Témata prací

Anotace

Práce se zaměří na to, jak lze prvky hry využít jako motivační rámec propojující jednotlivé fyzikální pokusy s jednoduchými pomůckami. Práce se může zaměřit na děti předškolního věku, žáky 1. stupně i žáky 2. stupně ZŠ či střední školy (konkrétní věková skupina stejně jako konkrétní herní forma budou upřesněny po dohodě).

Cíle práce

• Zmapovat a zhodnotit existující přístupy k využití gamifikace ve fyzikálním a přírodovědném vzdělávání dětí a mládeže napříč zvolenou věkovou skupinou.
• Navrhnout vlastní gamifikovaný materiál propojující vybrané pokusy s herními prvky, přiměřený zvolené věkové skupině.
• Ověřit srozumitelnost a přitažlivost navrženého materiálu v pilotním testování s vybranou skupinou dětí či žáků.
• Formulovat doporučení pro učitele a rodiče k využití vytvořeného materiálu v praxi.

Předpokládaná metodika

Rešerše odborné a metodické literatury ke gamifikaci ve vzdělávání, tvorba prototypu materiálu, pilotáž s dětmi či žáky (pozorování, případně krátký rozhovor s účastníky), vyhodnocení a úprava materiálu na základě zpětné vazby.

Anotace

Práce se zaměří na to, jak lze vyprávěný příběh (postava, dějová linie, prostředí) využít jako motivační rámec propojující jednotlivé fyzikální pokusy s jednoduchými pomůckami. Práce se může zaměřit na děti předškolního věku, žáky 1. stupně i žáky 2. stupně ZŠ či střední školy (konkrétní věková skupina stejně jako konkrétní způsob použití příběhu budou upřesněny po dohodě).

Cíle práce

• Zmapovat a zhodnotit existující přístupy k využití storytellingu ve fyzikálním a přírodovědném vzdělávání dětí a mládeže napříč zvolenou věkovou skupinou.
• Navrhnout vlastní příběhový rámec propojující vybrané pokusy s dějovou linií a postavami, přiměřený zvolené věkové skupině.
• Ověřit srozumitelnost a přitažlivost navrženého materiálu v pilotním testování s vybranou skupinou dětí či žáků.
• Formulovat doporučení pro učitele a rodiče k využití vytvořeného materiálu v praxi.

Předpokládaná metodika

Rešerše odborné a metodické literatury ke storytellingu ve vzdělávání, tvorba prototypu materiálu, pilotáž s dětmi či žáky (pozorování, případně krátký rozhovor s účastníky), vyhodnocení a úprava materiálu na základě zpětné vazby.

Anotace

Cílem práce je zjistit, jaký dlouhodobý vliv mají popularizační programy zaměřené na mladší školní děti na jejich pozdější vztah k fyzice a přírodním vědám. Práce naváže na vybrané aktivity v této oblasti a rozšíří je o evaluaci s delším časovým odstupem.

Cíle práce

• Provést rešerši metodologických přístupů k hodnocení dlouhodobého dopadu popularizačních programů ve vzdělávání.
• Navrhnout design výzkumu (dotazníkové šetření, případně polostrukturované rozhovory) pro žáky, kteří se v minulosti účastnili vybraného programu.
• Realizovat sběr dat a provést jejich analýzu.
• Formulovat doporučení pro další rozvoj popularizačních aktivit katedry.

Předpokládaná metodika

Smíšený výzkumný design kombinující kvantitativní dotazníkové šetření s kvalitativními rozhovory; statistické zpracování dat; komparace s výsledky obdobných zahraničních studií.

Anotace

Cílem práce bude vytvořit materiály s návody na pokusy přizpůsobené rodičům bez pedagogického vzdělání. Materiál může být koncipován pro děti předškolního věku či mladšího školního věku (konkrétní věková skupina bude upřesněna po dohodě). Důraz bude kladen na jednoduchý jazyk, důsledné zohlednění bezpečnosti a využití pomůcek běžně dostupných v domácnosti.

Cíle práce

• Analyzovat existující metodické materiály pro pedagogy MŠ a ZŠ a identifikovat, co je třeba upravit pro laickou rodičovskou veřejnost.
• Vybrat, popsat a vyzkoušet vhodné pokusy s ohledem na zvolenou věkovou skupinu, bezpečnost a dostupnost pomůcek.
• Zpracovat materiál do uživatelsky přívětivé podoby (např. sada karet nebo brožura).
• Ověřit srozumitelnost materiálu s vybranou skupinou rodičů.

Předpokládaná metodika

Analýza existujících materiálů, tvorba a grafické zpracování metodické příručky, pilotní ověření srozumitelnosti formou dotazníku nebo krátkého rozhovoru s rodiči.

Anotace

Práce vychází z mezinárodní spolupráce v oblasti STEAM vzdělávání a zaměří se na vybraný zahraniční program či soubor aktivit, například materiály vytvořené Science on Stage (https://www.science-on-stage.eu/teachingmaterials). Cílem je analyzovat koncepci vybraného programu, porovnat ji s českým přístupem k přírodovědnému vzdělávání a vytvořit lokalizovanou verzi vhodnou pro české mateřské, základní či střední školy. Práce se může zaměřit na materiály pro děti předškolního věku, žáky 1. stupně i žáky 2. stupně ZŠ či střední školy (konkrétní věková skupina bude upřesněna po dohodě).

Cíle práce

• Popsat a analyzovat vybraný zahraniční program STEAM vzdělávání a jeho kurikulární zakotvení.
• Porovnat přístup k přírodovědnému vzdělávání dětí a žáků zvolené věkové kategorie v zahraničí a v ČR.
• Navrhnout a jazykově i kulturně adaptovat vybrané aktivity pro české prostředí.
• Ověřit adaptovaný materiál v praxi (např. ve spolupráci s konkrétní školkou či školou).

Předpokládaná metodika

Analýza zahraničních zdrojů a kurikulárních dokumentů, komparativní analýza, tvorba a pilotní ověření adaptovaného materiálu formou akčního výzkumu.

Anotace

Práce se zaměří na úpravu vybraných jednoduchých fyzikálních pokusů tak, aby byly smysluplně proveditelné a přínosné pro děti a žáky například se zrakovým nebo sluchovým postižením či jinými specifickými potřebami, s důrazem na alternativní smyslové vnímání (hmat, zvuk, vibrace). Práce se může zaměřit na děti předškolního věku, žáky 1. i žáky 2. stupně ZŠ (konkrétní věková skupina bude zvolena po dohodě).

Cíle práce

• Zmapovat dosavadní přístupy k výuce přírodních věd u dětí a žáků se speciálními vzdělávacími potřebami ve zvolené věkové kategorii.
• Ve spolupráci se speciálním pedagogem vybrat a upravit sadu pokusů vhodných pro cílovou skupinu.
• Ověřit navržené pokusy v praxi s konkrétní skupinou dětí či žáků.
• Zpracovat metodická doporučení pro pedagogy pracující s touto cílovou skupinou.

Předpokládaná metodika

Rešerše odborné literatury, konzultace se speciálním pedagogem, tvorba a pilotní ověření upravených pokusů, kvalitativní vyhodnocení (pozorování, rozhovor s pedagogy).

Anotace

Práce se zaměří nikoli na děti, ale na jejich budoucí pedagogy: cílem je navrhnout krátký metodický kurz či workshop, který naučí studentky a studenty učitelství pro MŠ a 1. stupeň ZŠ samostatně vést jednoduché fyzikální pokusy, a to i v případě, že sami vůči fyzice pociťují obavy či nejistotu.

Cíle práce

• Analyzovat, jaké obavy a bariéry mají studující učitelství MŠ a 1. stupně ZŠ ve vztahu k výuce fyziky.
• Navrhnout scénář krátkého metodického kurzu reagujícího na zjištěné bariéry.
• Kurz pilotně odučit s vybranou skupinou studujících.
• Vyhodnotit zpětnou vazbu účastnic a účastníků a formulovat doporučení pro další využití kurzu.

Předpokládaná metodika

Dotazníkové šetření mapující obavy cílové skupiny, tvorba scénáře kurzu, jeho pilotní realizace, evaluace prostřednictvím dotazníku a/nebo skupinového rozhovoru.

Anotace

Práce se zaměří na vybranou tematickou oblast z Praktika školních pokusů I (mechanika, vlnová optika, akustika a kmitání a vlnění, molekulová fyzika a termika) s cílem zmapovat, aktualizovat a rozšířit soubor pokusů zařazených do Praktika školních pokusů I a tento soubor pokusů pilotně ověřit se studenty.

Cíle práce

• Seznámit se s pomůckami a pokusy z vybrané oblasti zařazenými do Praktika školních pokusů I a Interaktivní fyzikální laboratoře.
• Zmapovat vybranou tematickou oblast z hlediska výuky fyziky na ZŠ a SŠ se zaměřením na fyzikální pokusy.
• Aktualizovat a doplnit soubor pokusů z vybrané oblasti pro zařazení do Praktika školních pokusů I.
• Vytvořený soubor pokusů opilotovat v rámci Praktika školních pokusů I a na základě pilotáže jej upravit a doplnit.
• Vytvořené materiály zpřístupnit dalším zájemcům.

Předpokládaná metodika

Rešerše odborné a metodické literatury, analýza stávajícího souboru pokusů, tvorba a pilotáž nových či upravených pokusů v rámci výuky Praktika školních pokusů I, vyhodnocení pilotáže a úprava materiálů.

Předmětem bakalářské práce je příprava vybraných experimentů do elektronické Sbírky fyzikálních pokusů (https://fyzikalnipokusy.cz/cs). Jde o experimenty zaměřené na tepelné jevy, které využívají k vizualizaci povrchové teploty objektů termovizní kameru. Řešitel/ka práce ve spolupráci s vedoucím experimenty navrhne, připraví, provede a zdokumentuje tak, aby mohly sloužit učitelům jako inspirace do jejich výuky. Podle složitosti bude výstupem 7–10 zpracovaných experimentů, které budou sledovat strukturu běžně používanou ve Sbírce: cíl – pomůcky – teorie – postup – vzorový výsledek (např. výpočet, graf, fotka, video) – technické poznámky – metodické poznámky.

Rešeršní typ práce, kde by bylo cílem zmapovat, jak se využívá platforma Arduino obecně na úrovni SŠ a následně specificky ve výuce fyziky. Šlo by především o analýzu konferenčních sborníků (případně knih abstraktů) a návodů na internetu. V případě diplomové práce bychom se pustili i do analýzy odborných článků.

Praktická část práce by spočívala v testování dohledaných námětů a návodů z hlediska jejich funkčnosti a uživatelské přívětivosti.

Tato práce je vhodná zejména pro zájemce, kteří by se chtěli Arduinu a podobným věcem věnovat dlouhodobě. Podobná rešerše typicky tvoří základ doktorské práce, takže by se zde dalo v případě pokračování na doktorát věnovat rovnou zajímavějším aktivitám. Práce je vhodná i pro zájemce bez zkušeností s platformou Arduino.

Zkušenosti zatím ukazují, že dostupné návody k Arduinu a různým senzorům nejsou typicky fyzikálně zaměřené – tedy takové, kde by nešlo primárně o optimální kód, ale kde by bylo vidět, jaké fyzikální zákony a vztahy při měření používáme. Šlo by tedy o tvorbu takových návodů ve dvou verzích. Jedna verze by byla fyzikálně „průhledná“, ve druhé verzi bychom kód ve spolupráci s informatiky optimalizovali. V případě diplomové práce by proběhla i pilotáž v reálné výuce, následná úprava vytvořených návodů a jejich anglická mutace. Práce je vhodná i pro zájemce bez zkušeností s platformou Arduino.

Cílem práce je vybrat zajímavé a pro školní výuku vhodné fyzikální experimenty, které byly prezentovány na festivalech Science on Stage. Vybrané pokusy student prakticky ověří a zpracuje do podoby sbírky fyzikálních experimentů (fyzikalnipokusy.cz).

Cílem práce je zpracovat metodické materiály přímo použitelné do výuky navázané na revidované RVP ZV. Konkrétní témata aktivit budou domluvena dle zájmu studenta.

Cílem práce je vytvořit materiál ukazující základní principy předpovědi počasí tak, aby mohl sloužit jako metodický materiál k výuce na ZŠ. Na práci bude jako konzultant spolupracovat kolega z KFA MFF UK.

Bakalářská práce by měla dva cíle:

1. doplnit Sbírku řešených úloh o přibližně 10 úloh z elektrostatiky, které typově ve Sbírce zatím nejsou (např. řešení Laplaceovy rovnice, metoda zrcadlení apod.) – úlohy by byly vybrány po dohodě mezi řešitelem a vedoucí práce, vybrané úlohy mohou být doplněny i interaktivními prvky v GeoGebře (pak by jejich počet byl nižší)
2. vytvořit přehledného „průvodce“ úlohami z elektrostatiky ve Sbírce pro studenty 1. ročníku pro předmět NFUF103 Elektřina a magnetismus

Práce je vypsána v SISu s těmito zásadami pro vypracování:

1. Seznámit se s učebními texty a zejména sbírkami úloh z kvantové mechaniky (tištěnými i dostupnými online) na úrovni úvodního VŠ kurzu kvantové mechaniky.
2. Seznámit se s technickým řešením Sbírky úloh na serveru KDF a zadáváním úloh do databáze této sbírky.
3. Ve spolupráci s vedoucí práce vybrat z dostupné literatury náměty na vhodné úlohy. Zadání úloh vhodně modifikovat, případně vytvořit zadání vlastní.
4. K vybraným úlohám vytvořit podrobná strukturovaná řešení včetně obrázků a vhodných nápověd tak, aby vytvořené úlohy mohly být využívány pro samostudium a čtenáře vedly k aktivnímu přemýšlení. Řešení úloh včetně obrázků vypracovat také tak, aby navazovala na již publikované úlohy a také na vznikající učební texty pro předmět NFUF204 Úvod do kvantové mechaniky a kvantové teorie.
5. Elektronická podoba úloh musí umožnit okamžitou publikaci vytvořených úloh ve Sbírce na serveru KDF.

Očekávala bych zpracování 15–20 úloh (dle jejich rozsahu). Úlohy bychom vybraly z dostupných sbírek zadání, případně ze zdrojů, které mám povoleno převést do Sbírky. Vybrané úlohy mohou být doplněny i interaktivními prvky v GeoGebře (pak by jejich počet byl nižší).

Práce je vypsána v SISu s těmito zásadami pro vypracování:

1. Seznámit se s technickým řešením elektronické Sbírky fyzikálních pokusů vyvíjené na KDF a se zadáváním experimentů do databáze Sbírky.
2. Ve spolupráci s vedoucí práce vybrat experimenty zabývající se fyzikou mikrosvěta, které by byly vhodné pro převedení do Sbírky. U těchto experimentů se inspirovat možnostmi jejich provedení a zařazení do výuky uvedenými v literatuře a na internetu.
3. Vybrané experimenty provést a najít spolehlivý způsob, jakým by je mohl opakovatelně provést učitel na střední škole, včetně doporučení na vhodné pomůcky (zejména u méně obvyklých).
4. Zpracovat doporučený postup provedení vybraných experimentů doplněný metodickými a technickými komentáři a vhodnou obrazovou dokumentací, resp. videodokumentací.
5. Návody publikovat ve Sbírce.

Práce by navazovala na bakalářskou práci Pavla Buřity, který zpracoval Michelsonův interferometr, kvantovou kryptografii BB84 a Malusův zákon. V práci by se použila stejná stavebnice a rozpracovaly další nápady, které její autor publikoval na webu stavebnice, do podoby pracovních listů a metodických pokynů pro učitele. V rámci práce by bylo pravděpodobně potřeba sestavit i nové moduly této stavebnice (luxmetr, štěrbiny, mřížky, …).

Úkolem by bylo seznámit se s tím, jak graficky znázornit kvantové procesy a kvantové výpočty (dle Boba Coecka a Stefana Gogiosa), a následné z toho vytvořit materiál pro české zájemce jako alternativní způsob zápisu a přemýšlení o těchto procesech.

Autoři publikovali také výzkumy, podle nichž tento způsob zápisu zpřístupní složitější témata výrazně mladším zájemcům tak, že jsou schopni řešit i složité úlohy. Ale rozpracovat i toto by bylo určitě na diplomku či práci ještě většího rozsahu.

Bob Coecke, Stefano Gogioso: Quantum in Pictures: A New Way to Understand the Quantum World, Cambridge Quantum, 2023

Cílem práce by bylo vytvořit praktický návod pro učitele a středoškoláky, jak si pustit výpočet na skutečném kvantovém počítači IBM (s využitím 10 minut, které dává IBM zdarma). Postupy jsou popsané, ale jsou obvykle velmi stručné a poměrně technické.

Článek, ze kterého lze vyjít: https://mfi.upol.cz/index.php/mfi/article/view/1077/791

V druhé části práce by bylo úkolem zpracovat návody na několik zajímavých, ale zároveň dostatečně jednoduchých úloh, které by si mohli zájemci zkusit.

Cílem práce by bylo projít publikované materiály projektů Quantum Computing in STEM nebo Einstein-First. Z těchto projektů vybrat nápady, které by mohli čeští učitelé použít ve výuce. Materiály přeložit do češtiny a případně přizpůsobit podmínkám v naší republice.

Oba projekty jsou zaměřené na to, jak (nejen) kvantovku předávat studentům ve věku 11–18 let, obsahují skvělé nápady včetně experimentálních aktivit. V obou případech jsem v kontaktu s autory, takže lze případně konzultovat problematická místa či získat zdrojové soubory.

Seznámíte se s metodou oční kamery a v rámci bakalářky nebo diplomky zrealizujete výzkum zaměřený na strategie řešení úloh žáky. Výzkum může být jak kvantitativní, více se zaměříte na porovnání různých skupin žáků, apod. nebo kvalitativní, kdy se můžete více ponořit do procesů přemýšlení individuálních žáků. Úlohy se mohou týkat různých fyzikálních oborů nebo reprezentací (grafy, obrázky).

• Téma je zaměřené na současnou praxi studentů při využívání genAI ve svém studiu. Nejde primárně o to, jak často AI používají, ale jaké konkrétní nástroje volí, k čemu je využívají, co se jim osvědčuje či neosvědčuje a jak objevují nové možnosti jejich využití.
• Výstupem může být přehled současné studentské praxe využitelný jako inspirace pro studenty i vyučující.

Poznámka: Téma bude potřeba přesněji vymezit; finální podobu práce stanovíme po společné diskuzi se zájemcem.

• Téma je zaměřeno na tvorbu a ověření modelových scénářů zachycujících různé způsoby využití genAI při studiu na VŠ. Půjde zejména o situace, které se pohybují v etické „šedé zóně“.
• Navržené scénáře budou využity v diskuzích se studenty. Cílem není hledat jednoznačné odpovědi na otázku, co je a není dovoleno, ale podpořit přemýšlení nad etickými aspekty využívání genAI, uvědomování si vlastních hranic a reflexi různých pohledů na tuto problematiku. Zajímavou součástí může být i debata o tom, zda a za jakých okolností studenti své etické hranice posouvají a nakolik jsou jejich postoje v souladu s doporučeními či pravidly univerzity a fakulty.
• Výstupem může být soubor ověřených scénářů a doporučení pro jejich využití ve vzdělávání budoucích učitelů, například formou seminářů nebo moderovaných diskuzí.

Poznámka: Téma bude potřeba přesněji vymezit; finální podobu práce stanovíme po společné diskuzi se zájemcem.

V učebnicích fyziky pro lékaře a další zdravotníky se vyskytují nepřesnosti, zavádějící informace, chyby… Pokud by někdo měl chuť být v tomto směru detektivem a lovcem fyzikálních neadekvátností a zároveň kreativcem, který navrhne vylepšení, budu s ní(m) velmi rád spolupracovat. Výsledkem může být reálné zlepšení těchto textů.

Práce už je v SISu vypsána (zatím jako bakalářská), s těmito zásadami:

1. Vytipovat v současné době používané české fyzikální učebnice pro lékařské a zdravotnické obory.
2. Reflektovat vybrané části některých z těchto učebnic z hlediska jejich fyzikální adekvátnosti.
3. Navrhnout konkrétní úpravy textů, příp. obrázků, které mohou přispět k odstranění zjištěných neadekvátností.
4. Nabídnout tyto úpravy autorům nebo vydavatelům těchto učebnic, aby mohlo v budoucnu dojít ke zkvalitnění těchto učebnic.

V minulých letech vzniklo několik tzv. kompetenčních rámců absolventů učitelství (jednak obecný, jednak specifický pro fyziku a další obory). Otázkou je, jak je smysluplně využít, aby díky nim mohla být zlepšena výuka fyziky na SŠ a ZŠ. Zadání této práce je zatím velmi otevřené. Hodí se zejména pro studenty, kteří mají širší přesah přes fyziku do oblasti didaktiky fyziky a pedagogiky. Práce by jednak úžeji navázala na Oborově specifický kompetenční rámec pro fyziku (https://www.mff.cuni.cz/cs/kdf/studenti/kompetencni-ramec), jednak na již obhájenou diplomovou práci Aktivity do výuky fyziky související s kompetenčním rámcem absolventů učitelství a na ni navazující článek https://mfi.upol.cz/index.php/mfi/article/view/1044.

Na základě řešené bakalářské práce Fyzikální experimenty jako součást maturity z fyziky se ukázalo, že vyhledávání informací o tom, zda a jakým způsobem je fyzikální experimentování součástí maturity (nebo obdobného zakončení středoškolského studia) v různých zemích, by zasloužilo samostatnou práci. Šlo by tedy o vyhledávání informací v mezinárodních časopisech, konferenčních sbornících, na webech jednotlivých škol apod., analyzování a porovnávání těchto informací.