Teória vyučovania fyziky

Názov v sekundárnom jazyku práce: Adaptation of Young Physicists Tournament problems for upper secondary school level.

Školiteľ: Kireš, Marián, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Formative assessment in physics teaching at secondary school

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Formatívne hodnotenie predstavuje jeden z najefektívnejších spôsobov ako ovplyvňovať výsledky vzdelávacieho procesu. Formatívne hodnotenie je zamerané na poskytnutie okamžitej spätnej väzby s cieľom podporiť žiacke učenie. Cieľom dizertačnej práce je analyzovať dostupné nástroje formatívneho hodnotenia a posúdiť možnosti ich implementácie pre podporu učenia vo fyzike. Dizertant v rámci realizácie práce navrhne súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby tak, aby dochádzalo k postupnému rozvíjaniu pochopenia fyzikálnych pojmov a javov ako aj zručností realizovať skúmanie a k rozvíjaniu samostatnosti a zodpovednosti v procese učenia. Efektivitu navrhnutého modelu overí pedagogickým výskumom.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Formative assessment is one of the most effective educational interventions to influence students´ achievements in their process of learning. Formative assessment is aimed at providing feedback to assist students´ learning. The main thesis goal is to analyse available formative assessment tools and consider their implementation to support learning in physics. The PhD student is expected to design a set of formative assessment tools for inquiry activities that will be consistently implemented into the inquiry-based learning scenario in order to develop understanding as well as inquiry skills so that learners assume more responsibility and become more independent in their own learning. The effectivity of the designed model will be evaluated by pedagogical research.

Školiteľ: Ješková, Zuzana, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Interactive methods and technologies in teaching physics of the microworld

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Práca je orientovaná na didaktický výskum v oblasti nového kurikula (obsahu a prístupov) do výučby fyziky s využitím najnovších interaktívnych vyučovacích metód a digitálnych technológií. Nové kurikulum by malo viac odzrkadľovať súčasné vedecké poznanie a technický pokrok ako tradičné. Súčasne by malo podať potrebné základy pre budúcich prírodovedcov a inžinierov, ktorých čaká riešenie takých problémov, akými sú dizajn nových vodivých materiálov, rýchle dátové úložiská s vysokou hustotou a prístupovou rýchlosťou, nové komunikačné technológie, nanoveda a nanotechnológie, alternatívne zdroje energií, kvantové počítače, počítačový dizajn liečiv, či modelovanie extrémne komplexných systémov zahrňujúcich klimatické a geofyzikálne javy. Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií. Uchádzač by mal mať isté skúsenosti s technológiou Jupyter notebookov, modelovaním v Geogebre a základmi modernej fyziky, najmä Feynmanovým priestoročasovým prístupom ku kvantovej fyzike a Einsteinovou teóriou relativity.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: The thesis is focused on physic education research in the new curriculum (content and approaches) in teaching physics using the latest interactive teaching methods and digital technology. The new curriculum should more reflect the current scientific knowledge and technological progress as traditional. At the same time, it should provide the necessary foundation for future natural scientists and engineers, who will be working on such problems as the design of new conductive materials, data storage of high density and access speed, new communications technologies, nanoscience and nanotechnology, alternative energy sources, quantum computers, computer drug design, and modelling of complex systems involving extreme climatic and geophysical phenomena. The work of a Ph.D. student will be concentrated on a study, selection, and preparation of educational activities in physics of the microworld, supported by experiments. The main goal will be the research dealing with the implementation of the new content in the micro-world physics in the school curriculum with subsequent analysis of the impact and effectiveness of selected methods and technologies. The applicant must have some experience in Jupyter technology, Geogebra modelling, and fundamentals of modern physics, especially Feynman’s spacetime approach to quantum physics and Einstein’s theory of relativity.

Školiteľ: Hanč, Jozef, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Model of teaching University General physics course

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Prednášková forma výučby je štandardne dominantne zastúpená vo vysokoškolskej príprave študentov. Avšak s postupnou implementáciou reformy vzdelávania sa pripravenosť študentov na náročný prechod na vysokoškolský spôsob vzdelávania výrazne znižuje. Táto situácia volá po zmenách vo vzdelávaní, predovšetkým v úvodných kurzoch štúdia fyziky na univerzite, ktoré sú pre úspešné pokračovanie štúdia kľúčové. Tieto zmeny smerujú k väčšiemu zastúpeniu interaktívnych metód výučby, ktoré by mali čiastočne nahradiť transmisívne metódy vzdelávania. Dizertačná práca je zameraná na analýzu pripravenosti študentov na štúdium fyziky na univerzite, prípravu aktivít, vhodných k zaradeniu do úvodných kurzov fyziky založených na interaktívnych metódach výučby, ich implementáciu do vzdelávania a analýzu efektivity ich zaradenia.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: At University level there are mostly traditional teaching methods based on lectures used. However, after the implementation of curriculum reform there is a significant decrease in the level of knowledge and skills of students entering University. The current situation calls for changes in education, concerning the first physics courses that students take part, in particular. These changes should lead to higher students´ engagement in their own learning by implementing interactive methods even during the lectures shifting the traditional way of teaching to more active learning environment. The thesis is aimed at the analysis of students’ level of understanding and skills before they start their University study, development of activities based on interactive approach, their implementation and analysis of their efficiency.

Školiteľ: Ješková, Zuzana, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: AI tools in innovative physics education.

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Nástroje umelej inteligencie (AI), najmä chatboty založené na pokročilých veľkých neurónových jazykových modeloch ako sú ChatGPT, Gemini alebo Mistral si vďaka svojim impozantným schopnostiam v rokoch 2023-2024 vyslúžili významnú pozornosť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, vrátane vzdelávania fyziky a STEM predmetov. Táto dizertačná práca sa zameria na hĺbkovú analýzu súčasného stavu, vplyvu, dynamického vývoja aj potenciálu týchto technológií v kontexte inovatívneho vzdelávania vo fyzike. Následne sa preskúmajú možnosti integrácie AI do učebných osnov a didaktických postupov, s cieľom pripraviť ukážkové vzdelávacie inovatívne aktivity podporené AI vo vybranej oblasti fyziky, spolu s metodickými usmerneniami pre ich efektívne využitie. Empirický zmiešaný výskum bude orientovaný na analýzu vplyvu týchto technológií na zvýšenie motivácie a efektívnosti výučby na stredných a vysokých školách. Práca by mala smerovať aj k zhodnotenie nových perspektív využitia AI, ktoré môže výrazne obohatiť a transformovať súčasnú pedagogickú prax vo fyzikálnom vzdelávaní.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Artificial Intelligence (AI) tools, especially chatbots based on advanced large-scale neural language models such as ChatGPT, Gemini, or Mistral, earned significant attention in 2023-2024 across various human activity sectors, including physics education and STEM subjects, due to their impressive capabilities. This dissertation will focus on an in-depth analysis of the current state, impact, dynamic development, and potential of these technologies within the context of innovative physics education. It will explore the possibilities of integrating AI into curricula and teaching methods, aiming to prepare exemplary educational activities supported by AI in a selected area of physics, along with methodological guidelines for their effective use. The empirical mixed methods research will be oriented towards analyzing the impact of these technologies on motivation and teaching efficiency at secondary and tertiary education levels. The work should also evaluate new perspectives on using AI, which could significantly enrich and transform current pedagogical practices in physics education.

Školiteľ: Hanč, Jozef, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Development the skill of argumentation in the conceptual physics course

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Žiakovo pochopenie fyzikálnych pojmov a javov je možné overovať prostredníctvom kvalitatívnych úloh a ich fyzikálnej interpretácie. Schopnosť vhodne použiť najdôležitejšie argumenty, správne ich usporiadať do uceleného výkladu fyzikálneho pojmu alebo javu sú znakmi zručnosti argumentovať. V rámci dizertačnej práce bude analyzovaný obsah kurzov konceptuálnej fyziky. Doktorand spracuje tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. Pre učiteľov fyziky vytvorí kurz kontinuálneho vzdelávania, ktorým poskytne základné východiská a materiály pre aplikáciu kvalitatívnych úloh vo výučbe fyziky na strednej škole. Na vybranej vzorke žiakov gymnázií bude skúmaný rozvoj zručnosti argumentovať a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia vybraných fyzikálnych pojmov a javov.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: The student's understanding of physics concepts and phenomenon can be verified through qualitative tasks and their physics interpretation. The ability to appropriately use the most important arguments, to correctly organize them into a comprehensive explanation of a physics concept or phenomenon are signs of the skill of arguing. The content of conceptual physics courses will be analyzed as part of the dissertation. The doctoral student will process a thematically sorted set of qualitative tasks and their clarification at the level of high school physics. For physics teachers, he will create a education course, which will provide basic starting points and materials for the application of qualitative tasks in the teaching of physics at the secondary school. The development of the ability to argue and the level of the student's conceptual understanding of selected physical terms and phenomena will be investigated on a selected sample of high school students.

Školiteľ: Kireš, Marián, doc. RNDr. PhD.