AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED

Transcription

1 Pedagogická fakulta Trnavská univerzita v Trnave AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Zborník z medzinárodnej konferencie Smolenice október 2012 Trnava 2012

2 Názov AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Zborník z medzinárodnej konferencie Smolenice október 2012 Zostavovateľ doc. Ing. Ján Reguli, CSc. Recenzenti prof. PhDr. Martin Bílek, PhD. prof. RNDr. Hana Čtrnáctová, CSc. doc. PaedDr. Pavel Doulík, PhD. doc. RNDr. Mária Ganajová, CSc. prof. PhDr. Ľubomír Held, CSc. doc. RNDr. Marta Klečková, CSc. doc. RNDr. Jarmila Kmeťová, PhD. prof. RNDr. Miroslav Prokša, PhD. doc. Ing. Ján Reguli, CSc. doc. Mgr. Václav Richtr, CSc. doc. RNDr. Beáta Brestenská, PhD. Technický redaktor PaedDr. Mária Orolínová, PhD. Vydala Pedagogická fakulta Trnavskej univerzity v Trnave, 2012 ISBN

3 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Recent Trends in Science Education Zborník z medzinárodnej konferencie Smolenice október 2012 organizovanej Katedrou chémie Pedagogickej fakulty Trnavskej univerzity v Trnave v spolupráci s odbornou skupinou SCHS pri SAV pre vyučovanie chémie pri príležitosti 20. výročia založenia TU

4 Medzinárodný vedecký výbor doc. Ing. Ján Reguli, CSc. prof. PhDr. Martin Bílek, PhD. prof. RNDr. Hana Čtrnáctová, CSc. doc. PaedDr. Pavel Doulík, PhD. doc. RNDr. Mária Ganajová, CSc. prof. PhDr. Ľubomír Held, CSc. Dr. Hab. Riszard M. Janiuk doc. RNDr. Marta Klečková, CSc. doc. RNDr. Jarmila Kmeťová, PhD. prof. Dr. hab. Jan Rajmund Paśko prof. RNDr. Miroslav Prokša, PhD. doc. Mgr. Václav Richtr, CSc. Organizačný výbor doc. Ing. Mária Linkešová, CSc. Ing. Ivona Paveleková, CSc. PaedDr. Mária Orolínová, PhD. PaedDr. Katarína Kotuľáková, PhD. Mgr. Jozefína Dobrovodská Mgr. Lenka Cepková Mgr. Romana Schubertová Ivona Cepková Ďalšie informácie II

5 Milí kolegovia, priatelia prírodovedných predmetov a najmä chémie. Práve otvárate Zborník príspevkov medzinárodnej vedeckej konferencie Aktuálne trendy vo vyučovaní prírodných vied. Konferencia sa už po štvrtýkrát koná v priestoroch Kongresového centra Slovenskej akadémie vied v krásnom prostredí Smolenického zámku. Ako usporiadatelia vyjadrujeme potešenie, že naše pozvanie do Smoleníc (a v priebehu konferencie aj do Trnavy) v období osláv 20. výročia založenia Trnavskej univerzity prijali autori 65 príspevkov nielen z Poľska, Českej republiky a Slovenska, ale aj zo vzdialeného Maroka (a prostredníctvom spoluautora aj z Lotyšska). Na konferencii sa schádzajú nielen poprední predstavitelia teórie chemického vzdelávania (alebo didaktiky chémie), ale, čo nás obzvlášť teší, aj významný počet doktorandov. Príspevky našich didaktických konferencií spájajú dva ciele: Pripraviť hodiny chémie pre žiakov na všetkých úrovniach škôl čo najpútavejšie, najpríťažlivejšie, skrátka tak, aby sa na ne tešili, ale najmä aby si chémiu obľúbili a porozumeli jej. Toto bol vlastne druhý cieľ. Prvým cieľom je pripraviť učiteľov chémie, ktorí to dokážu. Cesta k splneniu týchto cieľov je náročná, pretože spoločnosť nám hádže pod nohy polená nielen predstavami, že produkty chemikov sú najmä chemikálie, čiže jedy, ale najmä nedocenením postavenia učiteľa v spoločnosti. Aj keď sa na tejto konferencii stretávajú vysokoškolskí vedci a učitelia (a politika na ňu samozrejme nepatrí), nepracujeme vo vzduchoprázdne postavenie učiteľa bezprostredne určuje záujem mládeže o učiteľské povolanie a teda aj našu možnosť vybrať si spomedzi uchádzačov tých najlepších. Keďže zatiaľ takúto možnosť nemáme, chceli by sme aspoň tu pripomenúť, že súčasný stav považujeme za veľmi nespravodlivý a najmä škodlivý, pretože cena za odkladanie nápravy lepšieho ohodnotenia učiteľov bude vyššia ako si dnes vieme predstaviť. Tým, ktorí tento zborník otvárajú v úvodný deň našej konferencie, prajeme príjemný a najmä podnetný pobyt a úspešné vystúpenie. Tým, ktorým niektorý z publikovaných článkov našiel vyhľadávač, pripomíname, že za prečítanie stoja všetky príspevky konferencie. Príspevky sú v zborníku usporiadané v poradí, v akom sú v programe konferencie. Program je obsahovo rozdelený do viacerých sekcií, z ktorých by sme v tomto roku chceli upozorniť na zvýšený dôraz na programy, snažiace sa využiť vo vyučovaní metódy vedeckého skúmania. Inquiry Based Science Education sa v príspevkoch vyskytuje pod rôznymi názvami (uprednostňujeme výskumne ladenú koncepciu vzdelávania), príspevky spája predstava, že metódy vedeckého bádania dokážu žiakov zaujať a najmä aktívnou prácou im pomôžu pochopiť podstatu javov a dejov, ktorých sa týkajú a zlepšia ich vzťah k chémii. III

6 Chcel by som ešte poďakovať všetkým recenzentom za poctivé a najmä rýchle posúdenie príspevkov, čo umožnilo vydať zborník ku dňu otvorenia konferencie. Prajem Vám, aby ste v zborníku, ktorý práve otvárate, našli čo najviac inšpirácie a podnetov do ďalšej práce. Ján Reguli IV

7 Obsah PLENÁRNE PREDNÁŠKY Počítačem podporovaný školní chemický experiment jako prostředek badatelsky orientované výuky Martin Bílek, Jaroslav Hrubý Dydaktyka chemii dydaktyka ogólna psychologia Jan Rajmund Paśko Príprava učiteľov chémie na realizáciu projektového vyučovania v súvislosti s propagáciou chémie Miroslav Prokša Increasing motivation of non science students for environmental chemistry through field studies Ahmed Legrouri, Abdelkrim Ouardaoui, Khalid Sendide, Abdeljalil Métioui Učiteľ, ktorý mení učenie na radosť z učenia sa prírodovedných predmetov Beáta Brestenská VÝSKUMNE ORIENTOVANÉ PRÍRODOVEDNÉ VZDELÁVANIE Dovednosti žáků v badatelsky orientované výuce chemie Hana Čtrnáctová, Věra Čížková, Lucie Hlavová, Dana Řezníčková Skúsenosti a perspektívy implementácie výskumne ladenej koncepcie prírodovedného vzdelávania na Slovensku a okolitých krajinách Ľubomír Held PriSciNet uplatnění metody heuristického vyučování v primárním přírodovědném vzdělávání Pavel Doulík, Jiří Škoda, Ivana Brtnová Čepičková Analýza postupov učiteľa pri formulácii predpokladov vo výskumne ladenej koncepcii Katarína Kotuľáková Plánovanie a realizácia vyučovacej jednotky s výskumným dizajnom Mária Orolínová Implementácia výskumne ladenej koncepcie prírodovedného vzdelávania do výučby chémie na druhom stupni ZŠ Lucia Koleničová VÝSKUM ŽIACKYCH PREDSTÁV O PRÍRODOVEDNÝCH FENOMÉNOCH Miskoncepcie žiakov v organickej chémii Monika Mĺkva K akým výsledkom vedie súčasný spôsob vyučovania pojmov látkové množstvo a molárna hmotnosť? Romana Schubertová Reflexia predstáv žiakov o časticovej podstate látok a chemickej väzbe v kurikule Zuzana Benedikovičová Aktuálne predstavy žiakov o gravitačnej sile, tepelnej vodivosti a o tvorbe tieňov Michaela Minárechová VZDELÁVACÍ OBSAH, EXPERIMENTÁLNA METÓDA Model mikrosvěta ve výuce chemie Małgorzata Nodzyńska Wiedza naukowa, a wiedza szkolna Paweł Cieśla Modelový experiment: cesta ke zpřesňování běžně uváděných omylů ve výuce chemie Martin Rusek, Ondřej Solnička, Pavel Beneš V

8 Speciální úlohy v laboratorním cvičení z analytické chemie Luděk Jančář, Irena Jančářová Metóda aktívneho bádania vo výučbe prírodných vied Mária Ganajová, Katarína Kimáková, Zuzana Ješková, Marián Kireš, Milena Kristofová VZDELÁVACIE PROGRAMY, VZDELÁVACIE SÚSTAVY Postoje českých a lotyšských patnáctiletých žáků k přírodovědnému vzdělávání a volba jejich budoucího povolání Janis Gedrovics, Martin Bílek Vzdělávací systém na Novém Zélandu Alena Krejčíková Zvyšovanie kvality prírodovedného vzdelávania na FPV UCM v Trnave formy a skúsenosti Beata Vranovičová Porozumenie vybraným prírodovedným pojmom žiakmi v Kanade a na Slovensku Zuzana Beníčková Možnosti implementácie Peer-Led Team Learning (PLTL) v podmienkach slovenského školstva Lenka Cepková Školský vzdelávací program a realizácia exkurzií Viola Gazdíková MATURITA, SPÄTNOVÄZBOVÉ PROSTRIEDKY Maturita z chémie v slovenskej republike Jarmila Kmeťová, Miroslav Škrinár, Ivana Pichaničová Porovnání výsledků českých žáků ve společné části maturitní zkoušky z chemie Tereza Kudrnová, Renata Šulcová Testování vybraných dovedností žáků v chemii Eva Trnová Písemné studentské reflexe jako nástroj kvalitativního zkoumání efektivity výuky chemie na SOŠ Petra Toboříková, Martin Bílek Hodnotiace metódy a spätnoväzbové prostriedky projektového vyučovania Gabriella Németh VYUŽITIE DIGITÁLNYCH TECHNOLÓGIÍ V PRÍRODOVEDNOM VZDELÁVANÍ Increasing Pupils Motivation and Performance Through the Use of ICT Based Education Abdelkrim Ouardaoui, Ahmed Legrouri, Hassane Darhmaoui, Khalid Loudiyi Využitie digitálnych technológií pri stanovení prírodných farbív Jana Braniša, Zita Jenisová, Klaudia Jomová ipad and iphone alternativní způsob sběru dat při měření školním experimentálním systémem PASCO postoje a názory žáků Petr Šmejkal, Eva Stratilová Urválková, Marek Skoršepa Železo, slitiny železa a jejich výrobky multimediální výukový systém Luděk Jančář, Hana Šťastná Využitie interaktívnej tabule v práci učiteľa chémie na ZŠ Katarína Javorová PREZENTÁCIA POSTEROV Ozonizátory a jejich testování Markéta Vojtajová, Václav Richtr Vodohospodářské analytické metody v přípravě budoucích učitelů chemie Vratislav Šedivec Optimalizace redoxních procesů v přípravě budoucích učitelů chemie Markéta Svobodová, Václav Richtr VI

9 Krystaly organických látek v chemickém vzdělávání Michala Opatová, Simona Hybelbauerová Ochutnávka předmětů pro uchazeče o studium na ČVUT Ivana Pilarčíková, Miroslav Balík Porovnanie výsledkov testovania vedomostí z chémie žiakov českých a slovenských ZŠ Ivona Paveleková, Viera Peterková Chemiczny eksperyment uczniowski dawniej i dziś Małgorzata Nodzyńska, Jan Rajmund Paśko Zkvalitnění profesní přípravy učitelů přírodovědných oborů Marta Klečková, Alena Klanicová, Radka Novotná Skúsenostné vyučovanie v prírode a jeho krátkodobý vplyv na formovanie postojov a vedomostí z entomológie u žiakov základných škôl Radoslav Kvasničák, Zuzana Třešková Rozvoj kompetencií študentov a učiteľov prostredníctvom reálnych počítačom podporovaných experimentov vo vyučovaní prírodných vied Marek Skoršepa, Petr Šmejkal VZDELÁVACIE MATERIÁLY Materiály pro podporu výuky se zaměřením na lidský organismus a zdravý životní styl nejen v chemii Renata Šulcová a Milada Teplá Predstavovanie nových materiálov a technológií na hodinách chémie Ján Reguli, Marián Haluza, Miriama Urbanová Demonstrace nano ve výuce přírodovědných předmětů na SŠ Zdeňka Hájková, Petr Šmejkal Ozon, průřezové téma výuky přírodovědných disciplín Václav Richtr, Milan Kraitr, Jitka Štrofová Implementácia poznatkov z chemickej fyziky do prípravy budúcich učiteľov chémie György Juhász Funkčné technologické modely historických výrob a ich didaktické využitie: 2. Výroba mydla Mária Linkešová, Helena Kurusová Pozitívny a negatívny vplyv kyselín na ľudské zdravie Danica Melicherčíková, Renata Bellová, Milan Melicherčík Drogová problematika mládeže na Slovensku Renata Bellová, Danica Melicherčíková Popularizačně-vzdělávací akce na Katedře učitelství a didaktiky chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy Pavel Teplý, Petr Šmejkal, Jan Čipera PRÍPRAVA A PRAX UČITEĽOV PRÍRODOVEDNÝCH PREDMETOV Výuka chemie na SOŠ s ohledem na zaměření jednotlivých oborů Martin Rusek, Veronika Köhlerová Stratégie udržiavania disciplíny počas expozičnej fázy vyučovacieho procesu Csaba Igaz, Miroslav Prokša, Vladimír Gašparík Nástroje premeny učiteľa z pohľadu učiteľa Milica Križanová, Beáta Brestenská Poznatky a skúsenosti študentov učiteľstva prírodovedných predmetov o projektovom vyučovaní Zuzana Haláková Metody laboratoryjne w kształtowaniu kompetencji przyrodniczych uczniów klas początkowych Ingrid Paśko VII

10 HODNOTENIE VYUČOVANIA, NEFORMÁLNE VZDELÁVANIE Využitie komplexných úloh pri rozvoji prírodovednej a čitateľskej gramotnosti Zuzana Vasilová Vyhodnocení účinnosti výuky chemie na ZŠ s využitím motivačních úloh Luděk Jančář, Karel Hasoň Veletrh nápadů učitelů chemie Martin Konečný, Hana Čtrnáctová, Petr Koloros, Marie Solárová, Eva Trnová Podpora práce s talentovanými žáky a studenty v Plzeňském kraji Vladimír Sirotek Nové prostriedky hodnotenia procesu vzdelávania študentov vo vyučovaní chémie Katarína Szarka, Beáta Brestenská VIII

11 PLENÁRNE PREDNÁŠKY Počítačem podporovaný školní chemický experiment jako prostředek badatelsky orientované výuky Martin Bílek, Jaroslav Hrubý Abstract: In the contribution are presented, analysed and discussed possibilities of computer supported school chemical experiment as means for realisation of inquiry-based science education (IBSE). Presented theoretical base and announces to practical applications are focused to early natural science (chemistry) education. Key words: inquiry-based science education, computer supported school chemical experiment, early chemistry education. Úvod Konstruktivistické paradigma začíná v poslední době stále více pronikat do způsobu uvažování o přírodovědném vzdělávání, což dokumentuje zvýšená publikační činnost zejména v anglosaské a německé literatuře (Nezvalová a kol., 2005). V naší pedagogické literatuře se již objevují také některé práce, ale v relativně malém počtu v oblasti přírodovědného vzdělávání (např. Doulík, 2005). Vnímání poznání jako konstrukční činnosti se vztahuje jak na poznávací činnost žáka, tak na podpůrnou činnost učitele přírodovědných předmětů či výzkumníka v oblasti oborových didaktik přírodovědných předmětů. Základním východiskem je chápání vědeckých představ a představ žáků (prekonceptů) jako rovnocenných zdrojů pro rekonstrukci obsahové struktury. V době probíhající kurikulární reformy v České republice vzniká nová šance pokusit se zvýšit zájem žáků o přírodovědnou výuku, o výběr dalšího studia a povolání v oblasti přírodních věd a technologie, a v neposlední řadě i zlepšit přírodovědnou gramotnost celé populace. Je možné detekovat několik linií pro inovace přírodovědné výuky v uvedeném smyslu, jako jsou: zájem žáků o přírodní vědy a jejich výuku (O co se zajímám?; Co se chci učit?; Co budu potřebovat?) odpověďmi na tuto otázku jsme se zabývali např. v analýzách výsledků mezinárodní srovnávací studie ROSE (Relevance of Science Education) (např. Bílek, 2005, Gedrovics, Bílek, Janiuk, Mojsa, Mozheika, Řádková, 2008), kontext výuky (ideál školní věda, aplikační kontext, společenský kontext, osobnostní kontext) (např. Lavonen, Jutti, Byman, Meisalo, 2006), obsah výuky (standardy; rámcové a školní vzdělávací programy; tradice; nová témata (např. Paśko, 2007, Čtrnáctová, Zajíček, 2010, Kmeťová, 2011), kompetence (klíčové kompetence; scientific literacy ; přírodovědné činnosti, badatelsky orientovaná výuka (Held a kol., 2011, Profiles Project, 2012, Primas Project, 2012). Kritizovaný instruktivistický (transmisivní) přístup k výuce ve školách je charakterizován dominantním postavením učitele a receptivní pasivitou žáků. Vědecké 1

12 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Smolenice október 2012 poznatky jsou získávány ve formě, která téměř vylučuje jejich pozdější aplikaci a využití. Žáci neumějí své znalosti použít v konkrétních situacích, protože nedovedou rozpoznat jejich vztah ke skutečnosti. Nedokáží své abstraktní poznatky přenést do reálné situace. Cílem učitele musí být vytvářet obsahově bohaté, komunikativní prostředí, které osloví subjektivní oblast zkušeností a současně obsahuje nové hádanky, které zvou ke kreativní samoorientaci. Umění učitele spočívá v tom, že předvídá řetězec návazností mezi původní konstrukcí skutečnosti u žáka a vědeckými poznatky, které žák pojímá jako stav očekávaného rozporu a řeší a překonává různým přístupem včetně cesty pokusů a omylů (Bílek, Klečková, 2006). Badatelsky orientovaná výuka v počátečním chemickém vzdělávání Badatelsky orientovaným přírodovědným vzděláváním či přírodovědnou výukou se rozumí přístup označovaný v anglickém jazyce jako IBSE (Inquiry-Based Science Education). Český ekvivalent tohoto pojmu je stále ještě předmětem diskusí, a tak je možné se setkat i s jinými pojmy označujícími stejný koncept, např. badatelsky orientované přírodovědné vyučování, ze slovenského překladu inspirovaná výzkumně laděná koncepce přírodovědného vyučování (Held a kol., 2011), případně objevné vyučování přírodovědným předmětům aj. Blízké tomuto konceptu jsou i známé komplexní výukové metody řešení problémů a projektová metoda. Každopádně je IBSE založená na odklonu od výuky bazírující na pouhém osvojování prezentovaných faktů a její transformaci na výuku, která klade důraz na koncepční porozumění a na vlastní proces osvojování znalostí. Podstatou tohoto přístupu je zapojení učících se do objevování přírodovědných zákonitostí, propojování informací do smysluplného kontextu, rozvíjení kritického myšlení a podpora pozitivního postoje k přírodním vědám (Kyle, 1985, Rakow, 1986). Důraz je kladen na výukový proces založený na aktivní činnosti učících se, tedy na bádání (inquiry) a ne na memorování faktů (Profiles Project, 2012). Inquiry, překládané ve vzdělávacích souvislostech nejčastěji jako bádání, má v angličtině i řadu dalších výstižně charakterizujících významů badatelské činnosti, a to zjišťování, vyšetřování, šetření nebo dotazování, využívá se i substantivní překlad jako dotaz či otázka. Proto je možné se ztotožnit s českou definicí Stuchlíkové (2010) či Papáčka (2010), že bádání (inquiry) je cílevědomý proces formulování problémů, kritického experimentování, posuzování alternativ, plánování zkoumání a ověřování, vyvozování závěrů, vyhledávání informací, vytváření modelů studovaných dějů, rozpravy s ostatními a formování koherentních argumentů. Někteří z autorů pojímají požadovanou inquiryorientaci zejména přírodovědného vzdělávání jako přechod od deduktivní výuky k výuce induktivní (Held a kol., 2011). Nakolik jde o potřebu výrazného posilování induktivní stránky poznávacího procesu, nedomníváme se, že je žádoucí vytěsnění deduktivních poznávacích cest z přírodovědného vzdělávání. Jak jsme ukázali v komplexním schématu přírodovědného poznávání (Bílek, M. a kol., 2011, s. 16) jde o vzájemně důležitou souhru obou stránek poznávacího procesu, tedy vzájemnou komplementaritu nástrojů poznávání jak empiricko-induktivní tak teoretickodeduktivní povahy. Při praktických aplikacích IBSE je zřejmé, že školní bádání nebude vždy totožné s bádáním vědců. Je nutné brát ohled na věkové souvislosti, ob- 2

13 3 PLENÁRNE PREDNÁŠKY sahové souvislosti a také souvislosti materiálně-technické. Např. Banchi a Bell (2008) tak charakterizovali čtyři úrovně IBSE s ohledem na podíl řízení činnosti žáků ze strany učitele. Jde o bádání tzv. potvrzující (confirmation), strukturované (structured), nasměrované (guided) a otevřené (open). Počítačem podporovaný školní chemický experiment a badatelský přístup Přímé spojení reálného chemického experimentu s počítačem představují počítačové měřící systémy, tj. využití počítače ke snímání, uchovávání a zpracování měnících se hodnot fyzikálních a fyzikálně-chemických veličin a jako řídícího média při automatizaci experimentální činnosti. K nutnosti jejich využívání i ve škole vedou hlavně následující důvody (Bílek, M. a kol., 2011): přímá podpora experimentální činnosti tj. snímání hodnot měřených veličin v průběhu experimentu tj. v reálném čase, okamžité vyhodnocení a následné uchování experimentálních dat, přiblížení použití počítačů v automatizovaných systémech řízení technologických procesů výroby, osvojení si metod získávání informací a jejich zpracování pomocí počítače a jeho periferií, a také náhrada mnoha drahých laboratorních přístrojů. Spojení reálného experimentu tj. v něm použitého technického zařízení, přístroje nebo aparatury s řídícím a registračním zařízením je realizováno buď přivedením digitálních dat přímo na vstupní port zařízení nebo počítače, nebo v případě analogových dat užitím základních komponent řízených automatizovaných systémů speciálních počítačových periférií A/D analogově-digitálních a D/A digitálněanalogových převodníků, které daný analogový signál digitalizují. A/D a D/A převodníky jsou tedy zařízení sloužící k registraci dat měnících se fyzikálních veličin v probíhajícím experimentu a k ovlivňování reakčních podmínek prostřednictvím ovládaných akčních členů. Pomocí počítače a A/D převodníku mohou být měřeny veličiny, které je možné měnit na proporcionální elektrický signál. Proto přichází v úvahu kromě měření elektrických veličin i měření teploty, tlaku, hmotnosti, tečných napětí, ph, vodivosti, intenzity osvětlení aj. A/D převodník je při těchto měřeních spojen na vstupu s měřícím čidlem (elektrodou, snímačem, apod.) nebo výstupem z daného měřicího přístroje a na výstupu s počítačem, kterému transformovaný signál předává. D/A převodník umožňuje transformaci digitální informace z počítače (výsledku programové instrukce) na analogový signál ovládající akční člen. Pro aplikace ve školní praxi jsou vyvíjeny počítačové měřící systémy, které nahrazují drahé profesionální komplexní hardwarové a softwarové systémy používané v moderní výrobní praxi. Existují v zásadě dva základní způsoby připojení měřících přístrojů k počítači: 1. Vlastní měřicí přístroj je vně počítače a je s ním spojen přes standardní rozhraní. 2. Do základní desky počítače se zasouvá karta (s A/D a D/A převodníky, s digitálními vstupy a výstupy), ke které se připojují měřené signály a ovládané akční členy.

14 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Smolenice október 2012 Uvedená aplikace počítačů ve vyučování přináší také problém použití vhodného software. Existuje řada softwarových balíků z průmyslové praxe, využitelných pro tvorbu řídících komplexů v technologických procesech, ale poměrně značná komplikovanost a svázanost se speciálními periferiemi znesnadňuje jejich školní využití. Proto má softwarové vybavení školních počítačových měřících systémů několik základních atributů, na které je kladen zvláštní důraz zejména z hlediska jednoduchosti a názornosti. Těmito atributy jsou zvláště: digitální znázornění veličin v dostatečné velikosti a grafický záznam na monitoru buď současně, nebo v přepínatelném režimu, možnost realizace srovnání podobných měření, tj. současné znázornění několika naměřených souborů dat uložených na disku nebo porovnání se souborem dat získaných simulací reálného experimentu, možnost provedení výřezu grafického záznamu, jeho zvětšení na monitoru a jednoduché zpracování dat, realizace měření ve dvou základních režimech práce v časových intervalech nebo po krocích. Každý takový měřící program je možné rozdělit zpravidla na tři základní části: měření zvolené veličiny MĚŘENÍ, práce s datovými soubory DATA, zpracování dat ZPRACOVÁNÍ. Část MĚŘENÍ slouží k nastavení nebo kontrole parametrů prováděného experimentu. Jednotlivé parametry jsou voleny buď postupně, nebo najednou, formou dialogového okna. Režim DATA umožňuje práci s naměřenými daty uloženými v souborech tj. jejich zobrazení a zoom, ukládání a načítání, výstup na tiskárnu nebo zapisovač. Úpravy a zpracování naměřených dat se provádějí v části ZPRACO- VÁNÍ. Programy obsahují dle svého určení různé možnosti práce s daty, od pouhého zobrazení nebo spojení jednotlivých hodnot přes proložení aproximačními křivkami až po složitější statistické operace. Na základě možností hardware i software počítačových měřících systémů je možné využít např. následující skupiny předností počítačem podporovaných chemických experimentů, která akcentuje možné využití všech čtyř výše formulovaných úrovní IBSE. I. Kinetický aspekt chemických experimentů Často jsou na školách prováděny experimenty tím způsobem, že žáci pouze určí hodnotu určité veličiny v reakční nádobě před a po skončení reakce. Tak mohou měřit např. teplotu laboratorním teploměrem, ph univerzálním indikátorovým papírkem, určovat změnu zabarvení roztoku, vznik sraženiny apod. Počítačové měřící systémy umožňují jednoduché a operativní zavedení kinetického aspektu k prováděným experimentům tj. určovat a registrovat hodnoty měnící se veličiny v průběhu probíhajícího děje. Pro sledování jeho průběhu přináší toto technické zařízení další konkrétní výhody: registrovat měřenou veličinu v malých intervalech např. i menších než 1 sekunda (měření laboratorním teploměrem vyžaduje cca 30 sekund pro odečtení a zápis příslušné hodnoty teploty) nebo naopak větších než 1 hodina (dlouhodobá sledování), paralelní současnou tvorbu grafického záznamu, uložení a 4

15 PLENÁRNE PREDNÁŠKY vyhodnocení experimentálních dat. Systémy pro použití v chemickém experimentu většinou využívají následující tři režimy registrace experimentálních dat, a to registrace měřené veličiny v předem zvolených časových intervalech, registrace měřené veličiny v předem zvolených intervalech jiné veličiny (nezávisle proměnná na ose x, poloautomatická měření, indikace změny intervalu na ose x např. stisknutím libovolné klávesy, kliknutím myší apod.) a registrace měřené veličiny v závislosti na jiné měřené veličině (automatická měření, minimálně dvoukanálová). Pro IBSE je v tomto přístupu důležité rychlé a relativně přesné zajištění registrace dat pro verifikaci odpovědí na formulované otázky (verifikace hypotéz), další zpracování dat a jejich prezentace. II. Rychlost měření a frekvence experimentů Výhodou počítačových měřících systémů je kromě rychlosti registrace experimentálních dat i velká variabilita měřicího přístroje. Jednoduchou záměnou čidel (případně čidel a modulů) se stává během několika sekund z digitálního teploměru digitální ph metr apod. Tak je umožněno provedení velkého počtu měření, často bez omezení měřenou veličinou a je možné analyzovat širší experimentální celky. Pro realizaci IBSE se nabízí několik možných variant, jako je metodická řada experimentů (posloupnost měření vzájemně navazujících nebo gradujících), paralelní (komparativní) experimenty (porovnání různých parametrů zkoumaného děje), dílčí experimenty (kooperativní přístup k verifikaci formulovaných problémů), tematické celky experimentů (komplexní pojetí problémů jako např. monitoring životního prostředí), zesilování aktivizačních prvků ve výuce (technické zařízení pro získání relevantních dat z probíhajících dějů a na nich založené věrohodné verifikace formulovaných hypotéz apod.). III. Kvantitativní aspekt experimentů Počítačové měřicí systémy poskytují možnosti pro kvantitativní vyjadřování jevů, které byly dosud často ve škole popisovány pouze kvalitativně. Umožňují provedení experimentů, které by se daly nazvat ze života, tj. jejich motivační složka se dotýká vlastních zkušeností žáka experimentátora, tak, že je možné kvantitativní cestou odhalit i malé rozdíly v měřených veličinách apod. Tyto metody tvorbou a ověřováním hypotéz, snahou o nějaký konkrétní produkt nebo závěr přispívají podstatnou mírou k formování intelektuálních i senzomotorických dovedností. V rámci formulovaných čtyř úrovní IBSE můžeme připomenout několik aplikací počítačových měřících systémů v přírodovědné výuce s akcentem na chemické hledisko. Jsou to například potvrzující bádání při experimentálním ověřování stechiometrických koeficientů neutralizační reakce (teplotní čidlo k určování změny teploty při neutralizační reakci s různým molárním poměrem reaktantů) (Čipera, Bílek, 1997), strukturované bádání při verifikaci tvorby škály ph ze vzorků z domácnosti ve známem miniprojektu Chemie v kuchyni (ph-čidlo pro měření ph sady vzorků chemikálií z domácnosti) (Bílek, 1999), nasměrované bádání při hledání příčin rozdílných tepelných efektů při odpařování kapalin z povrchu teplotního čidla (Bílek, Toboříková, 2010) nebo otevřené bádání při hodnocení přírodovědných principů deformovaných v sugestivních televizních reklamách (ph-čidlo) (Bílek a kol., 1995). 5

16 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Smolenice október 2012 Závěr Počítačem podporovaná měření jak ve školní laboratoři tak mimo ní vnášejí do školního experimentování nové možnosti zefektivňování laboratorní činnosti žáků ve směru induktivního přístupu tedy ve směru podpory realizace badatelsky orientovaného přírodovědného, a tedy i chemického, vzdělávání. Tvorba diagramů a grafů jako prostředků verifikace formulovaných hypotéz nebo očekávaných výsledků s přímou účastí žáků je významným příspěvkem k budování přírodovědné gramotnosti (Nodzyńska, 2012, Kričfaluši, 2011). Problematická dostupnost složitějších a drahých technických zařízení (automatické byrety, titrátory, akční členy) je tak zastoupena poměrně jednoduchým a flexibilním zařízením na bázi počítačové techniky, která se stává stále víc dostupnou pro školní podmínky, a která nás stále více provází i v každodenním životě. Proto je nutné školní paradigma přírodovědného vzdělávání orientovat na formování dílčích kompetencí, které dominují při přírodovědném bádání (Bílek, Toboříková, 2010), tedy na pozorování a měření, srovnávání a uspořádávání, zkoumání a experimentování, předvídání a dokazování, diskusi a interpretaci, modelování a matematizaci, rešerši a komunikaci. Stále více zaznamenávané trendy zvyšování jednoduchosti, robustnosti a univerzálnosti školních počítačových měřících systémů na jedné straně a jejich ekonomická dostupnost na straně druhé jsou pro tyto potřebné změny velkým příslibem. Literatura 1. BANCHI, H., BELL, R. The Many Levels of Inquiry. Science and Children, Vol. 46(2), 2008, pp BÍLEK, M. a kol. IP-Coach a chemický experiment. Liberec, Praha: CMA Foundation prostřednictvím PEPEKO a MFF UK, BILEK, M. Počítačem podporovaný chemický experiment i na základní škole. B-Ch-Z, ročník 8, číslo 3, květen 1999, s BÍLEK, M. Why to Learn Science and Technology? Selected Results of the International ROSE Project. In E. Mechlová (ed.) Information and Communication Technology in Education Proceedings, University of Ostrava : Ostrava, 2005, pp BÍLEK, M., KLEČKOVÁ, M. K možnostem inovace výuky chemie na základní škole v době kurikulární reformy. In D. Kričfaluši, D. (ed.) Aktuální aspekty pregraduální přípravy a postgraduálního vzdělávání učitelů chemie sborník přednášek z mezinárodní konference. Ostrava: PřF OU, 2006, s BÍLEK, M., TOBOŘÍKOVÁ, P. Aktuální výzvy pro počítačem podporované školní chemické experimenty. In A. Chupáč, J. Veřmiřovský, J. Aktuální aspekty pregraduální přípravy a postgraduálního vzdělávání učitelů chemie Sborník přednášek z mezinárodní konference, Ostrava: PřF OU, 2010, s ČIPERA, J., BÍLEK, M. Komplexní použití počítačů ve výuce chemie (Určování koeficientů reaktantů). Technológia vzdelávania, 7/97, s ČTRNÁCTOVÁ, H., ZAJÍČEK, J. Současné školství a výuka chemie v České republice a v EU. Chemické listy, 100, , (2010). 9. DOULÍK, P. Geneze dětských pojetí vybraných fenoménů. Acta Universitatis Purkynianae 107 Studia Pedagogica, Ústí nad Labem: UJEP, GEDROVICS, J., BÍLEK, M., JANIUK, R. M., MOJSA, R., MOZHEIKA, D., ŘÁDKOVÁ O. Trendy změn v zájmech a postojích patnáctiletých žáků k přírodním vědám. In Acta Facultatis Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis, Séria D Vedy o výchove a vzdelávaní, Ročník 12, 6

17 PLENÁRNE PREDNÁŠKY 2008; Supplementum 2 Aktuálne vývojové trendy vo vyučovaní chémie, Zborník príspevkov z konferencie. Smolenice, máj 2008, Trnava: PF TU, 2008, s HELD, Ľ. a kol. Výskumne ladená koncepcia prírodovedného vzdelávania. IBSE v slovenskom kontexte. Bratislava: Vydavateľstvo TYPI Universitatis Tyrnaviensis, KMEŤOVÁ, J. Stav a perspektívy pregraduálnej prípravy učiteľov chémie na Slovensku. B-Ch-Z, ročník 20, číslo 3x, 2011, s KRIČFALUŠI, D. Podpora vzdělávání v oblasti přírodovědných oborů. B-Ch-Z, ročník 20, číslo 3x, 2011, s KYLE, W. C. What research says: Science through discovery: Students love it. Science and Children, Vol. 23(2), 1985, pp LAVONEN, J., JUTTI, K., BYMAN, R., MEISALO, V. Contexts and Teaching Methods in School Science. In M. Marnauza, M. Theory for Practice in the Education of Contemporary Society Scientific articles and Conference proceedings. Riga: RPIVA, 2006, pp LINN, M. C., DAVIS, E.A., BELL, P. Internet environments for science education. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum, NEZVALOVÁ, D. a kol. Konstruktivismus v integrovaném pojetí přírodovědného vzdělávání Bibliografie publikací k projektu GAČR 406/05/0188. Olomouc: PřF UP, NODZYŃSKA, M. Wizualizacja w chemii i nauczaniu chemii. Krakow: Wydawnictwo Uniwersytetu Pedagogicznego, PAPÁČEK, M. Badatelsky orientované přírodovědné vyučování cesta pro biologické vzdělávání generací Y, Z a alfa? SCIED, roč. 1, č. 1, 2010, s [on/line]. Dostupné na WWW: [cit ] 20. PAŚKO, J. R. Perspektywy dydaktyki chemii. Acta Didactica 1/2007, FPV UKF Nitra, s PRIMAS Project. PRIMAS to promote inquiry-based learning in mathematics and science at both primary and secondary levels across Europe. [on/line]. Dostupné na WWW: [cit ] 22. PROFILES Project. Profesní reflexně-orientované zaměření na badatelsky orientované přírodovědné vzdělávání (IBSE). [on/line]. Dostupné na WWW: [cit ] 23. RAKOW, S. J. Teaching Science as Inquiry. Fastback 246. Bloomington, Phi : Delta Kappa Educ. Found, STUCHLÍKOVÁ, I. O badatelsky orientovaném vyučování. In M. Papáček (ed.) Didaktika biologie v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování DiBi 2010, s [on/line]. Dostupné na WWW: [cit ] prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D. Oddělení didaktiky chemie, Katedra chemie, Přírodovědecká fakulta Univerzita Hradec Králové Rokitanského 62, Hradec Králové, Česká republika martin.bilek@uhk.cz Mgr. Jaroslav Hrubý Pedagogická fakulta Univerzita Hradec Králové Rokitanského 62, Hradec Králové, Česká republika jaroslav.hruby@uhk.cz; jaroslav.hruby@zs.opocno.cz 7

18 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Smolenice október 2012 Dydaktyka chemii dydaktyka ogólna psychologia Jan Rajmund Paśko Abstract: Współczesna psychologia wpłynęła na kształtowanie się dydaktyki ogólnej. W jakim stopniu te zmiany wpłynęły na inne oblicze dydaktyki chemii. Jak w ostatnich kilkudziesięciu latach modyfikacji ulegała dydaktyka chemii? Które z dawnych idei przetrwały do dzisiaj, czy zmieniły się poglądy w zakresie merytorycznym i dydaktycznym? Istotnym jest też jak komputeryzacja wpłynęła na przebieg procesu kształcenia chemicznego. Czy wypracowane nowe formy, czy tylko zaadoptowane stare? Jak w świetle badań nad psychologią uczenia się są konstruowane zintegrowane programy kształcenia na wszystkich szczeblach edukacji? Powyższe zagadnienia zostaną przedstawione przez pryzmat szkolnictwa w Polsce. Należy przypuszczać, że przedstawione problemy nie są tylko problemami regionalnymi a stają się coraz bardziej problemami globalnymi. Chemia, jako samodzielna dziedzina wiedzy wyodrębniła się dopiero w XVIII wieku. Z tego też powodu w programach szkolnych, jako samodzielny przedmiot faktycznie zaczęła funkcjonować w XIX wieku. Jednak w programach nauczania zakres tego przedmiotu możemy znaleźć w wytycznych dla nauczyciela w ciałach cztery żywioły tłumaczyć będzie. Zresztą na długie lata nad chemią roztaczała się atmosfera tajemniczości. Atmosfera ta była spowodowana brakiem realnego wytłumaczenia zachodzących zjawisk. Teorie: flogistonu, czy vis vitalis, wynikały z tego, na czym nawet obecny człowiek buduje swoje przeświadczenia tworząc wiedzę potoczną. Na drodze do szybkiego rozwoju tej dziedziny stała właśnie tworzona wiedza potoczna, którą utożsamiano z wiedzą naukową. Podobnie jest w procesie edukacji chemicznej, gdy wiedzę naukową czy nawet szkolną wyprzedza wiedza potoczna. W jaki sposób na podstawie dokładnej obserwacji możemy dojść do błędnych wniosków. Przykładem może być: Na podstawie analiza mas atomowych stwierdzono, że masa atomowa danego pierwiastka jest liczbą stałą będącą wielokrotnością masy atomu wodoru. Na tej podstawie można stwierdzić, że wszystkie atomy są zbudowane z atomów wodoru. Co wyjaśnia w ciekawy i ładny sposób strukturę materii na tym poziomie, lecz nieprawdziwy. Pierwotnie chemia zajmowała się opisem substancji, przemian jednych substancji w drugie. Z czasem problem, co się stanie, gdy podziałamy jedną substancją na drugą zaczął wypierać problem, dlaczego tak się dzieje. Jeżeli odpowiedź na pierwsze pytanie była stosunkowo prosta do uzyskania, o tyle odpowiedź na drugie pytanie nie była łatwa do udzielenia, gdyż nie można było tego bezpośrednio zaobserwować. Pomimo wielu trudności, jakie napotykano w tłumaczeniu zachodzących procesów chemicznych, dziedzina ta rozwijała się bardzo prężnie dostarczając wielu substancji o olbrzymim zastosowaniu w życiu codziennym. Nie bez podstawnym jest stwierdzenie, że chemia jest motorem postępu między innymi w technice. Wraz z usamodzielnieniem się na uczelniach kierunku badań w zakresie chemii, pojawił się nowy problem, którym było kształcenie przyszłych naukowców w tym zakresie. Na początku był to proces prosty. Co mistrz umiał to przekazywał. 8

19 9 PLENÁRNE PREDNÁŠKY Podróżowanie i praca u różnych mistrzów pogłębiała ogólny pogląd na tą dziedzinie wiedzy. Rozwój tej nauki powodował wydzielanie się specjalności np. chemia organiczna, z czasem było ich coraz więcej. Teraz już nauki pobierano w czasie studiów u różnych mistrzów z różnych specjalności. Kolejnym etapem było wprowadzanie nauczania chemii w szkołach. Na niższych etapach była ona fragmentem przedmiotu o nazwie przyroda. Zakres materiału nauczania był uzależniony od stopnia zorganizowania szkoły. [Plany Nauki 1875]. W przypadku szkół o małej liczbie klas w danej klasie mieściły się dwa oddziały, z których każdy obejmował inny kolejny rok nauki. W szkołach czteroklasowych uczniowie realizowali sześć lat nauki. Do klasy trzeciej włącznie nie używano odrębnych podręczników do nauki nauk przyrodniczych. Do nauczania tych przedmiotów w podręczniku do czytania były umieszczone odpowiednie fragmenty. W szkołach 1, 2 i 3 klasowych zakres materiału zawierał się w wytycznej programowej: Przy pomocy odpowiednich przyrządów i na podstawie ustępów z książki do czytania należy dzieciom wyjaśnić najpowszedniejsze zjawiska natury i przeobrażenia chemiczne z uwzględnieniem stosunków i zatrudnień miejscowych. U dziewcząt nauka ta ma być zastosowana do potrzeb gospodarstwa domowego. W wielu szkołach wyższego stopnia chemia była łączona z fizyką. W zaborze austriackim elementy chemii pojawiają się już w programie szkół ludowych pospolitych oraz w programie szkół wydziałowych. Trudno w tych czasach mówić jeszcze o metodyce nauczania, gdyż jest to okres, w którym niepodzielnie panował herbartyzm. Chemia długo była łączona z fizyką, nawet, gdy stanowiła już odrębny przedmiot. Nauczanie w tym czasie odbywało się tradycyjnie poprzez przekazywanie wiedzy przez nauczyciela. Nawet w naukach doświadczalnych takich jak chemia, czy fizyka, nauczyciel najpierw sam wykonywał doświadczenie, które potem za nim powtarzali uczniowie. Za samodzielną pracę, która miała elementy kształcące należało uznać wprowadzenie analizy jakościowej. Tego rodzaju zajęcia ze szkół wyższych zostały przeniesione potem na wyższe szczeble kształcenia w szkołach. W Polsce w 1927 roku zostaje wydany pierwszy tom czasopisma poświeconego problemom nauczania fizyki i chemii o nazwie: Fizyka i Chemja w Szkole. Ukazanie się tego czasopisma było dowodem, że zaczęto przywiązywać wagę nie tylko do tego, co nauczać, ale również jak nauczać. Pierwsze numery były zdominowane przez tematykę dotyczącą nauczania fizyki. Początek XX wieku to okres mocno już eksponowanej krytyki herbartyzmu. Jego przeciwieństwem miał być progresywizm. W drugim numerze czasopisma Fizyka i Chemia w Szkole, który ukazał się w 1928 r. zamieścił w nim swój artykuł zatytułowany Szkoła pracy i nauka chemji Jan Harabaszewski. [Harabaszewski 1928] był tym z dydaktyków chemii, którzy odwoływali się do założeń dydaktyki ogólnej. Z artykułu wynika, że szerzone wtedy hasła szkoły pracy nie pojmował w wąskim zakresie pracy, jako działalności fizycznej, ale szerzej również, jako pracę umysłową. Z przetransponowania idei szkoły pracy nadawał on szczególną rolę dobrze dobranym doświadczeniom chemicznym wykonywanym przez uczniów. Ubolewa on, że chemia, jako nauka związana z laboratorium po przejściu do szkoły przyjęła zwyczaje szkolne: słowo nauczyciela, książka, pamięć ucznia, zastępowały

20 AKTUÁLNE TRENDY VO VYUČOVANÍ PRÍRODNÝCH VIED Smolenice október 2012 pracę ucznia w laboratorium. W tym samym numerze W. Michalski zwraca uwagę na nieprawidłowy dobór doświadczeń uczniowskich, gdyż nie są one kształcące w omawianym temacie W monografiach wodoru i tlenu, jednych z pierwszych, podaje się różne sposoby otrzymywania tych pierwiastków, oparte na reakcjach, w tem miejscu jeszcze absolutnie niezrozumiałych it. p. Prowadzi to prostą drogą do pospolitego werbalizmu, mimo wszelkie doświadczenia, jakiemi usiłuje się ratować sytuację z góry straconą; zwykle doświadczenia takie, luźno wtrącone w treść lekcji, w najlepszym razie usiłują ilustrować do pewnego stopnia niektóre pojedyncze wywody nauczyciela właściwie nic nie wyjaśniają, są raczej luźną wstawką, miłem urozmaiceniem lekcji, gdy jednocześnie zasadnicze twierdzenia przemyca się często w sposób dogmatyczny [Michalski 1928] Metodyka nauczania chemii czy jak inni wolą dydaktyka chemii na początku XX wieku pozostaje w rękach dobrze wykształconych chemików. Odwołują się oni do dydaktyki ogólnej w miarę potrzeb realizowania swoich celów nauczania. Głównymi założeniami tamtego kształcenia jest doświadczenie, jako punkt wyjścia do rozważań teoretycznych. Dlatego ówczesne podręczniki poradniki przywiązują do nich w przypadku chemii duże znaczenie. Podręczniki do dydaktyki ogólnej z pierwszych dziesiątków lat XX wieku w wielu przypadkach mają charakter poradników w dużej mierze praktycznych dla nauczycieli. Informacje są podawane w sposób zwięzły. Zarys dydaktyki autorstwa Dr Kazimierza Sośnickiego wydany w 1925 r. a przeznaczony dla seminariów nauczycielskich i nauczycieli liczy 154 str. formatu mniejszego niż zeszyt. [Sośnicki 1925] Można odnieść wrażenie, że sama dydaktyka z początku XX wieku w większej mierze bazuje na logice niż na psychologii. Dowodem tego może być książka Dydaktyka uzupełniona zasadami logiki. [Baranowski 1926]. Książką tą można uznać jakby za pierwowzór późniejszych podręczników do dydaktyki ogólnej. Autor wymienia w niej jedenaście zasad nauczania: 1. Nauczyciel powinien się starać pozyskać miłość, zaufanie i szacunek młodzieży. 2. Nauka powinna być zastosowana do stopnia rozwoju i do sił duchowych młodzieży. 3. Nauczyciel powinien naukę ożywić i uczynić ją przyjemną. 4. Nauka powinna być przystępna. 5. Nauka powinna być gruntowna. 6. Nauka powinna być należycie uzmysłowiona i oparta na poglądzie. 7. Nauka powinna być prawdziwa. 8. Nauka powinna być praktyczna, t. j. obejmować zarówno wykształcenie formalne, jak materjalne. 9. Z nauki powinni korzystać wszyscy uczniowie. 10. Nauczyciel powinien się starać, aby młodzież przyswoiła sobie należycie udzielane nauki. 11. W nauce uwzględniać należy indywidualność młodzieży. 12. Nauka powinna dążyć do jednolitego i harmonijnego wykształcenia. Na uwagę zasługuje zasada: Nauka powinna być prawdziwa. Co autor komentuje: nauka jest prawdziwa, gdy jest zgodna z rzeczywistością co do swej treści, popra- 10