavnici FCI test koriste uglavnom za prvjeravanje razina konceptualnog razumijevanja
svojih učenika ili studenata i također se koristi za uvid u napredak nakon odslušanih cjelina ili
kolegija.  Međutim, kako bismo imali bolji uvid poželjno je i koristiti Lawsonov test
znanstvenog zaključivanja koji ispituje sposobnost studenta o primjenjivanju znanstvenog i
matematičkog zaključivanja prilikom rješavanja problema. Pokazano je da postoje korelacije
između ova dva testa ( npr.  student koji ne razumije apstraktne koncepte, imati će značajne
poteškoće i pri razumijevanju 2. Newtonovog zakona)[44].
U sljedećem poglavlju osvrnimo se na neke rezultate edukacijskih istraživanja vezana uz
konceptualno razumijevanje Newtonove mehanike, uglavnom primjenom FCI testa.

38

6 Rezultati provedenih edukacijskih
istraživanja

Temeljno polazište edukacijskih istraživanja je da učenici nisu tabula rasa  i da  njihova
iskustva i razumijevanje kreiraju mentalnu strukturu kroz koju oni promatraju nove
informacije.  Za ljudski um je svojstveno da kreira mentalne modele koji predstavljaju viđenje
svijeta oko sebe ( ti modeli ne daju samo objašnjenja fenomena koje susrećemo, nego oni i
određuju naš pristup određenim situacijama, uključujući tu i učenje). Predmet Fizika učenici
prvi put susreću s oko 13. godina  te na nastavu dolaze s fizikalno netočnim i nepotpunim
razumijevanjem fizikalnih fenomena, a često i pristupaju učenju fizike na način koji im ne
omogućava razvijanje konceptualnog razumijevanja  [1, 12]. Iz osobnog iskustva primjećujem
da se učenici često oslanjaju na formule ne razmišljajući o samom problemu koji je pred njih
predstavljen. Rezultati edukacijskih istraživanja u fizici sve više se primjenjuju na nastavu
fizike diljem svijeta, te su  na temelju njih nastale nove nastavne strategije.  Veliki trud je
uložen u transformiranje predavačke nastave  u interaktivnu nastavu gdje se stvaraju
interaktivna okruženja koja pomažu aktivno učenje, o čemu smo više pisali kada smo
analizirali nastavu fizike.
Edukacijska istraživanja u fizici [6, 12, 22, 38, 45] promijenila su uobičajene stavove prema
učenju i podučavanju fizike.
Glavni rezultati takvih istraživanja zaključuju:
1. Tradicionalna (predavačka) nastava nije dovoljno učinkovita za većinu učenika.
2. Učenici nisu tabula rasa. Na njihovo učenje tijekom nastave fizike značajno utječu njihova
iskustva iz svakodnevnog života kao i kognitivni stavovi. Uvidjelo se da brojne učeničke
intuitivne ideje (pretkoncepcije) nisu u skladu s fizikalnim idejama koje učenici susreću na
nastavi, što otežava samo učenje fizike.
3. Moguće i nužno je razviti predmetne kurikulume koji se temelje na rezultatima
edukacijskih istraživanja, a koji pomažu učenicima da aktivnim sudjelovanjem u nastavi
promjene pretkoncepcije.
U jednom istraživanju [39]  testirane korištenjem MBT [4] ( koji  bi mogao bti nadopuna FCI
jer se traži osim razumijevanja i formalno znanje)  su dvije grupe srednjojškolaca  s istim
brojem učenika. Obje grupe su postigle identičan rezultat, a riječ je bio o grupi „odlikaša“ te
grupi učenika prosječnog znanja.  Stoga, zaključujemo da intuitivno i konceptualno
razumijevanje kod učenika izvrsnih u školi nije znantno bolje od prosječnih učenika.
Također, tvrdnja da od 80% studenata nekog fakulteta zna definirati Newtonove zakone, ali
samo ih 15% uistinu razumije.
U današnje vrijeme, došlo je do velikog razvoja tehnologije te je upotreba iste u svim
segmentima života gotovo nezamisliva. Također u školama se opremaju specijalizirane
učionice s novom digitalnom opremom, računalima, tabletima, pametnim pločama itd..
Provedeno istraživanje[47] objavljeno  2006. godine, koje  je nastojalo vidjeti kako korištenje
animacija utječu na ispitivanje konceptualnog znanja. Osnovni cilj je bilo provjeriti daju li
39

animacije više podataka o konceptualnom razumijevanju učenika od tradicionalne forme testa,
mogu li animacije „pokvariti“ provjeru znanja te koji parametri utječu na efikasnost
animacije. U svrhu istraživanja uzet je primjer FCI testa i napravljena je animirana verzija
korištenjem Java apleta, koja treba odgovarati statičnoj verziji.  Učenici mogu sami
kontrolirati animaciju ( pokrenuti je, zaustavit. ) Uzorak učenika i studenata je bio od
približno 400 ispitanika koji su se razvstavali u dvije grupe, od kojih jedna test rješava
tradicionalnom metodom a druga korištenjem animacija.

Slika 6.1. Prikaz pitanja u animiranom i izvornom obliku [47]

Uspoređivanjem dobivenih rezultata primjećena je značajna razlika u postotku točnih
odgovora na šest pitanja, od kojih je na tri pitanja grupa s animiranom verzijom postigla bolje
rezultate.  Iz toga se vidi da animacije utječu na rezultate, ali nije utvrđeno utječu li na
provjeravanja znanja. Prilikom razgovora s učenicima, provjereno je oslikava li navedeno
povečanje realno znanje učenika.  Zaključeno je da animirana verzija ipak omogućuje
preciznije ispitivanje konceptualnog znanja,  jer poništava utjecaj  komunikacijskih vještina
koji mogu utjecati na rezultat.
 U sljedećem potpoglavlju nastavit ćemo navoditi neke dostupne rezultate istraživanja, ali
prvo ćemo definirati napredak ( gain - g). Isto tako reći ćemo nešto o razini uvjerenosti
(CRI)prema kojoj znamo koliko je učenik siguran u svoj odgovor te navesti uobičajene
40

parametre statističke analize kako bi jednostavnije protumačili rezultate ispitivanja.

6. 1 Napredak ( gain - g) između predtesta i posttesta

Američki professor Richard Hake, sa Sveučilišta u Indiani objavio je 1998. godine
istraživanje provedeno na velikom broju američkih učenika i studenata ( N=6542) , čiji su
rezultati naišli na veliki odjek među nastavnicima fizike [6,12].  Studenti u učenici koji su
ispitani  bili su tek upisani na neki od 62 uvodna tečaja fizike . Studenti su testirani početkom
svog semestra (predtest) i nakon što su odslušali mehaniku (posttest). Takvom provjerom se
moglo procijeniti koliki je napredak njihovog konceptualnog razumijevanja Newtonove
mehanike. Ispitanici su pohađali tradicionalnu nastavu ( temeljenu na klasičnim
predavanjima, vježbama ) i interaktivnu nastavu ( aktivno sudjelovanje učenika te studenata u
nastavi). Rezultati su pokazali bitnu razliku u učinkovitosti razvijanaja konceptualnog
razumijevanja između interaktivno orjenitrane nastave i tradicionalne.  Interaktivni tečaji su
se pokazali približno dva puta učinkovitiji od tradicionalnih tečajeva.  Kako bi procijenili tu
učinkovitost R. Hake je definirao g-faktor ili faktor prirasta ( eng. gain).
i
i
f
S
S
S
g
−
−
=
%
100

pri čemu su
f
S
srednja vrijednost učeničkih(studentskih) rezultata na posttestu izražena u
postotcima, a
i
S  srednja vrijednost učeničkih(studentskih) rezultata na predttestu izražena u
postotcima.  Dakle faktor prirasta g (ili oznaka g ) je jednak omjeru apsolutnog prirasta
rezultata na FCI testu i ukupnog mogućeg prirasta, obzirom na rezultat predtesta te poprima
vrijednost između 1 i 0.
Prema tome se prirast može podijeliti na :
-
visoki  prirast g :
7
.
0

g

-
srednji prirast g :
3
.
0
7
.
0

g

-
niski prirast g :
3
.
0

g
.

Rezultati su pokazali da za 14 tradicionalnih tečajeva ( N=2084)  je prosječni prirast sa
srednjom vrijednosti g = 0.23 ± 0.04 te spadaju u skupinu
3
.
0

g
, a 48 interaktivnih tečajeva
( N= 4458) je prosječni prirast sa srednjom vrijednosti g = 0.48 ± 0.14 te spadaju u skupinu
srednjih prirasta. Zanimljivo je da nema skupine s visokim prirastom. Istraživanje R. Hakea je
bilo inspirirano rezultatima Hallouna i Hestenesa, kojeg smo naveli u poglavlju 2., a koji su
zaključili da je učinak tradicionalne ( predavačke) nastave gotovo neovisan o predavaču (
njegovim kvalitetama, sposobnostima).
Na slici 6.2. prikazujemo rezultate Hakeovog istraživanja [6].
41

Slika 6.2. prosječni prirast učinka tradicionlne nastave u usporedbi s interaktivnom nastavom [6]
R. Hake je u svojem radu sugerirao da mali napredak konceptualnog razumijevanja, kod
učenika / studenata  na tradicionalnoj nastavi je rezultat vlastitih napora učenika, a ne učinak
nastave [6,12].Također Hake je predstavio i rezultate testiranja s MBT testom.  Pokazano je
da postoji visoka koreacija između rezultata FCI i MBT testa.  Iako, interaktivna nastava
zahtjeva više vremena od tradicionalne nastave za obrađivanje iste količine nastavnih
sadržaja, svejedno postiže bolje rezultate i kod rješavanja zadataka. Osim prikazivanja
različitosti tradicionalnog i interaktivnog pristupa nastavi, Hakeovo istraživanje je FCI test
predstavilo kao univerzalni pozudani instrument procjene konceptualnog razumijevanja
učenika (studenata) u mehanici.
Kada statistički obrada rezultata testova temelji se na klasičnoj teoriji testova, koja uključuje
analizu pojedinog zadatka i analizu testa kao cjeline. Pa tako govorimo o težini pitanja,
indeksu diskriminacije. Za analizu cjeloukupnog testa koristimo Fergusonovu delta funkciju
koja je pokazatelj diskriminativnosti testa o čemu smo govorili u prethodnom poglavlju.
Naglasimo da je cilj statističke analize mjerenje metrijskih karakteristika testa navedenih u
prethodnom poglavlju [39]. Također, kada govorimo o korelaciji, ako što i sam naziv riječi
kaže (suodnos) želimo utvrditi međusobnuizmeđu različitih pojava predstavljenih
vrijednostima dvaju varijabli. Međusobni odnos dvije varijable, grafički prikazujemo pomoću
dvodimenzionalnog grafikona (dijagram raspršenja). Vrijednosti jedne varijable prikazane su
na x osi, a druge na y osi dijagrama. Točke dijagrama kreću se oko određenog pravca koji se
naziva linija regresije.Ako su točke bliže pravcu onda kažemo da je korelacija veća, ako su
raspršenije, korelacija je manja. Vizualno je vrlo teško odrediti povezanost između varijabli,
osim kada je riječ o idealnoj korealciji.Koeficijenti korelacije izražavaju mjeru povezanosti
između dvije varijable u jedinicama neovisnima o konkretnim jedinicama mjere u kojima su
iskazane vrijednosti varijabli. Postoji više koeficijenata korelacije koje možemo koristiti te u
praksi s linearnim modelima najčešće koristimo Pearsonov koeficijent korelacije , koji
poprima vrijednosti od -1( savršena negativna korelacija) do +1 (savršena pozitivna
korelacija). [48]. Recimo sada nešto i o razini uvjerenosti (CRI) [14,43].
Dakle, nakon analize rezultata konceptualnih testova uvidjelo se da su neki učenici moguće
ispravan odgovor pogodili ili da nisu potpuno sigurni u svoj odgovor, a poznavanjem teorije,
42

izabrali su točan odgovor iako suštinski ne razumiju fizikalni koncept.
Razina uvjerenosti (Certainty of Response Index - CRI) govori o sigurnosti ili nesigurnosti
učenika u svoj odgovor. Na taj način učenik može izabrati razinu uvjerenosti koja mu
odgovara ( siguran sam/ pogađao sam / nisam siguran). Ispitivač (nastavnik) bira koliko
razina uvjerenosti će učenik moći izabrati. Razina uvjerenosti pomaže u otkrivanju
pretkoncepcija te nedostatka u znanju. Ako je učenik odgovorio ispravno na pitanje s niskom
razinom uvjerenosti, identificiramo manjak znanja i zaključujemo da je pogodio odgovor.
Ako je učenik netočno odgovorio na pitanje sa niskom razinom uvjerenosti, to nam ukazuje
na nedostatak znanja, no ukoliko je učenik netočno odgovorio na pitanje sa visokom razinom
uvjerenosti, ukazuje je nam na postojanje pretkoncepcija ( tablica 6.1.).

Odgovor
Nizak CRI
Visoki CRI
točan
pogađanje točnog
odgovora
poznavanje gradiva
netočan
pogađanje netočnog
odgovora
postojanje
pretkoncepcija
Tablica 6.1. CRI i uspjeha riješenosti konceptualnog pitanja/testa
Vratimo se sada rezultatima i zaključcima istraživanja.
Zbog svoje široke upotrebe diljem svijeta na velikom broju ispitanika, rezultati FCI testa
mogu podijeliti ispitanike u tri razreda ovisno o njihovom postotku rješenosti testa :
1. Prednjutnovac – rezultat riješenost do 60%
2. Između nevtonovskih i prednewtonovskih ideja – rezultat riješenosti od 60%- 80%
3. Newtonovac – riješenost veća od 80%.
Trebamo naglasiti da FCI test mjeri minimalni standard konceptualnog razumijevanja u
mehanici [6,12].
Pogledajmo rezultate FCI testa jedne generacije hrvatskih maturanata (N=90) iz gimnazije
[12] prikazane stupčanim dijagramom.

Slika 6.3. Grafički prikaz rezultata FCI testa [12]

43

Možemo vidjeti da su učenici grupirani u postotne razrede prema uspjehu na FCI testu, a
visina stupcaoznačava broj učenika u svakom postotnom razredu. Uočavamo da je najviše
maturanata ostvarilo 30 – 40%, iznad 60% ima ih svega 9, a iznad 80% nema nijednoga
maturanta. Ovi rezultati su zabrinjavajući, iako uzorak ispitanikanije velik.Premda se na
osnovu rezultata samo jedne škole ne može suditi o cjelokupnoj populaciji, ipak su ovi
rezultati zabrinjavajući, jer daju naslutiti da je učinkovitost nastave fizike u Hrvatskoj u
razvijanju konceptualnog razumijevanja nedostatna.
Godine 2005. napravljeno je istraživanje koje uspoređuje konceptualno razumijevanje
Newtonove mehanike učenika prvih razreda i četvrtih razreda gimnazije ( ukupno približno
180 učenika).  Najveći broj učenika prvih, a isto tako i četvrtih razreda je riješilo 30 – 40%.
Rezultati istraživanja pokazuju da 50-55% učenika pokazuje  slabo razumijevanje
Newtonovih zakona, a riječ je o učenicima koji će nastaviti daljnje školovanje na fakultetima.
Još je slabiji postotak točnih odgovora kod prepoznavanja sila koje djeluju na tijelo koje se
giba bez obzira na velik broj riješenih kvantitativnih zadataka tokom nastave [49].
Još jedno opsežno istraživanje je provedeno i objavljeno 2007. godine na  Petom znanstvenom
sastanaku Hrvatskog fizikalnog društva[22]. Riječ je o opsežnom istraživanju opsežno
konceptualnog razumijevanja mehanike na populaciji hrvatskih gimnazijskih maturanata
(N=1676). U uzorku su bile proporcionalno zastupljene sve hrvatske regije, te sve vrste
gimnazija.  Rezultati su loši. Prosječni rezultat na testu za cijelu populaciju bio je
)%
4
.
0
7
.
27
(

. Dakle, većina učenika napušta srednju školu s niskim razumijevanjem
koncepta sile. Iznad 60 % nalazimo tek 4.7% učenika u cijelom uzorku. Ako bismo promotrili
cjeloukupnu populaciju, zaključujemo da se u njoj nalazi približno 600 učenika s
zadovoljavajućom razinom konceptualnog razumijevanja mehanike.
Vratimo li se na rezultate istraživanja amričkog profesora R. Hakea, tamo nije bilo moguće
usporediti učinkovitost različitih interaktivnih metoda jer su mnogi tečajevi kombinirali više
metoda.  U  potpoglavlju 2.2 pisali smo o interaktivnoj nastavi sada navedimo još koju
interaktivnu metodu koje su proizašle kao odgovor na slabe rezultate FCI testa.
Interaktivne nastavne strategije [11,12] možemo podijeliti u dvije grupe ovisno o veličini
populacijepa razlikujemo metode primjenjive na velike auditorije i  metode namijenjene
individualnom radu ili radu u malim skupinama. Brojne od novih nastavnih strategija
strategija uključuju uporabu računala i različitih interaktivnih programskih paketa pomoću
kojih nastavnik studente vodi u konstrukciji fizikalnih koncepata, te postavlja probleme, koje
studenti interaktivno rješavaju. U SADu je razvijeno mnogo takvih nastavnih metoda poput
Workshop Physics, Physics Studio i Microcomputer Based Labs( izvode se pravi pokusi
koristeći računala ili promatraju simulacije pokusa pri čemu se daju predviđanja prije nego što
se vide rezultati pokusa). Prednost ovih pristupa u nastavi je brza povratna informacija koju
učenici dobivaju ( vezano uz svoja predviđanja ), a to unaprijeđuje učenje. U razredu se potiče
konstruktivna rasprava o rezultatima između grupa učenika,a nastavnik nadgleda rad svih
učenika. Međutim, svaka metoda pa tako i interaktivna nije svrha sama sebi (učinkovitost
samih metoda baziranih na uporabi računala niska, ukoliko se ne kombinira s još nekom
metodom, poput poduke vršnjaka, koja zahtijeva verbalizaciju ideja).
Poduka vršnjaka (peer instruction)[11,13], je metoda koju je razvio profesor Sveučilišta u
Harvardu Eric Mazur. Zauzela je mjesto među najpopularnije i najraširenije metode.
44

Iznenađen niskim rezultatom svojih studenata na FCI testu, Mazur je tražio način kako
aktivirati studente za vrijeme predavanja. Razvio je bazu konceptualnih pitanja, a njegova se
metoda sastoji u tome da predavanje često prekida s nekim konceptualnim pitanjem na koje
studenti daju odgovor, a zatim imaju minutu vremena za konzultaciju sa svojim kolegama i
raspravljaju svoj odgovor.  Dogodi li se da veći broj studenata kaže netočan odgovor,
nastavnik ne ide dalje s gradivom, nego dodatnim objašnjenjima ili podpitanjima nastoji
usmjeriti razmišljanje studenata. Metoda je izrazito popularna i raširena u SADu, a Mazur
navodi znatno poboljšanje  rezultata FCI testa od njenog uvođenja. Još jedna metoda koju
vrijedi spomenuti su SDI praktikumi  koje je razvio R. Hake, koji su namijenjeni razvoju
konceptulanog razumijevanja u mehanici koristeći Sokratove tehnike (majeutika) [12].
Naglasimo, da je FCI test namijenjen uglavnom učenicima srednjih škola te studentima. Stoga
nismo naišli na mnoga istraživanja za učenike osnovnih škola, iako sam mišljenja da se i ona
mogu provoditi uz manju preinaku originalnog testa.
Istraživanjem koje je provedeno u 7. razredu osnovne škole ( N=9) pokušalo se pokazati u
kojoj mjeri online nastava pridonosi konceptualnom razumijevanju fizikalnih pojmova u
usporedbi s tradicionalnom nastavom [36]. Instrument istraživanja je bio prilagođeni FCI test.
Rezultati istraživanja su pokazali da postoji statistički značajna razlika između online i
tradicionalne nastave u konceptualnom razumijevanju temeljnih fizikalnih pojmova. Faktor
prirasta je pokazao srednje visoku vrijednost za online grupu  g = (0.42 ± 0.20), a za
tradicionalnu iznimno nizak g =( 0.02 ± 0.30).

Slika 6.4. Ovisnost g- faktora na predtestu [36]
 Online nastava dodatnoje vrednovana anketnim upitnikom koji je pokazao pozitivan stav
učenika premasvim oblicima online nastave.
Navedimo sada istraživanje u Floridi  u dvije javne srednje škole ( nazovimo ih A i B)[42] u
kojem je provjeravano konceptualno razumijevanje učenika Newtonove mehanike, upotrebom
FCI testa. Napomenimo da je u eksperimentalne razrede u sklopu nastave implementirana i
uporaba računala, tako da je 30% sata bilo korištenjem interaktivne metode, a 70%  nastave je
zauzimalo klasično predavanje.   Istraživanje je provedeno na uzorku od 125 učenika u
45

rasponu od 15 do 18 godina. U školi A bila su tri razreda fizike, od kojih je jedan uzet kao
kontrolna grupa, a preostala dva kao eksperimentalna grupa s kompjuterskom
implementacijom u nastavi. U školi B, bila su dva razreda fizike od kojih je jedan korišten
kao kontrolna grupa, a drugi kao eksperimentalna. Naglasimo da se u kontrolnim grupama
nastava provodila isključivo tradicionalno. Početna hipoteza je bila da implementacija
računala u tradicionalnu nastavu neće  imati veći efekt na rezultate izmedu predtesta i postesta
svake grupe.  Međutim uočena je rezlika između eksperimentalne grupe i kontrolne grupe.

Slika 6.5. Prikaz rezultata FCI testa za eksperimentalne grupe i kontrolne grupe [36]
Iz podataka možemo iščitati da je prirast za kontrolne grupe oko 35%, a za eksperimentalne
grupe približno 44%.
Sljedeće istraživanje objavljeno je 2010. godine, a odnosi se na učenike srednjih škola (
N=168) u Finskoj [45].  Od ukupnog broja učenika njih 143 je pohađalo nastavu na finskom
jeziku. Riječ je o sposobnosti učenika da konzistentno interpretiraju različite reprezentacije
zadataka koji provjeravaju konceptualno razumijevanje Newtonove mehanike. Osnovni test je
FCI test koji je modificiran na način da su neki zadaci predstavljeni grafički, vektorski ( slika
6.6.)i nazvan R-FCI, pri čemu je visoka korelacija između FCI testa i R-FCI testa. Uspješnost
na R-FCI  testu, predviđa i  dobar rezultat na FCI testu.

Slika 6.6. Različite reprezentacije istog zadatka [45]

Test koji je kreiran sastojao se od 27 pitanja koja su pokrivala četiri osnovna koncepta : 1.
Newtonov zakon, 2. Newtonov zakon, 3. Newtonov zakon i Gravitacija.
R- FCI test omogućava istražiti utjecaj različite reprezentacije zadatka na učenika prilikom
rješavanja zadatka.
46

Slika 6.7. Postotak riješenosti FCI i R-FCI testa i normalizirani prirasti-g, pri čemu je standardna greška u
zagradi.
Zaključak vezan uz reprezentacije je da konzistentnost varira obzirom na koncept, ali ne
previše ( slika 6.8.). U prosjeku se konzistentnost i znanstveno ispravno razumijevanje
povećavalo tijekom nastave iako je u posttestu samo nekolicina studenata pokazala
konzistentna obzirom na oba faktora.

Slika 6.8. Postotak točnih odgovora  u temama obzirom na reprezentacije [45]

Uočavamo da su edukacijska istraživanja pokazala da tradicionalna ( predavačka) nastava ne
pogoduje razvijanju konceptualnog razumijevanja u fizici, a kako rezultat imamo sve više
nastavnika koji se okreću interaktivnim nastavnim strategijama.

47

7 Zaključak

U ovom radu sam se još jednom htjela osvrnuti na temu Konceptualnog razumijevanja u
mehanici, koja je i dalje aktualna na skupovima nastavnika i profesora fizike u cijelom
svijetu. Prije četrdesetak godina započela su prva edukacijska istraživanja, koja su nastojala
utvrdila postojanje učeničkih intuitivnih ideja ili pretkoncepcija. Učeničke pretkoncepcije su
prilično stabilne i znatno utječu na usvajanje znanstvenih koncepata, koji su u sukobu s
njihovim spontano formiranim zaključivanjem.
Smatram da je cilj svakog nastavnika dovesti do integracije učeničko privatno i školsko
znanje u integralno učeničko znanje koje je u skladu sa znanstvenim inačicom.
Mehanika je područje fizike u kojem postoje brojne pretkoncepcije te posebnu pozornost
istraživanja izazivaju učeničke pretkoncepcije u mehanici, pogotovo odnos sile i gibanja.
Naglasimo, da je razumijevanje mehanike preduvjet za uspješno razumijevanje ostalih
područja fizike te je to ujedno i razlog zbog kojeg sam tu temu izabrala.
U završnom poglavlju vidjeli smo da rezultati navedenih edukacijskih istraživanja, kojima je
instrument mjerenja učeničkog konceptualnog znanja FCI test, ovisi o kvaliteti same nastave
fizike. Štoviše, naveli smo i da bez obzira na vještinu i znanje određenog nastavnika,
tradicionalna nastava polučuje slabe rezultate.  Mišljenja sam da je provođenje interaktivne
nastave fizike nužno u svim sredinama i školama te na fakultetima, ali glavni problem na koji
tu nailazimo su financijska ulaganja, koja su neophodna ako želimo opremiti i osuvremeniti
učionice, koje su u manjim sredinama i dalje izvan dosega civilizacije, izuzetci i ovdje
potvrđuju pravilo.
Primijetimo da je pojedinačno usmeno ispitivanje učenika gotovo besmisleno jer oduzima
puno vremena, stresno je za učenike i provjerava samo deklarativno znanje. Kao zamjenu za
usmeno ispitivanje možemo uvoditi kraće testove (20 min) koje su kraće verzije
konceptualnih testova, te rasprave prilikom koje učenik treba prvo zapisati svoje ideje na
određenu temu, a zatim se ideje čitaju i raspravljaju.
Na kraju smatram da su edukacijska istraživanja u fizici, napravila veliki korak u predmetnim
kurikulumima fizike tako što su  ukazala na postojanje i široku rasprostranjenost učeničkih
pretkoncepcija  te na načine promjene tih koncepcija.  Nadalje, poslužila su kako osnova za
razvoj novih nastavnih strategija  te podigla svijest fizičara i nastavnika fizike o neizbježnoj
promjeni unutar nastave fizike.

48

Literatura

[1] R. Krsnik,Učenik i učenje fizike(Što govore rezultati istraživanja), PMF, Zagreb,
2001., str. 7
[2] R. Krsnik, Suvremene ideje u metodici nastave fizike, Zagreb, 2008.
[3] Hestenes, Wells & Swackhammer, Force Concept Inventory, Phys. Teacher (1992).
[4] Hestenes & Wells, A Mechanics Baseline Test, Phys. Teacher, (1992).
[5] Halloun & Hestenes, Mechanics Diagnostics Test, Am. J. Phys. (1985).
[6] R. Hake, Interactive-engagement versus traditional methods: A sixthousand- student
survey of mechanics test data for introductory physics courses, Am. J. Phys. (1998.).
[7] Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport, Učni načrt za pouk fizike v osnovni šoli,
Ljubljana, 2011.
[8] Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport, Učni nacrt za poukfizike v gimnaziji,
Ljubljana, 2008.
[9] Ministarstvo kulture i prosvjete, Nastavni programi za gimnazije, Nastavni plan i
program za fiziku, Zagreb, 1994.
[10] Ministarstvo znanosti, obrazovanja i športa, Hrvatski nacionalni obrazovni standard
(HNOS): Nastavni plan i program za osnovnu školu, Zagreb, 2013.
[11] E. Mazur, Peer Instruction. A user’s manual,  Prentice Hall: Upper Saddle River NJ,
(1997).
[12] M. Planinić,  Najvažniji rezultati edukacijskih istraživanja u fizici, (2005).
[13] M. Planinić,  Interaktivni način poučavanja fizike, Najvažniji rezultati edukacijskih
istraživanja u fizici, Zbornik, Zagreb: Hrvatsko fizikalno društvo, (2009).
[14] S. Hasan, D. Bagayoko, E. Kelley, Misconceptions and the Certainty of Response
Indeks (CRI), Phys. Educ. (1999).
[15] N. Novosel, Konceptualno razumijevanje Newtonovih zakona i primjena na
rješavanje zadataka
(http://www.hfd.hr/sns2017/wp-content/uploads/2017/04/Zbornik_radova_2017-kb-str95-
102.pdf, datum dostupa 25.8.2019.).
[16]  R. Driver, E. Guesne, A. Tiberghien, Childern's ideas in science, Open University
Press, 1985.
[17] H. Meyer, Didaktika razredne kvake, Educa, Zagreb, 2002.
[18] B. Žarnić, Eseji iz filozofije odgoja: Epistemologija, logika i didaktika, 2001.
[19] A. Dulčić, Mehanika, PMF- Fizički odsjek, Sveučilište u Zagrebu, 2012.
49

[20] B. Erjavec, Newtonovi zakoni ili aksiomi?, Matematičkofizički list 2 ( 2013-2013),
136-139.
[21] B. Erjavec, Što je zapravo Sila?, Matematičkofizički list 1 ( 2013-2013), 60-62.
[22] M. Planinić, R.Krsnik i dr., Konceptualno razumijevanje mehanike kod hrvatskih
gimnazijskih maturanata, 5. znanstveni sastanak Hrvatskog fizikalnog društva (2007).
[23] M. Dželalija, Temeljni koncepti u mehanici, Stručni skup “Susreti nastavnika i
znanstvenika”, Zadar (2008).
[24] I. Halooun & D.Hestenes, Common sense concept about motion, Am. J. Phys. (1985),
1056-1065.
[25] Ministarstvo znanosti i obrazovanja, Kurikulum za nastavni predmet fizike za
osnovne škole i gimnazije u Republici Hrvatskoj,Zagreb, 2019.
[26] Ministarstvo znanosti i obrazovanja, Metodički priručnik iz fizike za osnovnu školu,
Zagreb, 2019.
[27]Ministarstvo znanosti i obrazovanja, Metodički priručnik iz fizike za srednju školu,
Zagreb, 2019.
[28] R. Krsnik, Metodički priručnik za nastavnika : Fizika za 1. razred gimnazije, Školska
knjiga, Zagreb, 2001.
[29]Ministarstvo znanosti i obrazovanja, Škola za život, Eksperimentalni program, 2018.
(https://skolazazivot.hr/, datum dostupa 31.8.2019.).
[30] Ministarstvo znanosti, obrazovanja i športa, Nacionalni okrivni kurikulum(NOK),
Zagreb, 2010.
[31] S. Ulen, M. Slavinec & I. Gerlič, Konceptualni pouk fizike v srednji šoli,ANALI
PAZU, 1 (2014), 6-17
(http://www.anali-pazu.si/sites/default/files/Separat_Konceptualni_pouk....pdf,
datum
dostupa 25.8.2019.).
[32] Nacionalni centar za vanjsko vrednovanje, Trends in International Mathematics and
Science Study(TIMSS),2015, (https://www.ncvvo.hr/medunarodna-istrazivanja/timss/,
datum dostupa 20.8.2019.)
[33] Nacionalni centar za vanjsko vrednovanje, Programme for International Student
Assessment (PISA),2015,
(https://www.ncvvo.hr/objava-rezultata-oecd-ova-medunarodnoga-istrazivanja-pisa-2015/,
datum dostupa 20.8.2019.)
[34] I. Gerlič, Metodika pouka fizike v osnovni šoli, Pedagoška fakulteta, Maribor, 1991.
[35] Pedagoški institut, Trends in International Mathematics and Science Study(TIMSS),
2015,( http://timsspei.splet.arnes.si/, datum dostupa 27.8. 2019.)
[36] A. Svedružić, Vrednovanje učinkovitosti učenja fizike putem računala za učenike
osnovne škole, Odgojne znanosti 8,  535-549.
[37] N. Kovačević, Implementacija konceptualnog testa u nastavi fizike, 2015.
(https://prezi.com/xsh07i0pfqhi/implementacija-konceptualnog-testa-u-nastavi-fizike/,
datum dostupa, 20.8.2019.)
50

[38] R. Junpei, Trial of “Force of Motion Conceptual Evaluation”tests in Japanese high
schools, The Physical Society of Japan, 2014.
[39] L. Radenković, Konceptualni testovi u nastavni mehanike, Master rad, PMF Niš,
2014.
(https://dokumen.tips/documents/konceptualni-testovi-u-nastavi-mehanike-
pmfniacrs-r-sadra-j-1-o-uvd-5-11.html, datum dostupa 20.8.2019.)
[40] T. Ivošević , Aktivno učenje i vrednovanje učenika u srednjoškolskoj nastavi fizike,
Stručni skup ŽSV nastavnika fizike PGŽ i LSŽ, 2011.
[41] I. Halooun & D.Hestenes, Interpreting the Force Concept Inventory, Phys. Teacher
(1985), 502-506.
[42] N. Dermici , A study about students’ misconceptions in force and motion concepts by
incorporating a Web-assisted Physics program,The Turkish Online Journal of
Educational Technology, 2005.
[43] Ž. Jarabek, Procjena razine uvjerenosti studenata u neke fizikalne koncepte
primjenom FCI testa, Diplomski rad, Sveučilište J. J. Strossmayera, Osjek, 2013.
[44] I. Bilić, Korelacije konceptualnih testova iz mehanike i znanstvenog zaključivanja,
Diplomski rad, PMF- Fizički odsjek, Sveučilište u Zagrebu, 2008.
[45] P. Nieminen, A. Savindainen i J. Viiri, Force Concept Inventory- based multiple-
choice test for investigating students' representational consistency, Phys. Rev. ST
Phys. Educ. Res. 6 (2010), 020109.
[46] A. Rutar, Uloga brzih testova u nastavnom procesu, Diplomski rad, PMF-Fizički
odsjek, Sveučilište u Zagrebu, 2007.
[47] M. H. Dancy, R. Beichner, Impact of animation on assessment of conceptual
understanding in physics, Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res. 2 (2006), 010104.
[48] M. Planinić, Konceptualni testovi iz mehanike i jednostavnih strujnih krugova i
njihova računalna implementacija, 2008.,
(http://www.phy.pmf.unizg.hr/~planinic/diplomski/nlaslo.pdf, datum dostupa 3.9.2019.)
[49] V. Bobšić, Usporedba konceptualnog razumijevanja u mehanici kod učenika prvih i
četvrtih razreda gimnazije, Diplomski rad, PMF- Fizički odsjek, Sveučilište u
Zagrebu, 2005,
(http://www.phy.pmf.unizg.hr/~dandroic/nastava/diplome/drad_vedran_bobsic.fdp, datum
dostupa 2.9.2019.).