Slutrapport för Internetfonden Webbprogrammering i matematik och fysikundervisning Mikael Tylmad mikael@roboro.se Fredrik Atmer fredrik.atmer@gmail.com Ella Kai-Larsen e@k-l.se 10 april 2014 http://www.profyma.se/ http://www.roboro.se/
1 Inledning Webben är idag en kraftfull plattform som kan hantera mycket mer än bara vanliga hemsidor. Vi på Roboro har tidigare drivit projekt i samarbete med Internetfonden där vi utvecklat undervisningsmaterial och utvärderat webben som inlärningsmiljö för programmering. Då inriktade vi riktade in oss på spelprogrammering med en pedagogik främst riktad mot gymnasie- och högstadieungdomar. Med detta projekt har vi undersökt om samma konceptet går att applicera på matematik- och fysikundervisningen. Både matematik och fysik är viktigt i spelprogrammering, men om man som matte- och fysiklärare vill utnyttja detta, och inte har någon programmeringslärare att samarbeta med, kan avsaknaden av programmeringskunskaper bli ett alltför stort hinder att passera. Detta projekt handlade om att utveckla färdiga lektionspaket och en utvecklingsmiljö som lärare och elever kan utnyttja, oavsett om de hade någon tidigare programmeringserfarenhet. Resultatet är en webbapplikation som heter Profyma: http://www.profyma.se/ När elever och lärare hittar sätt att tillämpa formler och ekvationer på riktigt blir undervisningen rolig och enkel. Det behövs vektoraritmetik och kunskap kring elastiska kollisioner när man bygger ett biljardspel, och ska man ha pansarvagnar som skjuter projektiler på månen måste man lära sig hur kastparabler fungerar. Denna typ av tillämpad undervisning är både rolig och eektiv. I Profyma kan elever utföra laborationer där de jobbar med programmering för att utforska matematik och fysik, och lärare kan skapa egna laborationer åt sina elever, eller kopiera redan färdiga lektionspaket. Elever kan samarbeta och lämna in sina resultat till läraren, och läraren kan ge direkt feedback i samma interface som eleven använder. Systemet bygger helt på öppen mjukvara och följer öppna standarder. Utöver själva utvecklingsmiljön har vi också skapat fyra lektionspaket, samt testat dessa på gymnasieklasser, utvärderat deras resultat och nslipat materialet. 2 Mål och syfte IKT (Informations- och kommunikationsteknik) i undervisningen är en av de mest aktuella frågorna i skolan idag. Enligt läroplanen är det skolans ansvar att varje elev ska kunna använda modern teknik som ett verktyg för kunskapssökande, kommunikation, skapande och lärande. Att få in informationssökning och kommunikation i skolan med hjälp av digitala verktyg har lyckats ganska bra och känns idag som en naturlig del av utbildningen. Där man inte har kommit lika långt och
det vi ville fokusera på i projektet var att använda digitala verktyg för skapande och lärande. Tanken med Profyma är att man med hjälp av programmering ska få en djupare förståelse för fysik och matematik. Vi ville att verktyget skulle kunna användas av lärare och elever som inte hade några förkunskaper inom programmering. Syftet är alltså att samtidigt som eleverna lär sig programmering lär de sig också matematik och fysik. Eller om man vill, samtidigt som de lär sig matematik och fysik lär de sig också grundläggande programmering. Vårt mål var att skapa ett system som gjorde allt detta möjligt, och även gjorde det enkelt för lärare att jobba tillsammans med eleverna. Vi har också som mål att er elever ska bli intresserade av programmering, och speciellt upptäcka vilken häftig plattform webben är. Om man lär sig programmera lite för webben, så kan man dra nytta av det oavsett vilket yrke man senare får. 3 Projektbeskrivning Projektet startade under hösten 2013 med att de lektionspaket som vi ville skapa blev denerade. Systemets krav växte snabbt under den initiala projektperioden, och programmeringen av systemet skedde samtidigt som lektionsplaneringen. På det sättet skapades Profyma från lärarnas och elevernas synvinkel, och inte ur en systemutvecklares synvinkel. Vi ville i era lektionspaket fokusera på olika matematiska och fysikaliska begrepp och ha en miljö där elever laborerar sig fram genom att skapa simuleringar och matematiska modelleringar av verkliga och vardagsnära förlopp. Det är ett undersökande arbetssätt där elevernas nykenhet och kreativitet tas tillvara. Hela Profyma skulle bli webbaserat och till 100% bygga på öppen källkod. Vi ville också att systemet skulle fungera på alla olika typer av datorer, utan installation av någon speciell mjukvara. Webben är en perfekt miljö för en sådan applikation, eftersom HTML5 och JavaScript gör det möjligt att bygga avancerade lösningar som endast kräver att användaren har en någorlunda vettig webbläsare. Vissa av lektionspaketen som vi skapade åskådliggör annars praktiskt svårgenomförbara moment, till exempel att slå en tärning 1000 gånger. I andra paket använde vi oss av tankegången i programmering som hjälp för att lättare ta till sig matematiska begrepp, exempelvis funktioner. Med Profyma fanns det också möjlighet att undersöka sådant som annars fordrar tidskrävande numeriska beräkningar, exempelvis luftmotstånd. Utöver de färdiga lektionspaket som vi skapade under projektet ville vi också bygga en lösning där andra kunde skapa sina egna paket, direkt på webben. Nu kan både elever och lärare bidra till en kunskapsbank av lektionsunderlag, och på så sätt kan alla lätt komma igång och ta del av bra idéer och bli inspirerade. När systemet började bli färdigt och lektionerna var planerade schemalade vi lektioner på Tullinge gymnasium, Botkyrka, där vi prövade materialet på olika klasser som alla hade olika bakgrund när det gäller programmering. Vissa hade aldrig programmerat förrut, andra hade läst programmeringskurser. Det visade sig att lektionerna fungerade lika bra, oavsett bakgrund. Profyma byggdes för att vara heltäckande, så att elever inte behöver använda något annat hjälpmedel under en lektion. I systemet kan man läsa genomgångar, samtidigt som man kör simulationer och svarar på uppgifter. 4 Leverabler Med projektet levereras en komplett webbapplikation som hittas på http://www.profyma.se/. I webbapplikationen kan lärare och elever skapa och utföra laborationer där allt sker i webbläsaren. Del av projektet är också fyra färdiga laborationspaket som innehåller både genomgångar, simulationer och uppgifter. På det sättet blir Profyma en laborationsutrustning, lärobok och lärarhandledning på en och samma gång.
Lektionspaketen ck följande inriktningar: Stötar Fritt fall Funktionsbegreppet inom matematik Sannlikhetslära med tärningar Två lektioner med inriktning mot matematik och två mot fysik. Varje paket kan studeras närmare på hemsidan, men bilden på första sidan i denna rapport är en skärmdump från Stötar -lektionen. 5 Resultat Resultatet blev ett webbapplikation som man nu kan använda i sin undervisning på gymnasiet, oavsett om man kan programmera eller inte. En lärare i matematik eller fysik kan ta ett redan färdigt lektionspaket och be sina elever surfa in på laborationen. Att ippa sin undervisning är precis lika enkelt, eftersom eleverna kan jobba lika bra hemma som på skolan. Eftersom vi byggde allt material i systemet själva, vet vi att andra nu kan göra samma sak. Vi hoppas att se era lärare fortsätta med detta så att kunskapsbanken växer! På ett sätt har Profyma resulterat i en gratis, interaktiv lärobok där man kan läsa genomgångar och pröva sin kunskap, samtidigt som man experimenterar och upptäcker. 6 Utvärdering och analys 6.1 Utvärdering av resultat Vi är mycket nöjda med resultatet från detta projekt, och tror att era kommer att tycka om Profyma, både lärare och elever. De elever som utförde våra laborationer gav positiv feedback och era av dem pratade mycket om programmering efteråt. Det var tydligt att laborationerna gav mersmak. 6.2 Förslag på förbättringar Idag tillåter Profyma vem som helst att surfa in, utföra laborationer och skapa eget material. Man behöver inte något konto eller liknande, allt för att förenkla användandet. Hela systemet bygger på att alla användare får egna länkar till laborationerna, som de helt enkelt får komma ihåg, eller skriva upp någonstans. Länkarna kan man sedan skicka till sin lärare för inlämningssyften, eller kanske till sina kompisar för att visa varandra hur man jobbat. Dock så saknas det en plats där man kan samla allt sitt arbete, och kanske dela med sig av kommentarer till andra. Ett litet community, där man bakom inloggning kan se de projekt man skapat, vilka projekt man utfört, och på så sätt hitta tillbaka till arbete utan att behöva hålla reda på alla olika länkar. Givetvis vill vi behålla funktionaliteten som den är idag, så att man fortfarande kan använda hela systemet utan att behöva ha ett konto. Vi är dock säkra på att era kommer vilja ha ett konto, just för att enklare hålla reda på sitt arbete. Givetvis vill vi att en sådan förbättring fortfarande ska innebära att Profyma till 100% är gratis för all framtid framöver. Det går också att förbättra systemet avsevärt när det gäller kategorisering och upphittande av nytt material. Nu när systemet precis är utvecklat och innehåller totalt fyra lektionspaket så kan man på första sidan visa dessa. Men när det blir er och er projekt som andra elever och lärare skapar, uppstår oordning. Detta kommer bli en nödvändig åtgärd om systemet blir populärt.
En annan möjlig förbättring vore att göra det möjligt för en lärare att kunna abbonnera på elevers laborationer, och i en enkel list-vy kunna samla hela sin klass. Då skulle det vara lättare att se hur det går för alla ens elever. 7 Framtida arbeten Vi planerar att göra en till ansökan till Internetfonden där vi vill bygga ut Profyma med möjligheter till användarhantering samt ett internt community, som tidigare beskrivet. Vi vill också förbättra användarupplevelsen när systemet får er och er lektionspaket samt bygga specika funktioner för lärare, som tidigare beskrivet. Det skulle också vara möjligt att göra en ansökan om att skapa er lektionspaket till Profyma, separerat från att bygga ut funktionaliteten i systemet.