s pĜíklady z výuky chemie - Lide na UHK

Transkript

Martin Bílek a kol.
K virtualizaci
školních
experimentálních
þinností
Reálný a virtuální experiment –
možnosti a meze využití jejich kombinace
v poþáteþní pĜírodovČdné výuce
(s pĜíklady z výuky chemie)
WAMAK CZ s.r.o.
2011
Publikace vznikla s podporou projektu Grantové agentury ýeské republiky
GAýR 406/09/0359 „Možnosti a meze interakce reálného a virtuálního
prostĜedí v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání“, Ĝešeném v letech 2009
- 2011.
AutoĜi:
Prof. PhDr. Martin BÍLEK, Ph.D.
Doc. PaedDr. Pavel DOULÍK, Ph.D.
Doc. PaedDr. JiĜí RYCHTERA, Ph.D.
Doc. PhDr. JiĜí ŠKODA, Ph.D.
Recenzenti:
Prof. RNDr. Danuše NEZVALOVÁ, CSc.
Prof. RNDr. Jan ýIPERA, CSc.
Doc. RNDr. Jarmila KMEġOVÁ, Ph.D.
KATALOGIZACE V KNIZE - NÁRODNÍ KNIHOVNA ýR
Bílek, Martin
K virtualizaci školních experimentálních þinností : reálný a virtuální experiment –
možnosti a meze využití jejich kombinace v poþáteþní pĜírodovČdné výuce : (s pĜíklady
z výuky chemie) / Martin Bílek a kol. -- [Hradec Králové] : M&V, 2011, -- 174 s.
Anglické resumé
ISBN 978-80-86771-47-2
37.0:5 * 371.3:004 * 54 * 371.388 * 004.94 * 004.928
- pĜírodovČdné vzdČlávání
- poþítaþem podporovaná výuka
- chemie
- školní pokusy
- poþítaþová simulace
- poþítaþová animace
- kolektivní monografie
37 - Výchova a vzdČlávání [22]
Publikace neprošla jazykovou úpravou.
© M. Bílek a kol., 2011
ISBN 978-80-86771-47-2
2
Obsah
1
Úvod aneb reálnČ þi virtuálnČ? ..........................................................
5
2
Metodologie pĜírodovČdného poznávání a výuka pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ ..............................................................................................
10
3
2.1 Specifika pĜírodovČdného poznávání .........................................
2.2 PĜírodovČdný experiment jako prostĜedek didaktické rekonstrukce..
2.3 Metaanalýza informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného
experimentování .........................................................................
2.4 Školní pĜírodovČdný experiment jako výzkumný problém ...............
2.4.1 Dotazník ..............................................................................
2.4.2 Didaktické testování ............................................................
2.4.3 Interview ..............................................................................
2.4.4 Pojmové mapování ...............................................................
2.4.5 Analýza žákových textĤ a kreseb .........................................
10
18
22
33
34
35
36
39
43
Metodologické aspekty ICT podporované výuky pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ s pĜíklady z výuky chemie ..................................................
45
3.1 Vzdálené a virtuální laboratoĜe .......................................................... 48
3.2 PĜíklady realizace virtuálních a vzdálených pĜírodovČdných laboratoĜí51
3.2.1 Modelování a poþítaþové simulace na Webu –
virtuální laboratoĜe .......................................................... 51
3.2.2 ProvádČní a Ĝízení reálných chemických experimentĤ
s pomocí Webu – vzdálené laboratoĜe ............................. 53
4
Virtuální a reálné prezentace v procesu (re)konstrukce žákova poznání
v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání ........................................... 58
4.1 Psychodidaktické odlišnosti virtuálních a reálných prostĜedí..........
4.2 Virtuální a reálné prostĜedí z hlediska uþebních stylĤ .....................
4.3 Virtuální a reálné prezentace v KolbovČ modelu uþení ....................
4.4 Virtuální a reálné prostĜedí v prezentaci uþiva z hlediska
strategií uþení ..............................................................................
4.5 Virtuální a reálné prostĜedí pro pĜírodovČdné poznávání
jako výzkumný problém .............................................................
5
59
61
65
68
74
Interakce reálného a virtuálního prostĜedí ve školním pĜírodovČdném
experimentu ........................................................................................... 77
5.1 Poþítaþové simulace a animace aneb virtuální experimenty ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ............................................................. 78
3
5.2 RĤzné druhy kombinací reálného a virtuálního prostĜedí v školním
pĜírodovČdném experimentu ........................................................ 84
5.2.1 PĜímé spojení pĜírodovČdného experimentu s poþítaþem .... 84
5.2.2 Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí z pohledu
žákovy aktivity .................................................................. 88
5.2.3 MČĜení z videozáznamu jako kombinace reálného a
virtuálního prostĜedí .......................................................... 94
5.2.4 Mobilní elektronická zaĜízení a školní pĜírodovČdný
experiment ........................................................................ 96
5.2.5 Smíšená realita (Augmented Reality) a virtuální realita (Virtual
Reality) v pĜírodovČdných experimentálních þinnostech .. 99
6
Z výsledkĤ zkoumání variací reálného a virtuálního prostĜedí
v školních pĜírodovČdných experimentálních þinnostech ................
6.1 Efektivita využívání virtuálního prostĜedí ve výuce chemie jako
všeobecnČ vzdČlávacího pĜedmČtu – mČĜení pH ........................
6.2 Poþítaþové animace a simulace v pĜípravČ budoucích uþitelĤ chemie.
6.3 Percepþní procesy žákĤ pĜi kombinaci reálné a virtuální složky
vizualizace demonstraþního experimentu ...................................
6.4 Z dalších aktuálních výzkumĤ kombinace reálného a virtuálního
pĜírodovČdného experimentu ......................................................
4
103
104
112
115
125
7
Perspektivy virtualizace prostĜedí v pĜírodovČdném vzdČlávání......
129
8
Literatura .............................................................................................
137
9
RejstĜík .................................................................................................
153
10 PĜílohy ..................................................................................................
156
Abstract .......................................................................................................
174
1 Úvod aneb reálnČ þi virtuálnČ?
KromČ nezastupitelné role reálného experimentu v pĜírodovČdném
poznávání pĜed nás naše reálné životní prostĜedí staví stále více prvkĤ
virtuálních prostĜedí, virtuálních svČtĤ apod. DČti i dospČlí jsou znaþnČ
motivováni experimentováním, objevováním a vlastním uchopováním se
vČcí. Má-li školní experiment splnit svĤj úþel, musí být volen tak, aby byl
názorný, pĜimČĜený vČku uþících se a byl proveden s dalšími požadavky na
pĜehlednost, jednoduchost, dobrou viditelnost a respektování zásad
bezpeþnosti práce. To mĤže být v nČkterých pĜípadech natolik problematické, že uþitelé v praxi na provádČní experimentĤ radČji rezignují. MĤže
tyto požadavky splĖovat i experiment virtuální (simulovaný)? Cílem
výzkumného projektu, který Ĝešili autoĜi této monografie v prĤbČhu let
2009 – 2011, bylo hledání možností a mezí využití virtuálního prostĜedí pĜi
podpoĜe výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ se speciálním zĜetelem na
poþáteþní výuku chemie. Znamenalo to zejména pokusit se zkoumat
efektivitu využití poþítaþových simulací a animací ve všeobecném
pĜírodovČdném a zejména poþáteþním chemickém vzdČlávání (pĜedevším
na 2. stupni základních škol), a to jak samostatnČ, tak v nejrĤznČjších
kombinacích s reálným experimentem. Šlo o hledání zákonitostí a pĜípravu
na nich založených doporuþení pro smysluplné a efektivní využití
poþítaþových simulací a animací, vzdálených a virtuálních laboratoĜí
a vzdálených mČĜení s využitím zkoumání pedagogicko-psychologických
fenoménĤ jako jsou badatelsky orientovaný pĜístup, konstruktivismus,
dČtská pojetí, individuální uþební styly, vizuální gramotnost apod.
ZámČr tĜíletého výzkumného projektu vycházel z dlouhodobých
zkušeností Ĝešitelského pracovištČ Katedry chemie PĜírodovČdecké fakulty
(do srpna roku 2010 Pedagogické fakulty) Univerzity Hradec Králové
v oblasti metodologických aspektĤ výuky chemie a její poþítaþové
podpory. Nové dimenze do Ĝešení pak vneslo pracovištČ spoluĜešitelĤ, tedy
Katedry pedagogiky Pedagogické fakulty Univerzity Jana Evangelisty
PurkynČ v Ústí nad Labem. Cíle projektu byly specifikovány do
následujících tĜí oblastí:
1. Analýza výsledkĤ výzkumných projektĤ plnČ nebo þásteþnČ
zkoumajících efektivitu kombinace reálného a simulovaného
experimentu ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ v zahraniþí.
2. Zkoumání efektivity využití vybraných simulovaných a animovaných experimentĤ v poþáteþním chemickém vzdČlávání
(využití metod pedagogického výzkumu, zejména pĜímého
5
a nepĜímého pozorování, dotazníku a pedagogického experimentu).
3. Zkoumání vlivu prekonceptĤ a dalších pedagogicko-psychologických fenoménĤ (individuálních charakteristik uþícího se jedince)
efektivního uþení na využití simulací a animací v poþáteþní výuce
chemie.
Proveditelný reálný experiment by nemČl být žádným zpĤsobem
eliminován ze školní laboratorní praxe. To vždy bylo východiskem všech
kurikulárních pĜístupĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání, které zĤstává stále
aktuální. Ovšem naše reálné životní prostĜedí pĜed nás staví stále více
prvkĤ virtuálních prostĜedí, virtuálních svČtĤ, svČtĤ zprostĜedkovaných
nekoneþnými možnostmi poþítaþových sítí. ZprostĜedkované vnímání
prostĜednictvím virtuálních obrazĤ se díky masivnímu rozšíĜení
informaþních technologií stává majoritním kognitivním kanálem žákĤ
mladšího i staršího školního vČku. PĜímá utilizace informací z kolem nás
vnímané existující reality je postupnČ vytlaþována a nahrazována
pĜijímáním virtuálních informací. Jak tedy volit smysluplnou a didakticky
efektivní kombinaci reálného, zprostĜedkovaného a simulovaného
pozorování, mČĜení a experimentování? ěada autorĤ se spíše intuitivnČ
pĜiklání k tomu, aby byly jednoduché experimenty, nenároþné na materiální
a technické zázemí, provádČny pĜednostnČ formou reálné þinnosti.
Vzdálená pozorování a vzdálené experimenty by mohly být využívány jako
doplnČk k aktualizaci a motivaci napĜ. formou školních projektĤ
a projektovČ orientovaných þinností. A virtuální experimenty pak
využívat zejména pĜi interpretaci reálných experimentĤ (trenažéry
laboratorní þinnosti, predikce a verifikace výsledkĤ experimentĤ)
a experimentĤ ve školních podmínkách neproveditelných (nebezpeþných,
nároþných na technické vybavení, nedostupných apod.). Získávání
a prohlubování manuálních dovedností (mČĜení s pomocí dostupných
laboratorních pĜístrojĤ, práce s aparaturami i vytvoĜenými z prostĜedkĤ
každodenní potĜeby, práce s dostupnými a bezpeþnými chemickými
látkami aj.), které jsou jednou z podstatných složek pĜírodovČdného
vzdČlávání nelze pravdČpodobnČ plnČ nahradit prací s monitorem
a klávesnicí. Ovšem vyhýbat se zprostĜedkovanému pozorování a práci
s modely (pĜístrojĤ, prĤbČhĤ pĜírodovČdných fenoménĤ apod.) možné také
není. Nejen z tČchto dĤvodĤ je nutné tyto oblasti zkoumat, a to jak pro
potvrzení tČchto intuitivních odhadĤ, tak k hledání odpovČdí na další
otázky, které tato oblast možných pĜínosĤ a ohrožení kombinace reálné
a simulované experimentální þinnosti pĜináší.
6
Na Ĝešitelském pracovišti vzbudil pozornost již pĜed více než dvaceti
lety Ĝešený projekt zkoumání vlivu simulací – trenažérĤ laboratorní þinnosti
na úspČšnost žákĤ pĜi reálném experimentování (Hellberg, 1983, Vít, 1986,
Bílek, 1991). I když byla provedena Ĝada šetĜení, která ukazovala na
pozitivní efekty kombinace reálného a virtuálního prostĜedí, nebylo možné
tehdy získané výsledky i vzhledem k dostupným technickým podmínkám
považovat za jednoznaþné. Šlo tehdy o Ĝešení nedostateþnČ „schopného“
software, simulujícího aparaturu k mČĜení viskozity rĤzných kapalných
látek, kdy þas prĤtoku kapaliny animovaným Ubelohdeho viskozimetrem
byl mČĜen ruþnČ pomocí stopek (Vít, 1986). Pokusy s takto konstruovanými laboratorními experimenty, kdy se kombinovaly videozáznamy
profesionálního a školního laboratorního prostĜedí s poþítaþovou simulací
pĜíslušné aparatury a reálným mČĜením þasu na stopkách, byly pro studenty
uþitelství, kteĜí tvoĜili výzkumný vzorek, vysoce motivujícím prvkem,
i pĜes ponČkud graficky nedostaþující virtuální þást a uživatelsky ménČ
pĜíjemné prostĜedí tehdejší výpoþetní techniky (poþítaþ PMD 85). Známé
jsou i pedagogické experimenty, provádČné s reálnými mČĜeními a simulacemi, na Institutu pro pedagogiku pĜírodních vČd pĜi UniverzitČ v Kielu
(Dahncke, Behrendtová, 2001). Na pĜíkladu kalorimetrických mČĜení zde
byla prokázána pozitivní role práce se simulovaným experimentálním
zaĜízením.
Je více než zĜejmé, že nyní, v dobČ výrazného nástupu tvorby
a využívání vzdálených a zejména virtuálních laboratoĜí a jejich dostupnosti i v mimoškolních podmínkách prostĜednictvím internetové služby
World Wide Web (WWW), vzrĤstá potĜeba nových zkoumání (pĜedevším pedagogického a pedagogicko – psychologického výzkumu) v této
oblasti.
ěešení projektu, jehož východiska, výsledky a podnČty pro další
þinnost v dané oblasti pĜinášíme v této publikaci, bylo naplánováno do
následujících etap:
1. Etapa – rešeršnČ – koncepþní, která zahrnovala analýzu pĜevážnČ
zahraniþních pramenĤ, prezentujících výsledky interakce reálného
a virtuálního prostĜedí v pĜírodovČdném vzdČlávání. Dílþí výsledky
této etapy Ĝešení projektu shrnujeme v kapitolách 2. – 5., kde se
zamČĜujeme hlavnČ na metodologické otázky pĜírodovČdného
poznávání ve školním prostĜedí a jeho poþítaþovou podporu
v rĤzných podobách.
2. Etapa – informaþnČ – registraþní, která byla vČnována konkrétním
výzkumným šetĜením ve výuce chemie na základních školách
a v pĜípravČ uþitelĤ chemie, shrnutá zejména v kapitole 6.
7
3. Etapa – informaþnČ – interpretaþní, zamČĜená na interpretaci
získaných empirických dat a na pokus o stanovení kritérií a doporuþení pro zaĜazení virtuálního a vzdáleného experimentování
v poþáteþním chemickém (pĜírodovČdném) vzdČlávání, prezentovaná
zde v kapitolách 6. a 7.
Jako pĜíklad všeobecnČ zamČĜené pĜírodovČdné výuky tedy byla
zvolena vzhledem ke složení kolektivu ĜešitelĤ projektu výuka chemie. Ta
nabízela široký prostor pro využití informaþních technologií pĜi podpoĜe
empirických (pozorování, mČĜení a experiment) a teoretických (modelování) metod poznávání. V tČchto ohledech technika postupuje velice rychle,
ovšem co se týþe vlivu na uþení v rĤzných stádiích vývoje žákova
zpracování informací, je dosud jen minimum použitelných principĤ a zákonitostí. Zde hrají významnou roli dČtská pojetí a pravdČpodobnČ i styly
uþení. Postižení role moderní techniky a technologií pĜi formování tzv.
vizuální gramotnosti, jejíž je práce s poþítaþovými simulacemi aktuální
a podstatnou souþástí, tak musela být stále v popĜedí všech našich úvah,
realizací þinnosti a interpretací získaných výsledkĤ. Od poþátku nám ale
bylo jasné, že moderní technika sama o sobČ pĜedstavuje pĜi tomto typu
výuky (vyuþování a uþení) þásteþnČ rozpornou roli. Na jedné stranČ se
rychle rozvíjejí rĤzné procesy a postupy vizualizace zejména tĜírozmČrných
objektĤ, které vedou pĜi vhodné metodice použití softwarových produktĤ
k posilování prostorové pĜedstavivosti. Na druhé stranČ ale televizní a do
jisté míry i poþítaþová obrazovka mĤže þlovČku implantovat chybné
pĜedstavy a návyky, které jsou velmi rigidní a špatnČ se s nimi dále pracuje.
Sem patĜí napĜ. tzv. bezprostorovost, þi další návyky a virtuální zkušenosti,
které vedou k nepĜesnému, zkreslenému þi špatnému chápání prostoru, vah,
sil, energií, pevností materiálĤ, ale i zkreslenému pojetí emocí a pocitĤ
apod. (Bílek a kol., 2007).
Informaþní a komunikaþní technologie a zvláštČ jejich síĢovČ
komponované systémy nenabízejí uþitelĤm a žákĤm jen samá pozitiva.
PĜinášejí i mnohá rizika a problémy. NapĜ. ýernochová (2003) cituje Lévyho,
který zdĤrazĖuje Ĝadu možných problémĤ tohoto „rizikového“ prostĜedí:
x izolaci a kognitivní pĜetížení žáka, jeho uþitele (stres z komunikace a z práce na monitoru),
x závislost žáka þi uþitele na síĢové navigaci nebo hĜe (i experimentování – pozn. autorĤ) ve virtuálních svČtech,
x pocit dominance (posílení rozhodovacích a kontrolních center,
víceménČ monopolizovaná vláda ekonomických mocností nad
dĤležitými funkcemi sítČ atd.),
x kontakty s kolektivní hloupostí a nedokonalostí.
8
Navíc mohou nastat problémy s þasovČ nároþnou pĜípravou,
s prĤbČhem a Ĝízením výuky, se závislostí na ICT (závislost na
energetickém zdroji, na provozu serverĤ, na možnostech a kvalitČ hardware
i software, na logice, nástrojích a struktuĜe, na možnostech komunikace
atd.), se zdravotnČ hygienickými aspekty atd. (volnČ dle ýernochová,
2003).
Podmínky pro využití simulací a další poþítaþové podpory
empirických a teoretických metod poznávání tj. zejména podpory
vzdálených a virtuálních laboratoĜí se stále vyvíjejí s tím, jak rostou
možnosti Internetu a jeho služby WWW i možnosti mČĜících, modelovacích i dalších prostĜedkĤ. Virtuální univerzity, virtuální tĜídy þi jiné
podoby vzdálených souþástí vzdČlávacích systémĤ se v pĜírodovČdném
vzdČlávání bez uvedených metodologických komponent nemohou obejít.
Na technických vysokých školách se již vzdálené a virtuální laboratoĜe
stávají bČžnou praxí a domníváme se, že jejich významnČjší rozšíĜení i na
nižší stupnČ školských systémĤ nebude dlouho trvat. V ĜadČ pĜípadĤ pĤjde
jistČ o spoleþné projekty, které by mČly napomoci i obnovení vČtšího zájmu
o studium pĜírodovČdných a technických oborĤ. PotĜeba výzkumného
uchopení uvedené problematiky zejména tam, kde se formuje poþáteþní
vztah k pĜírodovČdným a technickým oborĤm, je podle našeho názoru
velmi aktuální a žádoucí.
Pokusili jsme se zde nastínit uvažovanou šíĜi prezentované
problematiky, avšak je nám jasné, že k jednotlivým zámČrĤm mĤžeme
pĜispČt vždy jen dílþím pohledem.
Výsledky dosažené pĜedevším pĜi naplĖování cílĤ uvedeného
projektu byly po celou dobu Ĝešení projektu podrobovány pomČrnČ široké
diskusi na ĜadČ odborných konferencí a semináĜĤ, pĜi recenzních Ĝízeních
v odborných þasopisech a podobnČ. Vzhledem k potĜebČ jejich integrace
a snaze o urþitou závČreþnou syntézu jsme se rozhodli zpracovat tento text.
Tým ĜešitelĤ projektu, z nichž vČtšina tvoĜí i autorský kolektiv této
monografie, postupnČ doplĖovali další odborníci, jimž patĜí velký dík za
jejich pĜipomínky, názory, kritická hodnocení i pozitivní odezvy.
V neposlední ĜadČ bychom rádi podČkovali všem recenzentĤm
publikace za podnČtné pĜipomínky a návrhy k úpravám textu.
Všem þtenáĜĤm pĜedem dČkujeme za další návrhy k úpravám
i návrhy možné spolupráce pĜi Ĝešení navazujících projektĤ z této oblasti.
V Hradci Králové a v Ústí nad Labem v letech 2009 – 2011.
AutoĜi
9
2 Metodologie pĜírodovČdného poznávání a výuka
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ
2.1 Specifika pĜírodovČdného poznávání
ýlovČk už od své dávné historie vyniká zájmem o prostĜedí,
ve kterém žije, o prostĜedí, které pĜetváĜí k svému užitku a rozvoji. Nejprve
to byly pokusy vedené snahou o pĜežití, o zabezpeþení dostatku potravy,
tepla, ochrany proti povČtrnostním vlivĤm a proti nepĜátelĤm jak
z živoþišné, tak z rostlinné Ĝíše. PostupnČ se jeho cíle zaþaly rozšiĜovat
a doposud používaná metoda typu „pokus – omyl“ už nemohla dostateþnČ
zabezpeþit všechny jeho požadavky, které se dále rozrĤstaly. ýlovČk zaþal
pozorovat jevy daleko systematiþtČji, aby našel Ĝešení nebo odhalení
principu a též dokázal upravovat podmínky jevĤ, které chtČl využít nebo
kterým chtČl „pĜijít na kloub“. Zaþínal tedy „experimentovat“, aby
prozkoumával pĜírodní jevy, tedy je pozoroval a v nČkterých pĜípadech je
mČĜil, pĜiþemž se projevovaly i pragmatické stránky jeho konání, tedy
vazby na využití poznaných zákonitostí a principĤ v každodenním životČ.
Tím se pĜírodovČdné poznatky stále více zaþaly pĜibližovat technické
a technologické praxi a podnítily formování jednotlivých pĜírodních
a technických vČd. PĜírodní vČdy a jejich experimentální základ podmínily
rozvoj techniky a spoleþnosti jako takové.
Je zĜejmé, že pĜírodní a technické vČdy spojují jak metody
empirické, tak metody teoretické. Z nich mĤžeme považovat metodu
oznaþovanou jako experimentální nebo zkrácenČ experiment za ústĜední
bod pĜírodovČdného poznávání se svými jak pozitivními tak i, zejména
v souvislosti s ekologickými problémy a trvale udržitelným rozvojem,
negativními souvislostmi.
V procesu poznávání jde v podstatČ o proces Ĝešení odpovídajících
komplexĤ úloh dané tĜídy. Tento proces mĤže být realizovaný na rĤzných
úrovních, a proto se mohou získávané výsledky bádání vzájemnČ lišit, jak
z kvalitativního tak i z kvantitativního hlediska. Rozlišit mĤžeme v principu
dva typy postupĤ (Hellberg et al., 2000):
x první jsou založené na zkoumání skuteþnosti a jejím popisu,
x druhé si kladou za cíl objasnČní jevĤ, tzn. prezentaci podstaty tČchto
jevĤ na odpovídající úrovni.
V postupech prvního typu se získávají poznatky pĜedevším empirickou cestou za použití reduktivního uvažování. Pro postupy druhého typu
je charakteristická teoretická cesta poznávání, pĜi které se souþasnČ
10
s reduktivním uvažováním používá zejména dedukce (Hellberg, 1983).
V závislosti na dosaženém stupni zevšeobecnČní je možné uvažovat
o rĤzných úrovních poznání. NejobecnČjší prezentací skuteþnosti se zabývá
filozofie. Proto je její metodologie nejobecnČjším nástrojem (tj. souborem
metod a postupĤ) používaných speciálními vČdami v procese poznávání.
Z obecné metodologie vČd je potom odvozena metodologie vČd speciálních
a také jednotlivých vČdeckých disciplín. Mluvíme tedy napĜ. o metodologii
pĜírodních vČd, metodologii chemie atd. DĤležitou úlohu hrají také vztahy
mezi obsahy a metodologiemi rĤzných pĜírodních vČd, napĜ. v chemickém
výzkumu se používají fyzikální metody a podobnČ chemické metody jsou
využívané v biologii atd. Metody vzniklé v urþité vČdní disciplínČ, a to na
základe abstrakce, mohou být aplikované v jiných vČdeckých disciplínách,
napĜ. matematická logika mĤže pĤsobit jako výzkumný instrument v procesu fyzikálního nebo chemického poznávání apod.
V pĜírodních vČdách je dĤležité to, že výzkumné problémy jsou
Ĝešeny na empirické a teoretické úrovni souþasnČ. DĤležitým metodologickým nástrojem Ĝešení problémĤ je zejména experiment sloužící k ovČĜování pĜedpokládaných výsledkĤ bádání, tedy k urþování pravdivosti
(verifikaci) formulovaných hypotéz. V závislosti na požadované úrovni
poznávání rozlišujeme empirickou hypotézu a teoretickou hypotézu. Empirická cesta poznávaní vede k empirickým poznatkĤm. Charakteristickou
vlastností pĜírodovČdných bádaní je nutnost þastého používaní reálného
experimentu jako nástroje na ovČĜení empirických hypotéz. Avšak
experiment mĤže být nČkdy i bezprostĜedním zdrojem poznání a mĤže
uvádČt do problémové situace, založené na rozporu mezi tím, co je a co
není doposud známé (Konieczna et al., 1992).
Experiment je tedy metoda vČdeckého poznávání, pĜi níž se
zkoumají za kontrolovaných a Ĝízených podmínek jevy reálného svČta.
Experiment se uskuteþĖuje ve vČdČ na základČ teorie, která urþuje
nastavení problému a interpretaci dosažených výsledkĤ. Ve vČdČ se
používají rĤzné druhy experimentĤ. V základním výzkumu je nejjednodušší
kvalitativní experiment. Jeho cílem je zjištČní existence nebo neexistence
urþitého jevu pĜedpokládaného v teorii. SložitČjší jsou kvantitativní
experimenty, zahrnující mČĜení vlastností zkoumaných jevĤ (Fajkus, 2005).
ýasto se v základním výzkumu používá také myšlenkový experiment, který
se vztahuje k teorii a spoþívá v soustavČ myšlenkových operací, které se
dotýkají idealizovaných objektĤ. Myšlenkový experiment má za úlohu
vyjasnit vzájemné vztahy základních principĤ urþité teorie prostĜednictvím
teoretických modelĤ reálných experimentálních situací (Popper, 1997).
11
Významnou pozici má experiment v procesu objevování nových
faktĤ, kdy mĤže pĜebírat rĤzné funkce jak pro badatele tak pro uživatele
dosažených výsledkĤ. Jsou to zejména následující funkce (Hellberg et al.,
2000):
x motivaþní, kdy se napĜ. analýzou experimentálních dat dospívá
k novému neoþekávanému poznatku, k novému popisu jevĤ. Jako
dĤsledek analýzy takovéto Ĝešené problémové situace je zpravidla
objevený urþitý rozpor, který v sobČ obsahuje podstatu problému.
Dospíváme k formulaci problému, þasto ve formČ otázky a následuje
formulace hypotézy vþetnČ hledání optimální cesty její verifikace;
x objevná, kdy je napĜ. formulovaná zakázka prĤmyslu jako úloha,
jejíž Ĝešení spoþívá napĜ. ve stanovení vlastností urþité látky.
Experimentální zkoumání dané látky mohou probíhat na rĤzných
úrovních, v závislosti na používaných experimentálních technikách,
napĜ. spektrálních metodách, elektrochemických metodách apod. PĜi
poznávaní vlastností látek je experiment prvním hlavním krokem
poznávacího procesu. V následující etapČ jde o sbČr experimentálních
dat a jejich klasifikaci, která je výsledkem pokusĤ, uskuteþnČných
experimentátorem. V další etapČ jsou analyzované odpovídající data
a realizované první pokusy o zobecnČní, smČĜující k popisu vlastností
zkoumané látky. Dalším krokem je experimentální ovČĜení správnosti
odvozených zobecnČní;
x ovČĜující, kdy se napĜ. logickou analýzou formuluje teoretická
hypotéza. Je možné napĜ. na základČ interpretace matematického
modelu simulovat reaktivitu zkoumané látky. Dále se v praxi ovČĜuje
poznatek, získaný cestou dedukce, ve shodČ s postulátem teorie
poznávání: „od pĜímého vhledu k teorii a odsud do praxe“.
Experiment má v tomto pĜípadČ ovČĜovací funkci. Je následujícím
krokem po hypotéze, formulované na základe simulace, uskuteþnČné
pomocí modelu. Z obecného hlediska jde o teoretickou hypotézu.
Posloupnost etap þinností uskuteþĖovaných pĜi experimentech
vyplývá jak z funkce a místa experimentu v dané vČdecké disciplínČ tak
i z charakteru Ĝešeného problému. Tuto posloupnost je možné v urþitém
zjednodušení prezentovat následujícím schématem:
1. Formulace problému.
2. Analýza daného problému spojená s hledáním hlavního rozporu
charakterizujícího problémovou situaci.
3. Analýza problému, jeho transformace do otázky nebo soustavy
otázek (O1, O2 … Oi).
12
4. Další prohloubená analýza dílþích otázek a problémĤ vede
k formulaci dílþích hypotéz, které jsou souþástí hlavní hypotézy.
5. PĜíprava plánu ovČĜování hypotéz, tzn. plánování a pĜíprava
experimentĤ jako nástrojĤ ovČĜování dílþích hypotéz a hlavní
hypotézy (verifikace).
6. Realizace experimentu nebo experimentĤ.
7. Interpretace experimentálních dat (stanovení kvalitativních
a kvantitativních výsledkĤ, jejich uspoĜádání, analyzování a klasifikace).
8. Hledání pĜíþinných souvislostí mezi kvalitativními a kvantitativními efekty. Formulace závČrĤ.
9. Porovnání výsledkĤ získaných v procesu analýz a syntéz s hypotetickými pĜedpoklady. V pĜípadČ pĜijetí hypotézy následuje další
etapa, ale pokud byla hypotéza zamítnuta, je nutné se vrátit k bodĤm 3. až 5. a opakovat celý další postup.
10.ZobecnČní experimentálních výsledkĤ se realizuje pomocí následujících operací: analýzou, komparací, syntézou a generalizací.
Experiment mĤže být þasto i bezprostĜedním nástrojem Ĝešení
velkého množství rĤzných typĤ problémĤ. V tom pĜípadČ je podĜízený
teoretickému procesu poznávání, protože je Ĝízený teorií. Tehdy mĤže jeho
využití odpovídat následujícímu zjednodušenému schématu:
1. Formulace cíle experimentu.
2. PĜíprava a plánování experimentu (zabezpeþení odpovídajícího
materiálu a technické stránky experimentu).
3. UskuteþnČní experimentu (realizace posloupnosti þinností, zápis
experimentálních dat).
4. Zpracování výsledkĤ experimentu (formulování výsledkĤ pozorování a mČĜení, jejich zobecnČní a konfrontace s poþáteþním
stavem).
Výše uvedená schémata postupu pĜi aplikaci experimentu jako jedné
ze základních metod pĜírodovČdného poznávání respektují kombinaci
empirického a teoretického postupu bádání. MĤžeme tedy sumarizovat
nejvýznamnČjší þinnosti, které se v rĤzných podobách pĜi experimentování
vyskytují. Z empirických þinností to jsou zejména: pozorování, mČĜení,
vlastní experimentování, zpracování experimentálních dat a jejich komparace. Výsledkem tČchto þinností jsou, po verifikaci (resp. falzifikaci)
hypotéz, empirické poznatky. Z teoretických þinností to jsou pĜedevším
myšlenkové experimentování, modelování, analyzování, syntetizování,
komparování, prognózování, abstrahování, generalizování, objasĖování
a dokazování (Hellberg et al., 2000).
13
Specifikum pĜírodních vČd a z nich zejména chemie spoþívá tak, jak
jsme naznaþili výše, ve sféĜe pozorování prĤbČhu pĜírodovČdných
a v chemii tedy chemických dČjĤ (senzorická oblast) a ve vytváĜení
podmínek pro jejich opakování a zmČny (motorická oblast). Je zĜejmé, že
nezbytnou souþástí každé senzomotorické (pĜíp. jen senzorické nebo jen
motorické) þinnosti jsou þinnosti intelektuální. Tento tématický okruh
široce rozpracovala Ĝada autorĤ. NapĜ. H. Riedel (1991a, 1991b, 1992,
1993, 1994a, 1994b) v této souvislosti formuloval teorii tzv. interních
operací. V základním horizontu rozlišuje:
I. Kognitivní operace - operace vstupu informací do vČdomí:
xpoznávání - z okolního svČta,
xvybavování - z pamČti.
II. Produkþní operace - operace zpracování informací:
1) formující - operace dalšího postoupení a uspoĜádání:
xzapamatování - pĜevádČní do pamČti,
xvyhodnocení - pozorování ve vČdomí
2) transformující - operace pĜetváĜení a spojování do nových
informací:
a) modelovČ orientované - model, návaznost, plánování:
xkonvergentní myšlení - vázané na urþitý myšlenkový vzor,
xdivergentní myšlení - prosté pĤvodního vzoru ve prospČch
jiných myšlenkových vzorĤ,
b) spontánní - bez modelu, skokem
xoriginální myšlení.
Uvedené typy þinností se uplatĖují v obou možných - teoretickém
i empirickém postupu osvojování uþiva. Dominantní (nebo radČji výchozí)
v teoretickém postupu jsou intelektuální þinnosti, v empirickém postupu
senzomotorické þinnosti. ZjednodušenČ analogii obou postupĤ znázorĖuje schéma realizace chemického experimentu podle ýtrnáctové (1982)
(obr. 1).
Ze schématu je patrné, že v obou pĜípadech je postup provedení
a hodnocení chemického experimentu analogický. Proto jsou i þinnosti
žákĤ pĜi provádČní a hodnocení školního chemického experimentu a pĜi
teoretickém vysvČtlování daných poznatkĤ podobné. Rozdíl obou postupĤ
se projeví pĜedevším v þinnostech uþitele, tj. ve zpĤsobu Ĝízení dané etapy
výchovnČ vzdČlávacího procesu (ýtrnáctová, 1982). Výše uvedené
poznatky je možné konkretizovat v Hellbergem (1983) vytvoĜeném modelu
odrážejícího místo základních nástrojĤ metodologie poznávání pĜírodní
skuteþnosti v procesu pĜírodovČdného vzdČlávání (obr. 2).
14
Obr. 1 Dvouetapové schéma teoretického a empirického postupu v prĤbČhu chemického
experimentu (ýtrnáctová, 1982)
Ve schématu modelu na obr. 2 je patrné rozdČlení do onČch dvou
základních oblastí. V levé þásti schématu je znázornČna oblast smyslovČ
konkrétního, v pravé intelektuálnČ konkrétního myšlení. Je možné pro
oznaþení oblastí využít i pojmy “induktivnČ konkrétní myšlení“
a “deduktivnČ konkrétní myšlení”.
V rámci tzv. kybernetického modelu zpracování informací (model
zahrnující prvky sdČlovacího a pĜijímacího systému s rĤznými úrovnČmi
zpČtné vazby) je z metodologického hlediska významná analýza a popis
mozkových center - napĜ. zjištČní, že centra smyslĤ jsou v tČsné blízkosti
center výkonných orgánĤ, odkázaných na nejužší spolupráci. Smysly
þlovČka snímají informace z okolního svČta ve formČ signálĤ rĤzných
fyzikálních nosiþĤ. Smyslový orgán je pĜevodník, který je citlivý na urþitý
druh fyzikálního nosiþe a podle kvality a kvantity podnČtu vyrábí pro
centrální nervový systém zpracovatelnou posloupnost elektrických
impulsĤ.
15
Obr. 2 Model základních nástrojĤ metodologie poznávání pĜírodní skuteþnosti
v pĜírodovČdném vyuþování doplnČný rĤznými typy poþítaþové podpory (viz kap. 3)
(Hellberg, 1983, Bílek, 1999)
16
Poþet smyslĤ je z tohoto hlediska znaþnČ vČtší než šest bČžnČ
uvádČných. Weber (1984) z tohoto pohledu uvažuje dvacet sedm rĤzných
„smyslĤ“. Každý z takto uvažovaných „smyslĤ“ má více ménČ ohraniþenou
oblast v kĤĜe velkého mozku. DostĜedivé nervové impulsy ze smyslových
orgánĤ, pĜípadnČ z jejich receptorĤ smČĜují do tČchto center, kde jsou
zpracovávány. UvnitĜ tČchto center jsou funkþní oblasti, napĜ. zrakové
centrum má oblasti pro zpracování barev, formy, pohybu atd. Jak již bylo
uvedeno, nacházejí se centra smyslĤ v tČsné blízkosti center výkonných
orgánĤ (efektorĤ). PĜíkladem mohou být následující dvojice senzorických
(SC) a motorických (MC) center, které jsou v tČsném sousedství zesíĢovány
co nejkratšími nervovými spoji. NapĜ.:
x SC pro sluchový vzruch a MC pro „naslouchací“ pohyby,
x SC pro optické rozlišení prostorového zobrazení a MC pro
konstruktivní þinnost,
x SC pro optickou pozornost a MC pro zamČĜovací pohyby,
x SC pro polohu a pohyb a MC pro obraty tČla a hlavy,
x SC pro pocit síly a MC pro sled motorických þinností,
x a další (Weber, 1984).
Tato uspoĜádání „šetĜí þas“ pĜi prĤchodu nervových vzruchĤ
a stavební hmotu (vytváĜejí se tzv. senzomotorická centra – napĜ. pohyby
hlavy a pohyby oþí pĜi sledování objektĤ).
KromČ spektra smyslĤ hrají významnou roli pĜi získávání informací
o objektu uþení také mČĜicí pĜístroje. PĜi jejich použití je tĜeba dĤslednČ
odlišovat dvČ možnosti:
1) mČĜicí pĜístroje, které zesilují kontrast vlastního snímaného
fyzikálního nosiþe vĤþi okolí (napĜ. mikroskop nebo dalekohled
pro oblast mikro- a makrosvČta),
2) mČĜicí pĜístroje, které mají funkci pĜevodníkĤ fyzikálního nosiþe
na nosiþ urþený pro urþitý smysl (napĜ. voltmetr).
Experiment je z tČchto hledisek svévolný zásah do pĜirozenosti
objektu uþení za úþelem zviditelnČní jeho vlastností (Weber, 1984).
Smyslové dĤkazy patĜí k jedineþným metodám tzv. objevného uþení, když
objekt sám neposkytuje pĜedem požadované informace. Pozornost
a zamČĜení je první svévolnČ Ĝízený filtr pro vstup informací do pamČti na
základČ zvídavosti nebo vytváĜení asociací. Dalšími faktory jsou nápadnost
uþiva, která zvyšuje zvídavost, ochrana proti stresovým faktorĤm, které
zpĤsobují tzv. blokaci myšlení (hormonální pĤsobení na synapsi nervových
vláken), ohled na styl uþení u jednotlivce nebo v prĤbČhu života (šíĜe
motivaþního pásma se þasem ponČkud zužuje, není zdaleka lineární) apod.
17
B. Weber (1984) vytvoĜil tzv. model „ekonomiky myšlení (Denkökonomik)“,
se zdĤraznČním dvou dílþích funkcí motivace:
1) tomu, kdo se uþí, umožnit otevĜení informaþního kanálu,
2) tomu, kdo vyuþuje, umožnit využití celé šíĜky pásma tzv.
informaþního filtru uþícího se vhodnou volbou cílĤ a obsahĤ
výuky.
Dobrá motivace je tedy základním pĜedpokladem pro úspČšné uþení
a vyuþování, tj. pro úspČšnou výuku, a jak uvádí Weber (1984) „ …je
s podivem, že to jde vČtšinou i bez ní, dokonce nČkdy i za stresu uþících se
(ale jistČ ne s tak dobrou úþinností jako bez nČho)“.
2.2 PĜírodovČdný experiment jako prostĜedek didaktické rekonstrukce
V pĜírodovČdném vzdČlávání zaujímá experiment dĤležité místo.
Dochází však k postupným promČnám významu experimentĤ v souvislosti
s vývojem paradigmat pĜírodovČdného vzdČlávání. „Fylogenetickou“
zmČnu významu a role experimentĤ pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného
vzdČlávání lze vysledovat i v „ontogenetických“ zmČnách ve využívání
experimentĤ v reálném edukaþním procesu. Základní a primární funkcí
experimentĤ je v pĜírodovČdném vzdČlávání funkce ilustrativní. Využívá se
pĜi ní pĜedevším reálných demonstraþních experimentĤ provádČných
uþitelem, jejichž cílem je ilustrovat dané zejména fyzikální þi chemické
zákonitosti. PozdČji by mČli být žáci vedeni k tomu, aby tyto zákonitosti
odvozovali na základČ individuálních zkušeností spojených s vlastním
aktivním experimentováním (Rijlaarsdam et al., 2006). Provedené
výzkumy (viz napĜ. Yore, Bisanz, Hand, 2003) však jasnČ prokázaly, že
samotné aktivní experimentování není pĜíliš efektivní, pokud není
doprovázeno pĜíslušnými myšlenkovými aktivitami. Souþástí experimentĤ
se stalo i aktivní sledování procesu utváĜení a geneze poznatkĤ uþících se
jedincĤ, byĢ zatím spíše z výzkumného než z praktického výukového
hlediska. Jelikož tato geneze se dČje v urþitém sociokulturním kontextu, má
experimentování v pĜírodovČdné výuce i enkulturaþní funkci. Tato funkce
se projeví pĜedevším tehdy, jestliže je navozena komunikaþní situace
spojená napĜ. s žákovským vysvČtlením pozorovaného jevu þi skuteþnosti
(jak to funguje, proþ to tak je, jak to souvisí s jiným jevem, jak se to dá
ovlivnit). VysvČtlováním se zvyšuje porozumČní uþícího se jedince dané
þásti vzdČlávacího obsahu. Tato šíĜeji pojatá funkce experimentĤ se
implicitnČ odráží i v kurikulárních dokumentech. ýeský Rámcový
vzdČlávací program pro základní vzdČlávání (RVP-ZV) v souvislosti
s experimenty uvádí (RVP-ZV, 2006): „ZvláštČ významné je, že pĜi studiu
pĜírody specifickými poznávacími metodami si žáci osvojují i dĤležité
18
dovednosti. Jedná se pĜedevším o rozvíjení dovednosti soustavnČ,
objektivnČ a spolehlivČ pozorovat, experimentovat a mČĜit, vytváĜet
a ovČĜovat hypotézy o podstatČ pozorovaných pĜírodních jevĤ, analyzovat
výsledky tohoto ovČĜování a vyvozovat z nich závČry.“
Je však tĜeba vzít do úvahy, že vysvČtlování je kvalitativnČ výraznČ
vyšší úroveĖ než popisování (King, 1997). Vyžaduje nalezení
a myšlenkové ovČĜení relace mezi vstupními podmínkami, prĤbČhem dČje
a koneþným výsledkem. V nalezené kauzalitČ se pak odráží jak teoretické
konstrukty, které by si mČl uþící se jedinec osvojit, tak jeho vlastní vnitĜní
poznatkový systém. Tím se experiment stává prostĜedkem didaktické
znalosti obsahu a dĤležitým prvkem didaktické rekonstrukce ve výuce
pĜírodovČdných vzdČlávacích obsahĤ.
Pojem didaktická znalost obsahu (pedagogical content knowledge)
spoþívá podle Shulmana (1987) ve schopnosti uþitele transformovat své
znalosti obsahu do forem, které jsou pedagogicky úþinné, a pĜesto
pĜizpĤsobivé schopnostem žákĤ. Didaktická znalost obsahu (bylo by možné
hovoĜit rovnČž o didaktické interpretaci obsahu) má podle Shulmana
dvojdimenzionální strukturu. Obsahuje jednak znalosti vztahující se
k reprezentaci uþiva a jednak porozumČní specifickým uþebním strategiím
žákĤ a jejich vnitĜnímu poznatkového systému. Janík (2009) uvádí þtyĜi
aspekty didaktických znalostí obsahu vycházející z výzkumného nástroje
vytvoĜeného Lim-Teo et al. (2007) (ten je sice urþen primárnČ pro mČĜení
didaktické znalosti matematického obsahu u uþitelĤ primárních škol, ale
jeho platnost je možné chápat obecnČji):
1. Uþitelovo porozumČní strukturám uþiva a jeho vazbám.
2. Uþitelovy znalosti spektra alternativních reprezentací pojmĤ za
úþelem jejich vysvČtlení.
3. Uþitelova dovednost analyzovat kognitivní nároky kladené rĤznými typy úloh na žáka.
4. Uþitelovo porozumČní uþebním obtížím a žákovským miskoncepcím a dovednost s nimi pracovat.
Experiment se ve výuce pĜírodovČdných obsahĤ vztahuje urþitým
zpĤsobem ke každému ze zde uvedených aspektĤ. Bylo by nesprávné
chápat experiment pouze jako jednu z alternací reprezentace pojmu.
V reálné edukaþní praxi se bohužel právČ takto k experimentĤm obvykle
pĜistupuje. Využívá se zejména jejich motivaþní efekt a je prostĜednictvím
nich demonstrována urþitá zákonitost nebo urþitý jev. Didaktická efektivita
takovýchto experimentĤ je však sporná, protože experimenty nebývají
spojeny s vysvČtlením ze strany žákĤ, nejsou podrobovány diskusi, žáci
obvykle nedokážou exploatovat z experimentu takové informace, které by
19
pĜispČly k vČtšímu porozumČní uþiva a k jeho zabudování do vnitĜního
poznatkového systému, aĢ již procesem asimilace nebo akomodace. Tím je
do znaþné míry promarnČn potenciál, který experiment skýtá jako
komplexní prostĜedek didaktické znalosti obsahu.
Základním východiskem modelu didaktické rekonstrukce je podle
Jelemenské, Sandera a Kattmanna (2003) chápání vČdeckých pĜedstav
a dČtských pojetí žákĤ jako rovnocenných zdrojĤ pro rekonstrukci
obsahové struktury tématu. To znamená, že pĜedem není postulovaná žádná
platná obsahová struktura vyuþování. ZpĤsob zohledĖování vztahu mezi
myšlením (poznáním) žáka a vČdeckými pohledy vychází z konstruktivisticky orientovaných pĜístupĤ k Ĝízení uþebních þinností žákĤ. V modelu
didaktické rekonstrukce jsou chápány vČdecké pozice stejnČ tak, jako
obsahy poznání, které jsou souþástí pĜedstav každodenního života žákĤ
jako individuální konstrukty pĜíslušných jedincĤ nebo skupin osob.
A v tomto kontextu jsou chápána i dČtská pojetí žákĤ. Nejsou považována
za pĜedstavy mylné ve srovnání s vČdeckými koncepty, ale jsou hodnoceny
z hlediska jejich variabilnosti v pĜíslušném sociokulturním kontextu.
Z tohoto pohledu není možné jednoduše pĜebrat obsahy jednotlivých
vyuþovacích pĜedmČtĤ z pĜíslušných vČdních oborĤ (byĢ po pĜíslušném
zjednodušení a modelování), ale je nutné jejich „znovuvytvoĜení“ z pedagogické perspektivy, tzn., musí být didakticky rekonstruované. Didaktická
rekonstrukce potom zahrnuje vytvoĜení vztahĤ z pohledu vzdČlávání
k souvislostem mezi koncepty pĜíslušného vČdního oboru a pojetími
vytvoĜenými na základČ individuálních zkušeností z každodenního života
žáka (blíže napĜ. Kapadia, Borovcnik, 1991).
Mnozí autoĜi zejména v oblasti oborových didaktik rozlišují školní
experiment (nazývaný obvykle jako pokus) a vČdecký experiment. O toto
rozlišení se pak opírá i celá Ĝada klasifikací školních experimentĤ, zejména
klasifikace zohledĖující organizaþní formy výuky s experimenty (napĜ.
Pachmann, Hofmann, 1981). Z hlediska uþitele je možné obČ entity chápat
zcela odlišnČ. Pokud definujeme experiment jako soubor jednání
a pozorování, jehož úþelem je potvrdit (verifikovat) nebo vyvrátit
(falzifikovat) hypotézu nebo poznatek, které nČco tvrdí o pĜíþinných
vztazích urþitých fenoménĤ, pak školní experiment z hlediska uþitele
opravdu experimentem není, neboĢ (uþiteli) neovČĜuje žádnou hypotézu, je
pĜedem znám jeho prĤbČh i výsledek. Toto své pojetí školního experimentu
potom uþitelé pĜevádí i do reálné edukaþní praxe a experiment se stává
i pro žáky tím, þím je pro uþitele, tedy pouhou ilustrací nebo dokladem
teoretických pouþek (nanejvýš lze hovoĜit o tzv. kvazi- þi pseudoexperimentu). Z hlediska žáka, který nezná ani prĤbČh ani výsledek
20
experimentu, má však i školní experiment všechny podstatné atributy
experimentu vČdeckého (Driver, Newton, Osborne, 2000). Z hlediska
Baconova filozofického pojetí jsou experimenty pĜi výuce pro žáky vždy
experimenta lucifera (experimenty „pĜinášející svČtlo“) (viz Bacon, 1990).
Na tuto skuteþnost by nemČli uþitelé zapomínat! V rámci edukaþního
procesu je proto vhodné, aby uþitelé pracovali s experimenty tak, aby se
pro žáky mohly stát tím, þím jsou vČdecké experimenty pro vČdecké
pracovníky – tedy pĜedevším prostĜedkem k aktivnímu a komplexnímu
utváĜení vlastního poznání. Aby tuto úlohu mohl experiment plnit, musí se
stát nástrojem didaktické rekonstrukce. Musí proto mít urþité charakteristiky:
x Experiment musí být pro žáky vysvČtlitelný a pochopitelný na jejich
aktuální úrovni poznání a vývoje kognitivních funkcí nebo mĤže tuto
úroveĖ mírnČ pĜesahovat ve smyslu Vygotského zóny nejbližšího
vývoje (blíže viz Vygotskij, 1971). Pokud tato podmínka splnČna
není, mĤže mít experiment motivaþní nebo ilustraþní funkci, ale
nestává se prostĜedkem didaktické rekonstrukce.
x Aby mohl experiment sloužit jako prostĜedek didaktické rekonstrukce, musí být uþitelem obvykle didakticky upraven. Ve struktuĜe
experimentu se realita transformuje, takže žákovi mohou být
cílevČdomČ zpĜístupĖovány nebo zvýrazĖovány pouze urþité
relevantní didakticky významné entity. Žák má na základČ svých
individuálních zkušeností a dosavadních poznatkĤ jasnČ a jednoduše
zjišĢovat informace, jež jsou z celé Ĝady promČnných dĤležité pro
identifikaci urþitých souvislostí nebo zákonitostí.
x ProvádČní experimentu a jeho jednotlivých krokĤ je tĜeba provázet
vždy vysvČtlením. Toto vysvČtlení však nemá dČlat uþitel, nýbrž
samotní žáci prostĜednictvím komunikace s vrstevníky, napĜíklad
v rámci skupinového þi kooperativního vyuþování (King, Staffieri,
Adelgais, 1998). Tento princip se shoduje s tím, co uvádí tzv.
sociální konstruktivismus.
x Realizace experimentu vyžaduje Ĝízení þinnosti žákĤ jednak
prostĜednictvím provádČcích pokynĤ, které navozují jednotlivé
þinnosti, ale také prostĜednictvím pokynĤ navozujících metakognici,
tedy uvČdomČní si vlastních myšlenkových pochodĤ, které žáci
realizují.
x Experiment by mČl spolu s jeho popisem a vysvČtlením vést
k vytváĜení logických struktur organicky zaþleĖovaných do vnitĜních
poznatkových systémĤ dítČte. Tím se experiment stává oporou pro
zapamatování daných poznatkĤ. Je však tĜeba, aby si komplexnost
21
experimentu uvČdomovali i samotní uþitelé. Aþkoliv je experiment
samostatná a þasovČ ohraniþená entita, je vždy souþástí širší struktury
vzdČlávacího obsahu. Nelze tedy pomíjet zaĜazení experimentu do
této struktury.
x Z pozic radikálního individuálního konstruktivismu opírajících se
o biologickou fenomenologii (Varela, Maturana, Uribe, 1974) je
experiment tzv. perturbující agens. Biologická fenomenologie chápe
totiž lidský mozek jako operaþní a sémanticky uzavĜený systém,
který není schopen z vnČjšího prostĜedí pĜijímat informace ve smyslu
významĤ. PodnČty z vnČjšího prostĜedí jsou vnímány pouze jako
„rušivé“ elementy, nazývané perturbace, které jsou operaþnČ
uzavĜené a na nČž organismus reaguje na základČ svých interních
kritérií þili strukturálnČ deterministicky. PĜestože perturbace spouští
v organismu urþité zmČny, sama o sobČ není jejich pĜíþinou. Mezi
podnČty prostĜedí a reakcí na nČ absentuje vztah determinovanosti,
pĜíþinnosti þi vyplývání. Každá perturbace tak mĤže vyvolat
u každého jedince zcela odlišnou subjektivní reakci. Jakákoliv
pĜijímaná informace má tedy nejvýše charakter zmiĖované
perturbující agens, a to ještČ pouze v pĜípadČ, je-li vĤbec subjektem
rozpoznaná. Uþitel tedy musí volit takové experimenty a takový
zpĤsob jejich provedení (vþetnČ technických prostĜedkĤ, vizualizace
atd.), aby informace experimentem pĜinášené byli žáci vĤbec schopni
identifikovat. (Urþitá charakteristika þi veliþina zjišĢovaná nepĜímo,
napĜ. hustota, nemusí být žáky správnČ identifikována a tudíž
pochopena a dochází pak ke vzniku miskoncepcí, kdy žáci zamČĖují
hustotu s hmotností þi viskozitou, jak uvádí Doulík (2005).)
Schopnost žákĤ identifikovat validnČ informace pĜinášené experimentem souvisí úzce i s jejich pĜevládajícím uþebním stylem (blíže
viz napĜ. Škoda, Doulík, 2009) a volenými uþebními strategiemi.
2.3 Metaanalýza informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného
experimentování
Z hlediska cílĤ našeho zkoumání, jehož pĜedmČtem jsou
metodologické nástroje pĜírodovČdného poznávání žákĤ s podporou ICT, se
dále zamČĜíme na metaanalýzu informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného experimentování, tedy zmapování souþasného stavu didaktického
využívání rĤzných typĤ experimentĤ vþetnČ jejich virtuálních prezentací
i reprezentací (jimi se budeme zabývat hlavnČ v následujících kapitolách)
pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného vzdČlávání za období posledních 10 let
(rozmezí 2000 – 2009). Toto období bylo zvoleno z toho dĤvodu, že právČ
22
v posledních 10 letech probíhá bouĜlivý vývoj ICT a pĜedevším jejich
masová implementace do škol. Lze Ĝíci, že tato implementace má globální
charakter. S tím, jak se postupnČ rozšiĜuje využívání ICT ve školách, se
k této oblasti obrací i pozornost didaktického výzkumu.
Jako relevantní informaþní zdroje pro metaanalýzu byla zvolena
nejvýznamnČjší svČtová odborná periodika zabývající se problematikou
pĜírodovČdného vzdČlávání. Periodická literatura byla zvolena z toho
dĤvodu, že þlánky v þasopisech lépe odrážejí aktuální stav poznání v dané
oblasti, než je tomu u monografických knižních publikací. Pro úþely
metaanalýzy byly vybrány pĜíspČvky v þasopisech:
x Early Childhood Research & Practice (vydavatel: University of
Illinois),
x Educational Researcher (vydavatel: American Educational Research
Association),
x Chemistry Educational Researcher and Practice (vydavatel: RSC
Publishing)
x Research in Science Education (vydavatel: Australasian Science
Education Research Association)
x Journal of Research in Science Teaching (vydavatel: John Wiley &
Sons Inc.)
x Science Education (vydavatel: John Wiley & Sons Inc.)
x Studies in Science Education (vydavatel: Taylor & Francis Group
Ltd.)
x International Journal of Science Education (vydavatel: Taylor &
Francis Group Ltd.)
x Journal of Chemical Education (vydavatel: Division of Chemical
Education, Inc., American Chemical Society.)
x Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching
(vydavatel: Association for the Advancement of Computing in
Education)
K metaanalýze bylo vybráno celkem 231 relevantních pĜíspČvkĤ
z uvedených þasopisĤ za sledované období posledních 10 let (seznam citací
uvedených textĤ je možné nalézt v publikaci Bílek a kol., 2009 (s. 119 –
128). Byly uvažovány pouze pĜíspČvky, které se zabývaly didaktickým
využitím rĤzných typĤ experimentĤ ve výuce, pĜípadnČ pedagogickým
výzkumem zamČĜeným do této oblasti. Nebyly reflektovány pĜíspČvky
pouze popisující urþitý software nebo popisující jeho funkce bez
odpovídající transformace do didaktické roviny. Dále nebyly reflektovány
pĜíspČvky o webových stránkách využitelných pĜi výuce pĜírodovČdných
23
obsahĤ, neboĢ se jedná sice o podporu výuky významnou i z didaktického
hlediska, nelze však pokládat tyto produkty za experimenty. Nebyly
reflektovány rovnČž pĜíspČvky zamČĜené na odkazy na webové stránky
obsahující návody na provádČní zejména chemických a fyzikálních
experimentĤ, neboĢ v naprosté vČtšinČ pĜípadĤ opČt absentovalo didaktické
hledisko jejich využití pĜi výuce. Aþkoliv jsou takové pĜíspČvky velmi
cenné, neboĢ mohou poskytnout uþitelĤm inspiraci pro provádČní
experimentĤ, neĜíkají nic o skuteþném využívání þi nevyužívání tČchto
experimentĤ pĜi výuce. Vzhledem k zamČĜení práce byly v jednotlivých
pĜíspČvcích sledovány tyto aspekty:
1. VČková úroveĖ cílové skupiny žákĤ, pĜi jejichž výuce bylo
v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání používáno experimentĤ. Byly
sledovány úrovnČ ISCED 0, ISCED 1, ISCED 2, ISCED 3,
ISCED 5 a zvlášĢ byly vyþlenČny pĜíspČvky zamČĜené
v souvislosti s využíváním experimentĤ na uþitele. PĜibližnČ
v polovinČ analyzovaných pĜíspČvkĤ však nebylo možné vČkovou
úroveĖ žákĤ identifikovat. PĜíþinou je jednak fakt, že dotyþné
pĜíspČvky se netýkaly pedagogického výzkumu, ale hovoĜily
obecnČ
o
možnostech
využití
experimentĤ
v rámci
pĜírodovČdného vzdČlávání a jednak jde o pĜíspČvky, kde se
hovoĜilo napĜ. o školní tĜídČ, aniž bylo možné jednoznaþnČ urþit
úroveĖ ISCED.
2. Typy použitých experimentĤ. Bylo sledováno používání reálných
experimentĤ, virtuálních experimentĤ (poþítaþových simulací
experimentĤ – podrobnČji viz kap. 6.), kombinací reálného
a virtuálního experimentu ve výuce, myšlenkových experimentĤ
a zvlášĢ byly vyþlenČny pĜíspČvky zamČĜené na využití
virtuálních vizualizací a modelování. Aþkoliv se v tomto
posledním pĜípadČ nejedná o virtuální experimenty v pravém
slova smyslu, mohou být vizualizace þi modelování využity jako
významná podpora experimentĤ reálných nebo myšlenkových.
3. Obor pĜírodovČdného vzdČlávání, pĜi jehož výuce bylo
experimentĤ didakticky využíváno. Obory byly rozþlenČny na
chemii, fyziku, biologii a ekologii, vČdy o Zemi a pĜírodovČdu ve
smyslu science, kdy se jednalo o problematiku pĜedpokládající
integrované pojetí výuky. Toto þlenČní se þásteþnČ odvíjí i od
vČkové úrovnČ žákĤ. PĜíspČvky zamČĜené na využití experimentu
v integrované pojetí pĜírodovČdného vzdČlávání byly obvykle
vztaženy k nižším úrovním ISCED.
24
Výsledky vyhodnocení vČkové úrovnČ cílové skupiny žákĤ, pĜi jejichž
výuce bylo v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání používáno experimentĤ,
ukazuje následující tabulka I. a obr. 3.
Tab. I. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle vČkové úrovnČ cílové skupiny
ÚroveĖ
ISCED 0
ISCED 1
ISCED 2
ISCED 3
ISCED 5
uþitelé
souþty
Absolutní poþty
0
11
41
47
10
9
118
Relativní poþty (%)
0,0
9,3
34,8
39,8
8,5
7,6
100,0
Z tabulky a obrázku vyplývá, že témČĜ tĜi þtvrtiny analyzovaných
pĜíspČvkĤ se svým zamČĜením vztahuje k vČkové úrovni sekundárního
vzdČlávání. Zde je tedy spatĜován nejvČtší prostor pro didaktické využití
experimentĤ rĤzných typĤ. K této kategorii je možné pĜipoþítat rovnČž
pĜíspČvky zamČĜené na uþitele, neboĢ ve všech 9 pĜípadech se jednalo
o uþitele stupĖĤ škol ISCED 2 a ISCED 3. PĜekvapivé je, že velice málo
pĜíspČvkĤ se zabývá využití experimentĤ na úrovni primárního
pĜírodovČdného vzdČlávání. Tuto skuteþnost dokresluje i fakt, že þasopis
Early Childhood Research & Practice zamČĜený na segment preprimárního
a primárního vzdČlávání neuveĜejnil za celé sledované období jediný þlánek
s relevantní tematikou. PĜitom právČ v této dobČ se budují základy celého
pĜírodovČdného vzdČlávání. RVP ZV stanovuje pro oblast primárního
pĜírodovČdného vzdČlávání ve vztahu k experimentĤm mimo jiné tyto
oþekávané výstupy, kdy žák:
x provádí jednoduché pokusy u skupiny známých látek, urþuje jejich
spoleþné a rozdílné vlastnosti a zmČĜí základní veliþiny pomocí
jednoduchých nástrojĤ a pĜístrojĤ (1. období),
x založí jednoduchý pokus, naplánuje a zdĤvodní postup, vyhodnotí
a vysvČtlí výsledky pokusu (2. období).
25
Obr. 3 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle vČkové úrovnČ cílové skupiny (%)
Poþet uvedených pĜíspČvkĤ však ukazuje, že oblast preprimárního a
primárního vzdČlávání je z hlediska didaktického využití experimentĤ
podceĖována. ZároveĖ se ukazuje, že právČ zde by se mohl otevírat znaþný
prostor pro experimenty virtuální nebo kombinaci experimentĤ reálných
s virtuálními (všech 11 pĜíspČvkĤ na této vČkové úrovni se zabývá právČ
tČmito typy experimentĤ). Virtuální experiment þi virtuální složka reálného
experimentu pĜináší zĜejmé výhody. Žáci nepracují s nebezpeþnými
látkami, nemusí ovládat neznámé pĜístroje, virtuální experiment neklade
takové nároky na psychomotorickou obratnost žákĤ. UmožĖuje navíc
elementarizaci nutnou k pochopení sledovaných jevĤ a dČjĤ i na této
vČkové úrovni, kdy jsou zatím poznatky žákĤ z oblasti pĜírodovČdného
vzdČlávání na nízké úrovni a opírají se spíše o individuální zkušenosti
zatížené znaþnými miskoncepcemi. PĜírodovČdné vzdČlávání na primární
úrovni je však výraznČ prakticistnČ zamČĜené, dĤraz je kladen na vlastní
prožitek žákĤ, který vychází pĜevážnČ z konkrétních nebo modelovČ
navozených situací pĜi osvojování potĜebných dovedností. Proto je vhodné
experimenty do výuky pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání zaĜazovat i na
primární úrovni. AlespoĖ v evropském prostoru se v poslední dobČ rozvíjejí
tzv. výzkumnČ ladČné koncepce pĜírodovČdného vzdČlávání, které je možné
26
považovat dokonce za novodobé paradigma primárního pĜírodovČdného
vzdČlávání. Velký význam je pĜikládán využití tzv. autentického výzkumu
pĜí výuce (bližší charakteristiky viz napĜ. Chinn, Malhorta, 2006).
Podstatou této metody je, že žáci provádČjí experimenty výzkumného
charakteru. Experiment je obvykle dlouhodobý, probíhá podle pĜedem
pĜipraveného plánu a podílí se na nČm vČtší skupina žákĤ, pĜípadnČ celá
tĜída. Žáci shromažćují výsledky, tĜídí je a uþí se je vyhodnocovat napĜ.
formou grafických závislostí a následnČ interpretovat. Nemusí pĜitom jít
vždy o reálný experiment. Stále þastČji se využívá i virtuálních
experimentĤ. S úspČchem je možné využívat i experimentĤ webových,
které prostĜednictvím vzdálené laboratoĜe umožĖují sledovat napĜ. nČkteré
charakteristiky z environmentální oblasti, které jsou blízké žákĤm
a možnostem jejich chápání. Tato metoda rozvíjí u žákĤ schopnost klást
otázky, vyhledávat dĤkazy pro svá tvrzení a vytváĜet racionální argumenty.
To žákĤm pomáhá nejen porozumČt pĜírodním vČdám, ale vybavuje je
takovými dovednostmi a návyky v procesu jejich myšlení, které mají širší
využitelnost. Lze také pĜedpokládat, že zkušenosti žákĤ z aktivní úþasti na
výzkumných úkolech se pĜenesou do vyšších stupĖĤ pĜírodovČdného
vzdČlávání a povedou k redukci pasivity žákĤ pĜi výuce pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ, jaké jsme þasto svČdky napĜ. na gymnáziích.
Baïdak a Coghlan (2006) poukazují na vhodnost ekologických témat
jako platformy pro uplatnČní autentických výzkumĤ na úrovni primárního
pĜírodovČdného vzdČlávání. PrávČ ekologická témata jsou svou podstatou
žákĤm velmi blízká, bezprostĜednČ se jich dotýkají, jsou znaþnČ medializovaná, mají celospoleþenský význam, s Ĝadou aspektĤ environmentální
výchovy mají žáci své osobní zkušenosti a navíc z hlediska obsahu
vzdČlávání patĜí mezi témata integrující Ĝadu poznatkĤ z rĤzných oborĤ
lidské þinnosti. PĜi studiu environmentální problematiky by pĜitom žáci
mČli uplatĖovat metody vČdecké práce, jejichž základy v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání získávají.
Výsledky vyhodnocení pĜíspČvkĤ z hlediska typu experimentĤ
využitých pĜí výuce pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ vzdČlávání ukazuje
následující tabulka II. a obr. 4.
Celkový souþet pĜíspČvkĤ v odborných periodicích zaĜazených
v rámci metaanalýzy podle kritéria typu experimentu použitého ve výuce je
o 7 menší, než celkový poþet relevantních pĜíspČvkĤ. Zde nezaĜazených
7 þlánkĤ se týká obecnČ didaktických otázek zaĜazování experimentĤ do
výuky pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání bez konkrétní specifikace typu
experimentu. Do této analýzy byly však zaĜazeny i þlánky pojednávající
o využití myšlenkových experimentĤ, a to z toho dĤvodu, že se obvykle
27
opíraly o urþitý pozorovaný dČj, zamČĜovaly se na vysvČtlení urþité
skuteþnosti, nebo sloužily ke stanovení vstupní hypotézy, kterou bylo
možno následnČ ovČĜit experimentem, aĢ již reálným nebo virtuálním.
Tab. II. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle typu experimentĤ
Typ experimentu
virtuální
reálný
kombinovaný (virtuální i
reálný)
myšlenkový
modelování, vizualizace
Souþty
Absolutní poþty
39
84
15
17,4
37,5
6,7
8
78
224
3,6
34,8
100,0
Obr. 4 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle typu použitých experimentĤ (%)
Z tabulky a obrázku je patrné, že pĜíspČvky orientované na výuku
pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ vzdČlávání se zabývají pĜedevším reálnými experimenty. Jejich využití v pĜírodovČdném vzdČlávání je stále pokládáno za nezastupitelné a didaktickému významu reálných experimentĤ
28
je vČnována i Ĝada pedagogických výzkumĤ. PĜesto lze však konstatovat, že
reálný experiment je v bČžné edukaþní praxi spíše na ústupu. Místo
prostĜedku didaktické rekonstrukce se funkce reálného experimentu
pĜesouvá spíše do motivaþní oblasti. ěada pĜíspČvkĤ zejména v Journal of
Chemical Education se zamČĜuje na využití zajímavých a efektních
experimentĤ ve výuce. Jejich motivaþní intence jsou zcela zĜejmé. Vedle
efektního prĤbČhu experimentu (napĜ. Prall, 2008) se využívá i dalších
prvkĤ zvyšujících motivaci, jako jsou neobvyklé názvy experimentĤ
(„zubní pasta pro slony“ – viz Trujillo, 2005), využívání látek známých z
bČžného života (energetický nápoj Red Bull – viz Simpson et al., 2009),
interdisciplinární pĜesahy do dalších oborĤ, zejména biologie (Mundel,
2009) nebo akcentace environmentálních aspektĤ (napĜ. Burley, Johnston,
2007).
Pokud jde o virtuální prostĜedí, hojnČ je využíváno pĜedevším
modelování, animace a rĤzné další typy vizualizací. Jak již bylo uvedeno
výše, pokud budeme vycházet z uvedené definice experimentu, pak tyto
typy vizualizací nejsou virtuálními experimenty (podrobnČji viz kap. 3 a 5).
Ve spojení s multimediálními databázemi však mohou výrazným zpĤsobem
pomoci žákĤm i uþitelĤm v porozumČní abstraktním jevĤm nebo jevĤm,
které nejsou pĜístupné pĜímému pozorování. Jelikož nevyžadují obvykle
nároþné hardwarové ani softwarové vybavení, jsou pĜístupnČjší jak pro
žáky, tak pro uþitele a jejich využití se v reálné edukaþní praxi rozšiĜuje
zejména s pomČrnČ masivním zavádČním interaktivních tabulí do škol.
Tyto vizualizace mají však omezené využití vyplývající z jejich v podstatČ
stereotypní funkþnosti.
Virtuálním experimentĤm ve smyslu poþítaþových simulací, ve
kterých mĤže žák mČnit vstupní parametry a tím ovlivĖovat prĤbČh
a výsledek experimentu, je v analyzovaných pĜíspČvcích vČnována ponČkud
menší pozornost. Virtuální experimenty se soustĜedí pĜedevším na simulaci
rĤzných fyzikálnČ chemických metod (napĜ. chromatografie, iontoforéza),
biochemických procesĤ (fotosyntéza, respirace), fyzikálních veliþin
(viskozita, hustota), chemických jevĤ (dynamická rovnováha, reakþní
kinetika) þi technologických zaĜízení (solární þlánky).
Velmi málo pozornosti je však ve sledovaných odborných
periodikách vČnováno pĜípadĤm, kdy je cílenČ s didaktickým zámČrem
kombinován reálný experiment s virtuálním. Aþkoliv se jedná z hlediska
didaktické znalosti obsahu o velmi významný prostĜedek didaktické
rekonstrukce pĜinášející uþícímu se jedinci Ĝadu komplexních informací
a podnČtĤ, v praxi je tato kombinace využívána jen málo. PĜíþinou je
pravdČpodobnČ znaþná nároþnost, kterou spojení reálného experimentu
29
s virtuálním vyžaduje. Nejde pĜitom pouze o nároþnost z hlediska
materiálového a technického, ale nároþné je používání kombinovaných
experimentĤ i na pĜípravu uþitelĤ a Ĝízení uþebních þinností žákĤ.
Výsledky vyhodnocení pĜíspČvkĤ z hlediska oboru pĜírodovČdného
vzdČlávání ukazuje následující tabulka III. a obr. 5.
Tab. III. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle oboru pĜírodovČdného vzdČlávání
Obor
Chemie
Fyzika
biologie a ekologie
pĜírodovČda (science)
VČdy o Zemi
Souþty
Absolutní poþty
142
62
28
6
2
240
59,2
25,8
11,7
2,5
0,8
100,0
Obr. 5 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle oboru pĜírodovČdného vzdČlávání (%)
Celkový souþet pĜíspČvkĤ v odborných periodicích zaĜazených
v rámci metaanalýzy podle kritéria oboru pĜírodovČdného vzdČlávání je
o 9 vČtší, než celkový poþet relevantních pĜíspČvkĤ. TČchto 9 pĜíspČvkĤ
popisuje využití komplexnČjších experimentĤ, které zasahují do více
30
vymezených oborĤ a byly proto zaĜazeny vždy do dvou oborĤ souþasnČ.
V sedmi pĜípadech šlo o propojení fyziky a chemie, ve dvou pĜípadech
o propojení chemie s biologií a ekologií. Jednalo se vždy o oba obory
oddČlenČ, nikoliv o hraniþní mezioborové disciplíny. PĜíspČvky z oblasti
fyzikální chemie þi biochemie byly Ĝazeny vždy pod chemii.
Z uvedené tabulky a obrázku je zĜejmé, že v analyzovaných þláncích
dominují popisy didaktického využití chemických experimentĤ. Tento
závČr je zĜejmý, neboĢ chemie je experimentální vČda a rovnČž výuka
chemie se (alespoĖ teoreticky) o využití experimentĤ opírá. Analogicky to
platí i o fyzice a fyzikálních experimentech, které jsou obsahem druhého
nejvyššího poþtu þlánkĤ. Tento výsledek je však do jisté míry zkreslen,
neboĢ relativnČ velké množství pĜíspČvkĤ se týkalo oblasti fyzikální
chemie, které byly vĜazeny pod chemii. PĜíspČvky z ostatních oborĤ
pĜírodovČdného vzdČlávání tvoĜily již výraznČ minoritní podíly. Zþásti
i díky omezeným možnostem provádČní experimentĤ napĜ. v rámci vČd
o Zemi þi experimentĤ týkajících se práce se živým materiálem v biologii.
Experimenty v oblasti ekologie jsou navíc obvykle dlouhodobého
charakteru a využívají se napĜ. v rámci projektové výuky nebo jsou
zaĜazeny do širšího pĜírodovČdného kontextu a v této analýze tedy byly
zaĜazeny do kategorie pĜírodovČdy. I poþet pĜíspČvkĤ týkajících se této
kategorie je však nízký. To je zpĤsobeno zejména tím, že doménou širšího
pojetí pĜírodovČdného vzdČlávání (pĜírodovČda, science) je pĜedevším
primární stupeĖ vzdČlávání (ISCED 1), na který bylo obecnČ zamČĜeno
velmi málo z analyzovaných pĜíspČvkĤ.
Z uvedené analýzy rovnČž vyplývá, že vČtšina z pĜíspČvkĤ
zabývajících se využitím reálných experimentĤ jsou zároveĖ pĜíspČvky
zamČĜené na oblast chemie. V pĜíspČvcích zamČĜených na oblast fyziky se
objevuje relativnČ více experimentĤ virtuálních nebo kombinovaných.
RovnČž webové (on-line) experimenty, o kterých se nČkteré
z analyzovaných þlánkĤ zmiĖují, jsou ve vČtšinČ z analyzovaných pĜípadĤ
experimenty fyzikálního charakteru. Jak v rámci výuky fyziky, tak v rámci
výuky chemie se však ve velké míĜe využívá animací a rĤzných typĤ
vizualizací.
Na základČ provedené metaanalýzy 231 relevantních pĜíspČvkĤ ve
svČtovČ uznávaných odborných periodikách zamČĜených na oblast využití
rĤzných typĤ experimentĤ pĜi výuce pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ
vzdČlávání lze formulovat následující závČry:
x Využití experimentĤ pĜi výuce patĜí stále mezi významná témata,
jimiž se oborové didaktiky zabývají. Do této oblasti je smČĜována
i Ĝada pedagogických výzkumĤ, které jsou obvykle zamČĜeny na
31
x
x
x
x
ovČĜení pochopení urþitých jevĤ, dČjĤ þi faktĤ demonstrovaných
nebo podporovaných experimenty.
Didaktické rovina využití experimentĤ pĜi výuce pĜírodovČdných
obsahĤ vzdČlávání je obvykle prakticistního zamČĜení. Experimenty
jsou zmiĖovány zejména v souvislosti s obsahem vzdČlávání
a s metodicko-organizaþními otázkami zaĜazení experimentĤ do
výuky. Psychodidaktické aspekty využití experimentĤ pĜi výuce jsou
diskutovány jen v malém množství þlánkĤ, a to ještČ spíše implicitnČ
v souvislosti s odstraĖováním miskoncepcí v žákovských pojetích
pĜírodovČdných fenoménĤ.
V relevantních analyzovaných þláncích v naprosté vČtšinČ pĜípadĤ
absentuje systematické pojetí experimentu v širších edukaþních
souvislostech jako prostĜedku didaktické rekonstrukce. Velmi málo
pozornosti je vČnováno tomu, jak experiment modifikuje vnitĜní
poznatkový systém žáka a procesĤm, kterými se informace pĜinášené
experimenty do tohoto systému zabudovávají.
Málo pozornosti je ve sledovaných periodikách vČnováno využití
experimentĤ v rámci primárního pĜírodovČdného vzdČlávání. To
pĜitom vytváĜí nezbytné a nepostradatelné kompetence pro další
uþení se pĜírodovČdným pĜedmČtĤm, definuje klíþové pojmy a seznamuje žáky se základními zákonitostmi fungování „fyzikálního“
a „biologického“ svČta, který žáky obklopuje. PrávČ na úrovni
ISCED 1 se determinuje základ pĜírodovČdného vzdČlávání, stejnČ
tak, jako se formují hodnoty a postoje s tímto vzdČláváním
související. V prĤbČhu dalšího vzdČlávání dochází k rozvoji již
vytvoĜených kompetencí, k diferenciaci a specializaci. Tento rozvoj
se však neobejde bez základĤ položených v rámci primárního
pĜírodovČdného vzdČlávání, ke kterým zcela nezbytnČ patĜí
i schopnost pracovat s experimentem a využívat experimenty v rámci
konstrukce poznání.
Velmi málo z publikovaných odborných studií se zabývá didaktickými aspekty interakce reálného a virtuálního experimentu v pĜírodovČdném vzdČlávání. Tento fenomén je dosud málo ošetĜen
validními pedagogickými výzkumy. ProvádČné výzkumné studie
(pokud již se tímto tématem zabývají) obvykle staví reálný a virtuální
instrument do protikladu a komparují didaktickou efektivitu výuky
podpoĜené bud jedním þi druhým typem experimentu. Pokroþilé
technologie dnes pomocí virtuální reality umožĖují reálný experiment
takĜka zcela nahradit virtuálním prostĜedím (Yair, Mintz, Litvak,
2001), což pĜispívá k chápání obou nástrojĤ didaktické znalosti
32
obsahu jako opozit. Jak reálné, tak virtuální prostĜedí se však mohou
vhodnČ doplĖovat a pĜispívat k efektivnČjší didaktické rekonstrukci
(blíže viz napĜ. Lindgren, Schwartz, 2009). Analogické studie se
zabývají interakcí experimentĤ reálných a myšlenkových (napĜ.
Reiner, Gilbert, 2004).
x Velmi nízká pozornost je ve sledovaných pĜíspČvcích v souvislosti
s využíváním experimentĤ pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného
vzdČlávání vČnována pĜípravČ uþitelĤ (aĢ již pregraduální þi v rámci
celoživotního vzdČlávání). Uþitelé-absolventi, kteĜí nebudou systematicky pĜipravováni na využívání experimentu jako didaktické
interpretace obsahu, nebudou experimenty ani používat pĜi své
výuce. Škoda a Doulík (2009) však zdĤrazĖují, že ne každý
experiment provádČný napĜ. v rámci vysokoškolských laboratorních
cviþení, je zároveĖ didaktickou interpretací obsahu. Školní
experiment musí sloužit pĜedevším didaktické transformaci
(Kansanen, 2002) a kompetence k provádČní efektivní didaktické
rekonstrukce musí být u pregraduálních studentĤ uþitelství
systematicky budovány a rozvíjeny. Prosazení vČtší míry využívání
školních experimentĤ jako prostĜedkĤ didaktické rekonstrukce se
neobejde bez odpovídající kurikulární podpory a systematických
zmČn dosavadního pojetí vzdČlávání.
2.4 Školní pĜírodovČdný experiment jako výzkumný problém
Experimenty, jakožto komplexní nástroje didaktické rekonstrukce,
by v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání mČly rozvíjet kompetence žákĤ
v kognitivní, psychomotorické i afektivní oblasti rozvoje osobnosti.
Evaluace didaktického využití experimentĤ v rámci reálného edukaþního
procesu by se tedy mČla dotýkat všech tČchto uvedených oblastí. V praxi je
ovšem komplexnČjší evaluace využití experimentu spíše výjimkou.
Pozornost se soustĜedí zejména na kognitivní složku a vztahuje se
k osvojeným poznatkĤm. K tomu jsou pĜizpĤsobovány i používané
diagnostické þi výzkumné nástroje. Nezáleží pĜitom ani na typu použitých
experimentĤ (Redish, Saul, Steinberg, 1997 nebo Molefe, Lemmer, Smit,
2005). Akcentace kognitivních vyuþovacích cílĤ v souvislosti s experimenty vede nejþastČji k používání rĤzných typĤ didaktických testĤ
ovČĜujících prostĜednictvím pretestu a posttestu didaktickou efektivitu
výuky podporované experimenty, aĢ již reálnými nebo virtuálními.
Velká pozornost je však ze strany pedagogického výzkumu
vČnována modifikaci pĤvodních naivních dČtských pĜedstav vzniklých
obvykle na základČ individuální zkušenosti dítČte a postupné zmČnČ tČchto
33
pĜedstav smČrem k vČdeckému poznání na úrovni vymezené pĜíslušnými
typy kurikulárních dokumentĤ. Tento trend je zcela v souladu s moderním
paradigmatem oborových didaktik vztaženému k tzv. didaktické
rekonstrukci (blíže viz Jelemenská, Sander, Kattmann, 2003). Ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ jsou (nebo by mohly být) experimenty
využívány jako velmi úþinné nástroje didaktické rekonstrukce. Poznatky
pĜinášené experimenty jsou procesem asimilace zaþleĖovány do již
existujících schémat jedince, do jeho dosavadních zkušeností; tyto objekty
vnČjšího svČta se stávají souþástí vnitĜního svČta jedince, jsou mu
podrobovány. Výsledkem asimilaþní þinnosti je vytváĜení asimilaþních
schémat (schémat þinnosti), což je vlastnČ podle Piageta (1999) podstata
uþení. PĜitom platí, že jedinec dokáže asimilovat jen takové podnČty
zvnČjšku, které odpovídají jeho dosavadním asimilaþním schématĤm a jsou
adekvátní úrovni jeho operaþních prostĜedkĤ (asimilace probíhá už od
úrovnČ senzomotorických operací až po operace formální, a ovlivĖují tedy
i vznik abstraktních pojmĤ, které nemají pro dítČ na nižší než formální
úrovni význam). Akomodace pak pĤsobí jako proces opaþný, ale
komplementární k asimilaci. Stávající struktury jedince, které pĜijímají
nové podnČty, jsou jimi zároveĖ modifikovány a pĜizpĤsobovány vnČjšímu
svČtu. Procesy asimilace a akomodace jsou tedy vzájemnČ podmínČné a je
tĜeba je posuzovat spoleþnČ. Pro dynamiku vývinu psychiky má tedy
podstatný význam vytváĜení rovnováhy mezi obČma procesy, rovnováhy
mezi aktivní þinností subjektu a pasivním pĜizpĤsobováním se prostĜedí.
Tato rovnováha je neustále narušována a je zároveĖ tím nedokonalejší, þím
je dítČ mladší (Held, Pupala, 1995). Procesy asimilace a akomodace jsou
zároveĖ klíþovými procesy didaktické rekonstrukce. OvČĜování didaktické
úþinnosti a efektivity experimentu v pĜírodovČdném vzdČlávání musí být
tedy úzce svázáno s diagnostikou þi výzkumem zamČĜenými na modifikaci
pĤvodních naivních pĜedstav (prekonceptĤ) uþících se jedincĤ. Z tohoto
požadavku by pak mČly vycházet i pĜíslušné diagnostické a výzkumné
metody. Dále jsou v textu uvádČny jednotlivé výzkumné (a diagnostické
metody), které jsou využitelné k výzkumu didaktické efektivity
experimentĤ jako nástrojĤ didaktické rekonstrukce v pĜírodovČdném
vzdČlávání. Jedná se o metody a techniky všeobecnČ známé, proto je na
tomto místČ uvádČna pouze jejich struþná charakteristika ve vztahu
k relevantní problematice (upraveno dle Doulík, Škoda, 2008). V námi
provedených výzkumech byly využity v rámci provedených pedagogického
experimentu a hodnocení názorĤ didaktické testy, dotazníky a rozhovory
(viz kap. 6).
34
2.4.1 Dotazník
Dotazník patĜí mezi tzv. explorativní metody pedagogického
výzkumu. Je založen na zpĤsobu písemného kladení otázek a získávání
písemných odpovČdí. Z obecného hlediska metodologie pedagogického
výzkumu se jedná o nejfrekventovanČjší metodu a užívá se pĜi hromadném
získávání dat (proto je také používána témČĜ výluþnČ pro úþely
kvantitativního výzkumu). Použití dotazníku se zdá v souvislosti
s výzkumem didaktické efektivity výuky podpoĜené experimenty jako
neperspektivní. Je však tĜeba vzít v úvahu i motivaþní úþinek experimentĤ,
neboĢ mnohdy jsou experimenty do výuky v reálné školní praxi zaĜazovány
zejména kvĤli svému motivaþnímu efektu. Motivace se pak výrazným
zpĤsobem podílí na utváĜení afektivní složky rozvoje osobnosti žákĤ
ve vztahu k experimentu a k empirickým metodám pĜi utváĜení
pĜírodovČdného poznání vĤbec. PĜi využití virtuálních experimentĤ
a dalších typĤ prezentací pomocí ICT se k motivaþnímu efektu samotného
experimentu þi vizualizace pĜidává i motivaþní efekt použití ICT pĜi výuce
(Kubiatko, Haláková, 2008). Pro zjišĢování motivaþní složky experimentu
se dotazník ukazuje jako nejvhodnČjší výzkumná technika. DĤležitý je však
typ otázek, které se v dotazníku objevují. NejþastČji používané jsou otázky
otevĜené (pĜípadnČ polouzavĜené), kdy respondent odpovČć sám tvoĜí,
a mohou se tak plnČ projevit jeho individuální specifika. Proto je vhodné
používat dotazníky s otevĜenými položkami na menším poþtu respondentĤ,
pĜípadnČ se kombinují otázky otevĜené a polouzavĜené. Naopak ménČ
používané jsou otázky uzavĜené, kde jedinec vybírá z pĜedložených
možností. P. Doulík a J. Škoda (2005) však upozorĖují, že problémem
otevĜených otázek zĤstává jejich obtížnČjší zpĤsob vyhodnocení, neboĢ šíĜe
odpovČdí bývá znaþná a zejména u respondentĤ mladšího školního vČku se
objevuje pĜekvapivČ pestré a originální spektrum odpovČdí. Pro
zjednodušení vyhodnocení se odpovČdi respondentĤ grupují podle
zvolených kritérií, které sledují cíle výzkumu. Problémem otevĜených
otázek je v kvantitativnČ orientovaných výzkumech také obtížnost jejich
statistického vyhodnocení pomocí induktivních metod statistické analýzy
dat. Grupování odpovČdí respondentĤ sice umožĖuje využívat nČkteré
statistické metody (napĜ. typu Ȥ2 test nezávislosti), ale jedná se pouze
o nominální druh mČĜení. Samotné vytváĜení grup a distribuce odpovČdí
žákĤ do jednotlivých grup mĤže být znaþnČ subjektivní. UzavĜené
dotazníkové položky sice umožĖují použití rozsáhlejšího statistického
aparátu, na druhé stranČ implikují odpovČć respondenta a neponechávají
mu prostor k vyjádĜení originálních názorĤ, což je však v souvislosti
35
s motivací velmi cenné. Pokud jde o detailní zachycení výpovČdí a jejich
rozbor, je lépe volit vhodnČjší metody (napĜ. interview).
2.4.2 Didaktické testování
Didaktické testy patĜí mezi nejþastČji používané metody pĜi výzkumu
výsledkĤ výuky podporované experimentem. DĤvodem pro jejich
používání je pĜedevším to, že výuka pĜírodovČdných pĜedmČtĤ (o kterých je
v souvislosti s experimenty relevantní hovoĜit) je zamČĜena pĜedevším na
dosahování kognitivních cílĤ. Didaktické testy pak slouží v duchu
Byþkovského definice (1982) jako nástroje systematického mČĜení
výsledkĤ výuky. Pro tyto úþely se vČtšinou používá úloh, které jsou
objektivnČ skórovatelné (nejþastČji úlohy typu multiple-choice) z dĤvodu
jejich snadného a jednoznaþného vyhodnocování. Nevýhodou tohoto typu
úloh je skuteþnost, že nabízené alternativy odpovČdí nemusí reflektovat
žákĤv vnitĜní poznatkový systém a mohou být z pohledu žáka
nesrozumitelné, zavádČjící nebo naopak málo plausibilní (nabízené
alternativy jsou þasto vytváĜeny odborníky, kterým mĤže být myšlenkový
svČt dítČte velmi vzdálen). Tuto nevýhodu uzavĜených úloh s výbČrem
odpovČdi lze do urþité míry eliminovat tím, že navržené distraktory jsou
sestaveny na základČ vyhodnocení dĜíve zadaných otevĜených testových
úloh, pĜípadnČ na základČ rozhovorĤ se žáky (Chráska, 1999).
(V souvislosti s problematikou konstrukce distraktorĤ rovnČž viz Sadler
(1998). KomplexnČjší pohled na utváĜení systému žákova poznání
poskytují úlohy otevĜené. Jde pĜedevším o úlohy otevĜené s odpovČdí
širokou a úlohy produkþní (žák sám tvoĜí odpovČć, uvádí svĤj názor,
úvahy na pĜedložený problém). Tento typ úloh lze pĜirovnat k divergentním
úlohám problémového charakteru. K iniciaþní funkci zde slouží uvození
instrukcí jako napĜ. „Co myslíš, že se stane, když…“, „Popiš svoji
pĜedstavu o….“ Tyto typy úloh podporují rozvoj tvoĜivého myšlení žákĤ
(blíže k problematice tvoĜivosti pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ napĜ.
Haláková a Kubiatko (2008). Jakýmsi kompromisem mezi úlohami
otevĜenými a uzavĜenými jsou dnes velmi þasto konstruované a používané
dvouúrovĖové didaktické testy. FormálnČ mají podobu testu s výbČrem
odpovČdi, ale žák tvoĜí svou odpovČć ve dvou krocích. Nejprve volí
z nČkolika bČžných nabídek odpovČć, kterou považuje za správnou þi za
nejbližší vlastnímu pojetí. PĜi druhém kroku vybírá z nČkolika argumentĤ,
jimiž se dá pĜedchozí volba zdĤvodnit, pĜípadnČ je nucen vysvČtlení své
odpovČdi sám formulovat. Tvorba tČchto dvouúrovĖových úloh je znaþnČ
nároþná nejen þasovČ, ale klade i požadavky na zkušenosti jejich tvĤrce.
U žákĤ na úrovni primárního vzdČlávání však tato metoda není pĜíliš
36
vhodná, neboĢ dČtem dČlá potíže srozumitelnost textĤ, zvláštČ jsou-li delší
nebo z obsahového hlediska nároþnČjší. Takové testové položky potom
mají ve vztahu k výsledkĤm výuky podporované experimenty velmi nízkou
validitu, neboĢ nezjišĢují kvalitu a strukturu poznatkĤ dítČte, ale spíše
schopnost žáka porozumČt pĜeþtenému textu.
2.4.3 Interview
Urþité opodstatnČní pĜi výzkumu výsledkĤ výuky podporované
experimentem má i interview. ZjišĢuje se jím, jak žák získává zkušenosti,
jak vytváĜí obsah pojmĤ, jak chápe a interpretuje svČt kolem sebe (Marton,
1994). UmožĖuje tedy identifikovat kvalitativnČ odlišné zpĤsoby, jakými
lidé chápou, vysvČtlují anebo zdĤvodĖují rĤzné jevy a dČje (Osuská,
Pupala, 1996). Dokonce je možné vytvoĜit i jakousi typologii
identifikovaných pĜedstav, neboĢ se ukazuje, že jich existuje jen urþitý
omezený poþet (Rye, Rubba, 1998). Fenomenografické interview pro svou
þasovou nároþnost a obsahovou hloubku umožĖuje realizovat výzkum
výsledkĤ výuky podporované experimentem spíše v malých skupinách.
Rozhovor není dopĜedu strukturovaný, pĜedem pĜipravené otázky tvoĜí
pouze páteĜ dČjové linie, dialog je tak typický a neopakovatelný pro ten
který pĜípad. Takto koncipovaný rozhovor tedy umožĖuje získat mnoho
informací o poznatkové struktuĜe dítČte a pĜedevším o jejím utváĜení
a vzájemných souvislostech uvnitĜ tohoto systému. Je také možné zamČĜit
se na komplexnČjší pochopení urþitých jevĤ demonstrovaných
experimentem ze strany žákĤ a nechat si vysvČtlit jeho teorie, jimiž
popisuje pozorovaný jev. Fenomenografický rozhovor nabízí velkou
volnost pĜi zjišĢování žákových subjektivních názorĤ, dovoluje jít do
hloubky, pružnČ reagovat na neþekané a rĤzné odpovČdi žákĤ þi mlþení.
Fenomenografický rozhovor je zamČĜený na odhalení kvalitativnČ
odlišných zpĤsobĤ, jakými lidé získávají zkušenosti. Jedním z pravidel
fenomenografického rozhovoru je neptat se na pĜíþinu, ale ptát se na
zpĤsob, tedy napĜ. „jak“, „pĜi jaké pĜíležitosti“ atd.
Rozhovor mĤže být pĜi zjišĢování výsledkĤ výuky podporované
experimentem hlavní výzkumnou metodou, avšak þastČji bývá metodou
doplĖkovou (zejména doprovází metodu analýzy žákových výtvorĤ). Je
potĜeba vzít v potaz fakt, že nČkteĜí žáci své subjektivní pĜedstavy jen
obtížnČ verbalizují, nedostává se jim slov, aby vyjádĜili to, co si o urþitém
fenoménu þi dČji myslí. Dále platí, že využití interview jakožto výzkumné
metody je na úrovni primárního vzdČlávání výraznČ limitováno
vyjadĜovacími schopnostmi dítČte. Proband nemusí být schopen sdČlit svoji
pĜedstavu napĜ. o pĜíþinách pozorovaného jevu v adekvátních pojmech.
37
RovnČž tak obsah a rozsah dítČtem sdČlovaných pojmĤ mĤže být zcela
odlišný od chápání daného pojmu dospČlým þlovČkem. Na tuto skuteþnost
upozorĖují napĜ. Krnel, Watson, Glažar (2005), pĜestože ve své výzkumné
studii používali metodu fenomenografického interview i pĜi práci
s tĜíletými probandy. V tomto pĜípadČ se však jednalo spíše o doplĖkovou
metodu doprovázející manipulaci dČtí s pĜedmČty vyrobenými z rĤzných
materiálĤ.
Zvláštní pozornost zasluhuje v této souvislosti klinické interview. To
je výzkumná metoda, pĜi které výzkumník mČní své otázky podle odpovČdí
dotazované osoby. Tato metoda byla využívána zejména Piagetem a jeho
školou a v souþasnosti se používá v širších souvislostech pĜedevším
v rĤzných výzkumech pĜírodovČdného a matematického myšlení. Klinický
pĜístup byl dále rozvíjen v pracích k výzkumu konceptuální zmČny
(conceptual change). Její tČžištČ spoþívá v tom, že žákova pĤvodní
pĜedstava je pĜedstavou pouze pĜedbČžnou (neadekvátní, nesprávnou,
nevČdeckou), která se má v prĤbČhu þasu pod vlivem zkušeností a uþení
promČĖovat smČrem k cílové pĜedstavČ (adekvátní, správné, vČdecké)
(blíže viz Janík, 2009). Model didaktické rekonstrukce hovoĜí spíše
o rekonstrukci pĜedstav (conceptual reconstruction). Klinické interview
vychází z paradigmatu kognitivní psychologie, jejímž znakem je
informaþní pĜístup (poznávací procesy jsou chápány jako procesy
zpracovávající, pĜíp. pĜepracovávající informaci), smČĜující k analýze
povrchové i hloubkové struktury psychických (poznávacích) procesĤ
(Sedláková, 2004). Klinické interview umožĖuje blíže zkoumat strategie
myšlení probandĤ a jejich pĜístupy k Ĝešení problémĤ obvykle v rámci
experimentálních úloh. Poskytuje pĜístup ke zpĤsobĤm, kterými jedinci
konstruují své poznání prostĜednictvím vzájemné interakce toho, co již vČdí
a þemu vČĜí s tím, co je prezentováno novými zkušenostmi (Carpenter,
1982). Primárním cílem tazatele v klinickém interview je tedy porozumČt
tomu, jak subjekt klinického interview uvažuje, proþ a jak dochází ke
konkrétním myšlenkám. Tazatele bČhem klinického interview nezajímá ani
tak vlastní Ĝešení problému, jako spíše strategie a logické postupy, které
dotazovaný používá. Z hlediska konceptuální zmČny je pĜedmČtem
tazatelova zájmu reakce subjektu na dĤkaz zpochybĖující jeho dosavadní
pojetí. Jde zejména o to, zda subjekt v konfrontaci se zpochybĖující
informací pĜinášenou prĤbČhem þi výsledkem experimentu své dosavadní
pojetí zcela zavrhne a jeho místo zaplní pojetím zcela novým, anebo zda je
zpochybĖující informace subjektem konstruktivnČ využita k modifikaci þi
revizi dosavadního pojetí. Posner a Gertzog (1982) doporuþují využívat
konkrétní experimenty a situace s nimi souvisejícími jako podnČty pro
38
otázky klinického interview. Podklady získané na základČ klinického
interview je možné využít k tvorbČ konceptuálních map (Mercer, Littleton,
2007) neboĢ pĜispívá k problematice objasnČní vývoje pojmĤ a získávání
znalostí.
Použití klinického interview jako metody k výzkumu výsledkĤ
výuky podporované experimentem s sebou však pĜináší dva problémy.
Cílem této metody totiž není pouze studium specifických faktorĤ každého
interview, ale také sledování hlavních principĤ, které je možné aplikovat na
široké spektrum interview (Osborne, Gilbert, 1980). Prvním problémem je
proto interpretace interview, která je do jisté míry vždy subjektivnČ
zabarvena. Druhým problémem je samotná povaha otázek a poznámek
pronášených bČhem interview tazatelem a jejich vliv na prĤbČh interview.
Nezkušený tazatel mĤže probandovi intuitivnČ podsouvat své vlastní
vysvČtlení pozorovaného dČje a své vlastní strategie Ĝešení problémĤ
a nemusí tak být vĤbec schopen pĜinést z klinického interview validní
údaje.
2.4.4 Pojmové mapování
Pojmové mapování velmi úzce souvisí se zjišĢováním struktury
poznatkĤ. PĜi osvojování klíþových pojmĤ v rámci pĜírodovČdného
vzdČlávání je vedle obsahu a rozsahu pojmĤ dĤležitá znát i jejich zaþlenČní
do myšlenkové mapy dítČte a do jeho vnitĜního poznatkového systému.
V ideálním pĜípadČ je pojmová mapa grafickým zobrazením þásti struktury
zmiĖovaného systému. Urþitá struktura poznatku mĤže být také v prĤbČhu
edukaþního procesu zámČrnČ vytváĜena. O pojmovém mapování je tedy
tĜeba v souvislosti s experimentem uvažovat jednak jako o metodČ
intervenþní (þi expoziþní) a jednak jako o metodČ diagnostické
a výzkumné.
Vzhledem k urþité specifiþnosti této výzkumné a diagnostické
metody ve vztahu k pĜírodovČdnému vzdČlávání je tĜeba ponČkud
konkretizovat otázku jejího vzniku a geneze. Termín myšlenková mapa se
zaþal objevovat v 70. letech 20. století v koncepci kanadského psychologa
Tony Buzana, který na základČ výzkumu zapamatování zkušeností, jejich
posloupností a vývoje jejich pojmového oznaþování dospČl k názoru, že
znalosti jsou do pamČti ukládány ve formČ „trsĤ“ (cluster), které vyjadĜují
jejich vzájemné souvislosti (Buzan, 2001). V þeštinČ, stejnČ jako
v angliþtinČ, existuje Ĝada alternativních názvĤ: mapování mysli (mindmapping), pojmové mapování (semantic mapping), konceptuální mapování
(concept mapping), slovní mapy (word-maps), mapy myšlení þi mentální
mapy (mind maps). NicménČ Buzanovo pojetí se promítalo spíše do roviny
39
kognitivních procesĤ. Pojmové mapování jako výzkumná metoda bylo
rozpracováno na pĜelomu 70. a 80. let 20. století na CornellovČ univerzitČ a
je spojeno se jmény J. Stewarta, J. van Kirka a pĜedevším J. Novaka.
PĤvodnČ bylo pojmové mapování vyvinuto jako jedna z metod zjišĢování
výsledkĤ výuky v biologii, jak o tom svČdþí první zásadní práce
zmiĖovaných autorĤ s touto tematikou (Stewart, van Kirk, Rowell, 1979;
Novak, 1980). V pedagogické rovinČ souvisí pojmové mapování pĜedevším
s rozvojem smysluplného uþení (meaningful learning), podle nČhož dává
nový poznatek žákovi smysl a je pro nČj srozumitelný tehdy, pokud je
zabudován do již existujících poznatkových struktur žáka. Tyto struktury
v podstatČ odpovídají myšlenkovým mapám (Novak, 2002).
Pojmové mapy v NovakovČ pojetí, které je dnes pokládáno za
standardní formát pojmových map, se skládá z pojmĤ zapsaných
v okrouhlých útvarech (kružnice, elipsy), které jsou vzájemnČ spojeny
þárami vyjadĜujícími souvztažnost mezi pojmy. PĜi horizontálních
spojeních nebo v pojmových mapách þtených odzdola nahoru se místo þar
používají šipky. V optimálním pĜípadČ má mapa jasnČ utváĜenou
hierarchickou strukturu (Novak, Gowin, 1984). Pro pochopení
smysluplného celku reprezentujícího urþitý úsek poznatkového systému
probanda bývá nČkdy výhodné naznaþená spojení mezi pojmy popisovat.
Zlepšenou koncepci pojmového mapování pĜedevším z metodologického
hlediska formuloval ve svých pracích Åhlberg (2004). Komparaci jeho
koncepce v porovnání s tradiþním Novakovým pojetím je možné shrnout
do následujících bodĤ:
1. J. Novak preferuje velmi struþná oznaþení pojmĤ v pojmových
mapách (Novak, 1998). Mnohé pojmy však þasto není možné pĜesnČ
a validnČ vyjádĜit bez použití více slov. Åhlbergova koncepce
umožĖuje charakterizovat pojem tolika slovy, kolik jich proband
pokládá za potĜebné použít.
2. Všechna spojení mezi pojmy jsou v pojmové mapČ kótována,
oznaþena šipkou. (Tedy nikoliv pouze pĜi horizontálních spojích a
smČrem nahoru vytváĜených map.)
3. Všechna spojení mezi pojmy jsou popisována, a to libovolnČ
dlouhými výrazy. Podmínkou je pouze co nejpĜesnČjší vyjádĜení
osoby, jejíž myšlení je takto mapováno.
4. Souþástí pojmové mapy se principiálnČ mohou stát obrázky, zvuky þi
dokonce videa. Toto se v NovakovČ pojetí nevyskytuje nikdy. Každý
jedinec však v prĤbČhu svého kognitivního vývoje prochází dle
Brunera ikonickým stadiem, kdy se myšlení odehrává pĜedevším
v názorných obrazech. Toto ikonické stadium by mČlo v období
40
5.
6.
7.
8.
pĜibližnČ 12. roku vČku dítČte pozvolna pĜecházet v abstraktní
stadium (odpovídající stadiu formálních operací podle Piageta). Je
však zcela bČžné, že i v dospČlém vČku pĜetrvává a pĜevažuje za
urþitých okolností ikonické názorné myšlení. PĜi zahrnutí tČchto
aspektĤ do pojmové mapy by bylo však na místČ hovoĜit již spíše
o mapČ myšlení, než o þistČ pojmové mapČ. Åhlberg tak ve své
koncepci myšlenkových map zĜetelnČ akcentuje epizodický charakter
informací ukládaných do pamČti a jejich asociaþní vazby se
smyslovými vjemy, které danou situaci, v tomto pĜípadČ reálný þi
virtuální experiment, doprovázejí. Pokud má být myšlenková mapa
skuteþnČ relevantní vizualizací utvoĜené poznatkové struktury þi
dokonce „rekonstrukcí“ procesu jejího utváĜení, musí pracovat
i s informacemi, které jsou kódovány jinak než slovnČ.
Novak svazuje své pojetí pojmové mapování úzce s Ausubelovou
teorií smysluplného uþení. Åhlbergova koncepce pĜedpokládá využití
pojmových map pĜi užití jakýchkoliv teorií uþení a rĤzných zpĤsobĤ
praktického Ĝízení uþebních þinností žákĤ. Vychází z toho, že
mluvené nebo psané projevy žákĤ mohou být transformovány do
podoby myšlenkových map a naopak.
Novakovo pojetí pojmového mapování klade dĤraz na hierarchickou
strukturu vytvoĜených map. Ve své práci napĜ. ukazují, jak mohou
být stejné pojmy uspoĜádány ve tĜech hierarchicky odlišných mapách
s rĤznými významy (Novak, Gowin, 1984). Åhlberg preferuje spíše
centrální umístČní klíþového pojmu v myšlenkové mapČ.
UpozorĖuje, že i takto pojatá mapa má prvky hierarchického
uspoĜádání, neboĢ stĜed konceptuální mapy je možné si pĜedstavit
jako vrchol pyramidy vidČný shora. Åhlberg také vysvČtluje, že
poznání, které je urþitým obrazem okolního svČta v lidské mysli, se
utváĜí spíše do podoby sítČ a nemá vždy striktnČ hierarchický
charakter. Myšlenková mapa by pak mČla být reprezentací tohoto
systému individuálního poznání.
V kvalitní pojmové mapČ je každý koncept zmínČn pouze jednou. Na
tomto pravidle však Novakova koncepce netrvá. O urþitých
výjimkách ale hovoĜí i Nicoll, Francisco a Nakhleh (2001), kteĜí
pĜipouštČjí opakování pojmĤ pouze v pĜípadČ takových konceptĤ,
které mají tolik spojení s dalšími pojmy, že výsledná pojmová mapa
ztrácí na pĜehlednosti. Z metodologického pohledu to však
doporuþováno není.
Jestliže je v pojmové mapČ každý pojem zmínČn pouze jednou, pak
je možné spoþítat množství spojení, které má daný pojem s ostatními
41
pojmy. Poþet spojení je pak validním odhadem centrality konceptu
v myšlení probanda a jeho významu pro utváĜení celého
poznatkového systému daného þlovČka (Åhlberg, Ahoranta, 2002).
9. Pro správnou interpretaci pojmové mapy je dĤležité znát i poĜadí þi
zpĤsob, jakým mapu þíst. Nemusí to být vždy od shora dolĤ. Bývá
proto z metodologického hlediska cenné sledovat i genezi tvorby
pojmové mapy.
PĜínos pojmového mapování spoþívá v tom, že umožĖuje zachytit
nejen to, jak žák „zná“ pojem reprezentující urþitý fenomén, ale i to, v jaké
interakci s ostatními pojmy (jaká je jeho struktura, jaké vazby tvoĜí) se
daný pojem nachází. Tvorba pojmové mapy je myšlenkový proces, který
lze vizualizovat do grafického zobrazení souvislostí a vztahĤ mezi pojmy.
Tyto vzájemné vazby vznikají na základČ neurofyziologických
mechanismĤ dlouhodobé pamČti a utváĜejí se na základČ asociaþních
strukturních interakcí a odpovídají Buzanovým „trsĤm“. Tyto „informaþní
komplexy“ vznikající bČhem prĤbČhu experimentu v rámci pĜírodovČdného
vzdČlávání mají vždy alespoĖ z þásti epizodický charakter. Jejich vznik
a vytváĜení vzájemných spojĤ je doprovázeno emocionálnČ podbarvenými
zážitky, které souvisí i s komplexnČjším smyslovým vnímáním, proto
pojmová mapa mĤže tvoĜit znaþnČ rozsáhlé a þlenité struktury. Jak uvádČjí
Greca a Moreira (2000), nejsou pĜedevším u mladších žákĤ pojmové mapy
þistČ pojmové, ale jedná se spíše o „mentální modely“, neboĢ se do nich
promítají individuální zkušenosti, osobní a emocionální motivy, zážitky
atd. Sweller (1994) považuje pojmové mapy jako vnČjší zobrazení
sémantické pamČti þlovČka a pojmové mapy tak podle nČj kopírují zpĤsob,
jakým byla daná pamČĢová stopa utváĜena.
Konkrétní provádČní pojmového mapování mĤže mít rĤznou podobu:
a) Žák má doplnit neúplné schéma vztahĤ mezi pojmy (chybČjí
nČkteré pojmy a vztahy – viz napĜ. Slotte a Lonka (1999).
b) S pomocí starší a zkušenČjší osoby má žák nakreslit své chápání
pojmové struktury daného tématu vztahující se ke zkoumanému
fenoménu þi k danému uþivu (napĜ. Stoddart, Abrams, Gasper,
2000).
c) Z nČkolika odlišných pojmovČ-vztahových struktur týkajících se
téhož fenoménu má žák rozhodnout, které z nich se nejvíce blíží
jeho názoru (úloha na volbu nabídnutých Ĝešení), pĜípadnČ jak by
schéma pozmČnil, aby plnČ vystihovalo jeho názor (zmiĖuje jako
jednu z možností napĜ. Bloom, 1995, avšak bez bližší
specifikace).
42
Z hlediska pĜínosu pojmového mapování pro výzkum výsledkĤ
výuky podporované experimentem je samozĜejmČ nejvhodnČjší stav, kdy
žák svou pojmovou mapu vytvoĜí zcela sám, bez intervence výzkumníka,
jak uvádČjí napĜ. Moss, Abramsa a Robb (2001). To se ale zejména
u mladších žákĤ jeví jako velmi problematické. KromČ metody vytváĜení
pojmových map se prakticky odzkoušela metoda sémantických sítí (obČ
metody se spoleþnČ Ĝadí mezi metody grafického znázorĖování vztahĤ mezi
prvky uþiva). Tato metoda je však znaþnČ nároþná, je vhodnČjší spíše pro
starší žáky a pĜevládá u ní použití pro výzkumné úþely (pĜed použitím
diagnostickým v bČžné práci uþitele).
2.4.5 Analýza žákových textĤ a kreseb
Analýza textĤ a kreseb žáka patĜí k pomČrnČ þasto využívaným
zejména diagnostickým metodám. PĜedevším u mladších žákĤ však mĤže
písemný projev pĜedstavovat urþité omezení, neboĢ žáci nemusí být
schopni vyjádĜit svoje pĜedstavy pomocí adekvátních slov. V takovýchto
pĜípadech se s úspČchem uplatĖuje analýza dČtské kresby (Dove, Everett,
Preece, 1999). OpodstatnČní má i v pĜípadech, kdy by byl pro dítČ písemný
projev výraznČ limitující, jako je tomu napĜ. u tČžších forem dysgrafie.
VyjadĜování pomocí kresby je dČtem blízké a mĤže Ĝíci mnohé o vnitĜním
svČtČ dítČte. Velice þasto se tato metoda kombinuje s metodou
(fenomenografického) rozhovoru, kdy proband svou kresbu interpretuje,
jak ukazuje napĜ. práce Sangera (2007). Kvalitativní rozbor a interpretace
dČtských kreseb mohou však být velmi nároþné a mohou pĜedpokládat
pĜedchozí výcvik posuzovatelĤ. PĜes toto omezení se analýzy dČtské kresby
þasto používá pĜi odhalování komplexnČjších pĜedstav vztahující se
k urþitým dČjĤm simulovaným prostĜednictvím experimentĤ (fotosyntéza,
kvašení, dýchání, kolobČhy prvkĤ v pĜírodČ atd.) (napĜ. Silva et al, 2004).
Dominantní místo analýze dČtské kresby jako nástroji pedagogicko
psychologické diagnostiky pĜisuzují i Z. Hadj-Mousová a J. Duplinský
(2002), kteĜí uvádČjí, že ze všech výtvarných aktivit je kresba pro dítČ
nejvíce spontánní þinností, není tĜeba nároþných technických prostĜedkĤ
a speciální podpory vedení. Oba autoĜi pĜisuzují dČtské kresbČ velkou
vypovídací schopnost: „Analýzou kresby se dozvíme o tom, co si dítČ
myslí o sobČ, druhých a svČtČ kolem nČj, co cítí a jakými disponuje
schopnostmi (percepþními, motorickými, kognitivními).“
PĜínos dČtské kresby je nesporný pĜedevším pro vývojovČpsychologickou diagnostiku, která je v historii þeského a slovenského
poradenství spojena pĜedevším se jmény Františka ýády (vzpomeĖme napĜ.
originální studii o dČtské kresbČ s názvem „Pedagogický význam kreseb
43
dČtských“ vyšlou v roce 1902) a ZdeĖka MatČjþka (in ěíþan, Vágnerová,
1991). Ve výzkumu didaktické efektivity výuky podpoĜené experimenty
pĜináší však využití dČtské kresby nČkteré specifické problémy. Za Ĝady
publikovaných výzkumných studií vyplývá, že dČtská kresba má své
opodstatnČní pĜedevším ve výzkumu realizovaném u mladších žákĤ. Je
tĜeba poþítat s tím, že dČtská kresba má vždy do urþité míry projektivní
charakter. Do kresby dítČ vtČluje vlastní pĜedstavy o okolním svČtČ a jeho
vnímání, mnohdy i svá pĜání a dČtské fantazie. StejnČ tak však mĤže dítČ do
kresby vtČlovat zcela obecné pĜedstavy utváĜené napĜ. pod vlivem médií
nebo sociokulturních tradic. S rostoucím vČkem žákĤ však dČtská kresba
postupnČ ztrácí svoji originalitu a kreativitu tak pĜíznaþnou pro mladší
školní vČk a stává se spíše „technickým výkresem“ (zejména jde-li o výuku
fyziky ale i chemie). Objevuje se rovnČž snaha doprovázet svoji kresbu
doplĖkovým nebo vysvČtlujícím textem, zejména tehdy, není-li vlastní
kresba probanda spojena s fenomenografickým interview. Z tohoto dĤvodu
není vždy možné chápat analýzu dČtských textĤ a dČtské kresby jako dvČ
oddČlené a na sobČ nezávislé výzkumné metody þi techniky. Urþitým
problémem zejména pĜi kvantitativních výzkumech je þasová nároþnost
kreseb a subjektivita jejich interpretace. Toto negativum lze þásteþnČ
eliminovat sledováním urþitých objektivních a „poþitatelných“ charakteristik dČtských kreseb (souþásti aparatury, „funkþnost“ aparatury podle
obrázku þi schématu, kauzální nexus v naznaþených dČjích atd.).
44
3 Metodologické aspekty ICT podporované výuky
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ s pĜíklady z výuky chemie
Matematika a pĜírodní vČdy se v souþasnosti již nemohou obejít bez
významné podpory informaþních a komunikaþních technologií (ICT).
Digitální technika se stává jejich organickou souþástí a umožĖuje
významným zpĤsobem objevování nových poznatkĤ, principĤ a posun
v nazírání dosud platných teorií. Tuto skuteþnost si stále významnČji
uvČdomuje i vČtšina uþitelĤ, studentĤ a žákĤ na nejrĤznČjších stupních
vzdČlávání (Bílek, Turþáni, 2006).
Z uvedených dĤvodĤ musí souþasný uþitel pĜírodovČdných pĜedmČtĤ
ovládat nejen vyuþovaný obor, ale i základy informatiky, doplnČné
o uživatelskou znalost aplikovaného software. To je pomČrnČ nároþné
jednak vzhledem k velkému množství hardwarových i softwarových
produktĤ, aplikovatelných v pĜírodovČdné a technické praxi, a jednak
k jejich neustálému vývoji. Rozvoj digitálních technologií a jejich aplikací
v pĜírodních vČdách i v technice je velmi bouĜlivý, a tak již nelze oþekávat,
že uþitelé dopodrobna zvládnou vČtšinu nabízených produktĤ. Musí mít ale
základní orientaci v principech a zamČĜovat více pozornosti na perspektivní
informaþní systémy podle povahy oboru, který vyuþují (Cyrus, Slabý
a Bílek 1997).
Aplikaci nových prostĜedkĤ do výuky urþitých pĜedmČtĤ, a to jak
materiálních tak nemateriálních, vždy zabezpeþovala v teoretické i v praktické rovinČ oborová didaktika (pĜedmČtová didaktika, v dĜívČjším pojetí
i teorie vyuþování nebo metodika výuky oboru). V moderním pojetí
oborových didaktik, novČ uvažovaných i tzv. mezioborových didaktik
(Trna 2005), které respektuje výsledky rychlého vývoje nových
technologií, již není možné vystaþit s charakteristikou oborové didaktiky
jako prĤniku pedagogiky a vyuþovaného oboru, ale je nutné odhalovat
souvislosti a vazby mnohem širší. Nad jednotlivými oborovými
didaktikami tak zaþíná vyrĤstat nový obor - technologie vzdČlávání. Tento
nový impuls by mČl usnadnit cestu nejnovČjším technologiím a jejich
modelĤm do výuky. Jen tak mĤže vzdČlávací sféra „držet krok“ s rozvojem
spoleþnosti, oznaþované jako informaþní.
Ani v aplikacích informaþních technologií ve výuce pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ nesmí být opomíjeny metodologické aspekty. Jde tedy o podporu
smysluplných aplikací jak empirických metod pĜírodovČdného poznávání
(prosté a Ĝízené pozorování, mČĜení, reálné experimentování, práce s empirickou hypotézou) tak metod teoretických (myšlenkové experimentování,
45
modelování na rĤzné teoretické úrovni - materiální, mentální, matematické
apod., práce s teoretickou hypotézou).
Funkce interaktivního média není bezprostĜednČ, ale zprostĜedkovanČ metodologická. UmožĖuje aplikovat základní empirické a teoretické metody rychleji, komplexnČji a jejich výsledky ukládat i dlouhodobČ
do pamČti a pĜitom kdykoliv poskytovat informace i o historii studovaného
jevu. Jde tedy o výrazný pomocný nástroj, umožĖující zdokonalovat
metodologii získávání nových a aplikaci existujících poznatkĤ.
Z uvedených aspektĤ má poþítaþ místo ve spojení s kteroukoliv
základní empirickou nebo teoretickou metodou, nebo ve vzájemném vztahu
mezi nimi. KromČ toho mĤže napĜ. pĜedstavovat databázi poznatkĤ
získaných pĜi prĤbČžném sledování, popĜ. Ĝízení procesĤ na všech
kvantitativních úrovních – laboratorní (mikro-, semimikro-, makrotechnika), poloprovozní a provozní. PĜedevším tímto zpĤsobem se nyní
ICT uplatĖují v odborné pĜírodovČdné praxi. Slouží tedy jako nástroj
umožĖující realizovat (Hellberg, Bílek, 2000):
a) numerické operace (podobnČ jako kalkulátor vysoké úrovnČ);
b) sledování, prĤbČžné vyhodnocování a ukládání dat do pamČti
z "live" provádČných pozorování (Ĝízená pozorování) a reálného
experimentování;
c) modelování tČchto postupĤ - fungovat tedy jako jejich simulátor;
to pĜedpokládá existenci matematického modelu pĜíslušného
metodologického postupu; model je pak východiskem pro tvorbu
pĜíslušného simulaþního programu;
d) široké použití dalších možností modelovací þinnosti spojené
s využitím poþítaþe, kdy jde zejména o tvorbu modelu, v pĜípadČ
simulací jde o aplikaci modelu a jeho interpretaci;
e) složité pĜípady, kdy je do poþítaþe vložen dostatek informací
o dané tĜídČ vČcí, pĜedmČtĤ, látek, jevĤ, a poþítaþĤ je možné
využít jako rádcĤ (expertĤ) v dané oblasti – expertní a znalostní
systémy.
Naše zamČĜení se dotýká aplikací uvedeného pĜístupu na
problematiku využití poþítaþĤ (informaþních a komunikaþních technologií)
ve výuce pĜírodním vČdám (chemii). PĜi využití poþítaþe k podpoĜe
experimentálních þinností mĤžeme získat vhodnou kombinací mČĜících
systémĤ, simulací a „data-processing“ programĤ prostĜedí nových možností
experimentu. Poþítaþ tak mĤže usnadnit jak induktivní, tak i deduktivní
postup v jejich vzájemné kombinaci, tak jak je to naznaþeno napĜ. ve
schématu Wedekinda (1981) (obr. 6). Tak jsou mČĜící systémy rozšiĜovány
na tzv. integrované systémy, které obsahují vČtšinu uvedených komponent
46
oznaþovaných jako „lerningspace“ nebo „microworld“, v nČmž však nemĤže chybČt komponenta reálného prostĜedí. Tak je tĜeba chápat specifikaci
tzv. multimediálního pĜístupu k výuce pĜírodním vČdám, tj. s postižením
jejich obsahu a také jejich specifických metod.
Obr. 6 Schéma vztahu experiment - simulace; upraveno dle Wedekinda (1981)
Jak bylo v pĜedcházejícím textu naznaþeno, mohou být poþítaþ i další
informaþní technologie využity jako výhodné pomocné prostĜedky
akcentování metodologických aspektĤ výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ.
Jak je naznaþeno na obr. 2 (viz kap. 2.1), jsou to zvláštČ:
a) podpora realizace experimentu nebo modelování (poþítaþ - A),
b) podpora Ĝízení tvorby empirických nebo teoretických hypotéz
(poþítaþ - B),
c) podpora formulování empirického nebo teoretického poznatku
(poþítaþ - C).
47
Informaþní a komunikaþní technologie tak plní tradiþní zadání
materiálních didaktických prostĜedkĤ. Jejich cílem je optimalizovat
podmínky vzdČlávání, tj. podporovat plánování, projektování, realizaci
i evaluaci výuky tak, aby byly stanovené vzdČlávací cíle dosahovány s co
nejvČtší úþinností. Kritici uvádČjí opomenutí faktoru uþícího se, nebo jeho
uvažování pouze jako pasivního objektu vyuþování. Jak se budeme snažit
naznaþit v následujících þástech této publikace, je smysluplné využití
kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve výuce pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ jednou z podstatných podmínek inovace školních
experimentálních þinností, která nejen že individualitu uþícího se
podporuje, ale navíc mu nabízí i Ĝadu nových možností k uplatnČní jeho
specifického zpĤsobu uþení.
3.1 Vzdálené a virtuální laboratoĜe
Do popĜedí zájmu metodologicky orientované pĜírodovČdné výuky
s podporou ICT se dostávají tzv. „vzdálené a virtuální laboratoĜe (Remote
and Virtual Laboratory)“ a „vzdálená mČĜení (Remote Sensing)“ (napĜ.
Lustigová a Zelenda 1997, Bílek 1999, Lustig 2001, Martínez-Jiménes et
al. 2003, Woodfield 2004, Baran et al. 2004, aj.).
Jako „vzdálené laboratoĜe“ resp. „vzdálená mČĜení“ se oznaþují
vČtšinou pracovištČ pĜípadnČ alespoĖ místa prezentovaných záznamĤ dat,
která tímto zpĤsobem zpĜístupĖují vzdáleným spolupracujícím osobám
pĜístroje a mČĜící systémy, které pro nČ byly (buć z þasových, nebo
finanþních dĤvodĤ) jinak nedostupné. Ve vČtšinČ pĜípadĤ se jedná
o zpĜístupnČní prĤbČžnČ snímaných dat (napĜ. meteorologické družice,
seismografy, hmotnostní spektrografy, výkonné spektrální pĜístroje aj.),
nČkdy mĤže vzdálený uživatel i ovlivĖovat uspoĜádání mČĜícího systému
a snímání dat podle vlastních potĜeb (viz schéma na obr. 7).
Tento model je možné z vČdeckého prostĜedí transformovat také do
školního prostĜedí. "Vzdálená a virtuální laboratoĜ" pĜedstavuje v edukativním pojetí otevĜenou, vzdálenČ pĜístupnou databázi objektĤ využitelných pro danou experimentální þinnost studentĤ a uþitelĤ (anotace, návody,
pracovní listy, grafy, schémata zapojení, kontakty, fotografie apod.). MĤže
být tvoĜena napĜ. následujícími bloky (Hellberg, Bílek, 2000):
x prostĜedí pro podporu experimentování s využitím poþítaþových
mČĜících systémĤ,
x prostĜedí pro modelování jevĤ,
x vzorky datových souborĤ z experimentĤ provádČných za rĤzných
podmínek,
x data z výzkumných center, monitorovacích center apod.
48
Obr. 7 Vzdálené a virtuální laboratoĜe na WWW - pĜíklad projektu Nestor, který nabízí
na adrese http://tmp.amc.anl.gov komponenty (virtuální internetové „místnosti“)
vzdálené a virtuální laboratoĜe s výkonnými mikroskopy (informaþní a registraþní
kanceláĜ – „Nestors office“, on-line a off-line mČĜení s výkonnými mikroskopy –
„Microscope Lab I“ a „Microscope Lab II“, možnosti telekonferencí a videokonferencí
– „TelePresence Microscopy
Conference Room“, knihovnu a archívy –
„Library/Archives“ a nástroje zpracování dat – „High Perf. Computing Tools“)
PĜedností takovéto „on-line“ databáze je její otevĜená a takĜka
neomezená kapacita, operativnost pĜístupu ke konzultacím, srovnávání
namČĜených dat a dalších nČkdy ještČ i netušených možností.
V tomto pĜístupu je tĜeba si plnČ uvČdomit, že kromČ specifických
(tj. z pĜírodních vČd vycházejících) funkcí mohou mít poþítaþe i oborovČ
nespecifickou funkci, tj. funkci didaktickou. Vždy ale pĜednostnČ
uvažujeme jejich specifickou funkci a teprve z tohoto hlediska i místo ve
výchovnČ vzdČlávacím procesu. PĜitom vycházíme z toho, že pro pĜírodní
vČdy jako empirické vČdy, má dosud v hierarchii metod centrální postavení
reálný experiment, a proto je z tohoto hlediska na první místo nutno
postavit i ve vyuþování ty funkce poþítaþe, které mají k experimentální
þinnosti uþitelĤ i žákĤ tČsný vztah (Hellberg, Bílek, 2000).
Ve výuce pĜírodovČdným pĜedmČtĤm proto na první místo klademe
poþítaþ pĜi podpoĜe Ĝízeného pozorování a reálného experimentu. S touto
funkcí tČsnČ souvisí další funkce – simulace Ĝízeného pozorování
a reálného experimentování.
49
I nejnovČjší trendy tČmto aspektĤm plnČ odpovídají a ještČ nedávno
„tČžko realizovatelný futurismus“ vzdáleného školního mČĜení je možné na
adrese http://www.ises.info reálnČ vyzkoušet. Jak uvádí známý propagátor
školních vzdálených laboratoĜí F. Lustig (2003), þeká školní laboratoĜe
v brzké budoucnosti revoluþní zmČna. Internet nezĤstane "jen" informaþní
médium, Internet bude i Ĝídící, mČĜící a reálnČ interaktivní médium.
Vzdálené školní laboratoĜe jsou již prostĜednictvím tzv. Interaktivního
internetového laboratorního studia iSES realitou. Nejjednodušší formu
podpory tvoĜí ve jmenovaném „studiu“ databáze experimentĤ na statických
WWW stránkách, které je možné stahovat a na lokálních mČĜících
systémech spouštČt, zopakovat, modifikovat atd. Další možností je reálné
ovládání vzdálených experimentĤ z dynamických WWW stránek bez
jakéhokoliv speciálního programu (Lustig, 2003).
PodobnČ jsou k zaznamenání i poþínající virtuální laboratoĜe pro
podporu výuky fyziky napĜ. WWW-aplety se simulovanými fyzikálními
experimenty na tzv. Fyzwebu (Duhajský, Houfková, Burešová, 2005) nebo
výuky chemie napĜ. simulace acidobazických titrací (vybrané parametry)
jako souþást Webovské aplikace Acidobazické titrace (Machková, Bílek,
2010).
Vzdálené a virtuální laboratoĜe jako souþást tzv. virtuálního
uþebního prostĜedí (Virtual Learning Environment – VLE) jsou
nejaktuálnČjším trendem ICT podpory pĜírodovČdné výuky. PĜinášejí
novou dimenzi nejen do laboratoĜí ale i do každodenního života studentĤ,
uþitelĤ a každého dalšího zájemce o pĜírodovČdné vzdČlávání. Nové
možnosti takĜka kdykoliv nČco aktuálnČ zmČĜit, ovládat z kteréhokoliv
poþítaþe, získat aktuální data z druhé strany svČta jistČ jsou a stále více
budou obrovskou motivací.
ýasto bude staþit zapnout poþítaþ, „rozhlédnout se“ po Internetu,
„stáhnout“ si zajímavou úlohu do svého poþítaþe nebo "pĜipojit" svĤj
poþítaþ ke vzdálenému experimentu a zaþít mČĜit. Sledování þi Ĝízení
vzdálených mČĜících aparatur prostĜednictvím Internetu tak zĜejmČ velmi
rychle zamíĜí z laboratoĜí i do všedního života. Internetem budeme Ĝídit
svoji domácnost, po Internetu budeme monitorovat životní prostĜedí atd.
(Lustig, 2003).
3.2 PĜíklady realizace virtuálních a vzdálených pĜírodovČdných
laboratoĜí
Jak již bylo uvedeno, i v aplikacích ICT a tedy i Internetu ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ nemohou být opomíjeny metodologické aspekty.
Nelze pĜipustit, aby nebylo v popĜedí zájmu pozorování, mČĜení a experi-
50
mentování z empirických a pĜedevším modelování z teoretických metod
pĜírodovČdného poznávání. V této souvislosti je využívání popsaných
„virtuálních a vzdálených laboratoĜí nebo vzdálených mČĜení (virtual
laboratory, remote laboratory, remote sensing)“ jedním z potĜebných Ĝešení
ne pĜíliš dobrého stavu realizace experimentálních þinností žákĤ na našich
školách (Hildebrandt, 1999).
3.2.1 Modelování a poþítaþové simulace na Webu – virtuální laboratoĜe
"Virtuální laboratoĜ" pĜedstavuje v širším smyslu otevĜenou,
vzdálenČ pĜístupnou databázi objektĤ využitelných pro simulovanou ale
i zprostĜedkovanou reálnou experimentální þinnost (anotace, návody,
pracovní listy, grafy, schémata zapojení, kontakty, fotografie, animace
a simulace). V užším smyslu je to využití apletĤ a jiných simulaþních
a animaþních nástrojĤ k prezentaci zkoumaného pĜedmČtu nebo jevu
(vČtšinou experimentu). NapĜ. na stránkách Katedry chemie Iowa State
Univerzity http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/project
folder/animationsindex.htm) vytvoĜil tým pod vedením T. Greenbowea
bohatý soubor animací a simulací dČjĤ z rĤzných oblastí chemie. Jedná se
vČtšinou o produkty vytvoĜené v prostĜedích Macromedia Director a Flash.
Jednotlivé animace a simulace lze spouštČt pĜímo z uvedené adresy nebo je
stáhnout a spouštČt na vlastním poþítaþi. V jednom z tipĤ pro výuku jsme
popsali využití simulace galvanického þlánku (Bílek, Ulrichová, 2006).
Z široké nabídky produktĤ mĤžeme dále pro výuku na základní škole
doporuþit simulaci práce s pHmetrem. Veliþina pH se ve výuce tématu
Kyselost a zásaditost roztokĤ používá, a Ĝada základních škol se tČžko
mĤže pochlubit dostatkem pHmetrĤ. Proto je možné využít simulované
mČĜení s virtuálním pHmetrem pĜímo na tČchto stránkách. Dají se mČĜit
hodnoty pH vybraných kyselin, bází, solí a neznámých vzorkĤ. Úloha se dá
postavit tak, že žáci porovnávají výsledky „mČĜení“ pomocí pHmetru
s reálným mČĜením pomocí univerzálního pH papírku, urþováním pH
neznámých vzorkĤ apod.
51
Obr. 8 Virtuální pHmetr T. Greenbowea na Webu Katedry chemie Iowa State
Univerzity pĜímo dostupný na adrese
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/acidbas
epH/ph_meter.html
Jiným zajímavým Ĝešením je virtuální laboratoĜ LiveChem
z Univerzity v Oxfordu. Nabízí znaþky a fotografie reaktantĤ (jejich
roztokĤ ve zkumavkách), které jsou vybírány pro urþitou chemickou reakci.
Vybere se jeden kation pĜíslušné soli ze seznamu v horní þásti stránky
a druhý reaktant (sĤl, kyselina, báze) ze seznamu ve spodní þásti
obrazovky. VýbČrem se oba reaktanty pĜesunou nad tlaþítko „Play Movie“.
V pĜípadČ, že byly vybrány spolu reagující látky, spustí se po stisknutí
tohoto tlaþítka videoklip dané chemické reakce. Pod tlaþítkem Reaction
Info je nabízen popis této chemické reakce a tlaþítkem Reset je buć reakce,
nebo volba reaktantĤ ukonþena. Videoklipem je navozena iluze
probíhajícího experimentu – virtuální laboratoĜ tvoĜená videozáznamy
reálných pokusĤ.
Pod názvem „Chemie Interaktiv“ (http://www.chemie-interaktiv.net)
lze nalézt velké množství „Informaþních trikových filmĤ“ (komentovaných
Flash-animací a videosekvencí), interaktivních animací (simulací)
a výukových programĤ. Jde o materiály využitelné v primárním
chemickém vzdČlávání s tématy anomálie vody, prĤbČh tání a tuhnutí
pevné látky apod. Z metodologického hlediska jsou velmi zajímavá
srovnávání videosekvencí (záznam reálných jevĤ) a animací (þásticové
modely zaznamenaných reálných jevĤ). Jak jsme poznali v pĜedchozích
52
pĜíkladech, je pojem virtuální laboratoĜ úzce svázán s modelováním
a simulacemi (aplety). Výborný specializovaný nástroj pro jejich
vyhledávání na Internetu poskytuje server NatSim („Natural Science
Simulations“ http://www.natsim.net) (Duhajský, Houfková, Burešová,
2005). Ve výsledcích vyhledávání v NatSim-Search jsou odkazy urþené
k tvorbČ vlastní webové stránky s apletem a ke stažení apletu
v komprimované nebo pĜímo spustitelné versi.
Obr. 9 Reakce mČćnatých kationtĤ se sulfidem amonným ve virtuální laboratoĜi
LiveChem na adrese
http://neon.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/LiveChem/transitionmetals_content.html
3.2.2 ProvádČní a Ĝízení reálných chemických experimentĤ s pomocí
Webu – vzdálené laboratoĜe
Jako "vzdálené laboratoĜe (remote laboratory)" a „vzdálená mČĜení
(remote sensing)“ jsme oznaþili aktivity pracovišĢ, která prostĜednictvím
Webu zpĜístupĖují vzdáleným spolupracujícím odborníkĤm a dalším
zájemcĤm pĜístroje a mČĜící systémy nebo data, které pro nČ byly (buć
z þasových, nebo finanþních dĤvodĤ) jinak nedostupné. Ve vČtšinČ pĜípadĤ
se jedná o zpĜístupnČní prĤbČžnČ snímaných dat nebo mĤže vzdálený
53
uživatel i ovlivĖovat uspoĜádání mČĜícího systému a snímání dat podle
vlastních potĜeb.
Výše zmínČné Internetové laboratorní studio na KatedĜe didaktiky
fyziky MFF UK v Praze je portálem vybudovaným na základČ aktivit
pracovištČ v oblasti poþítaþové podpory mČĜení veliþin mČnících se pĜi
pĜírodovČdném experimentu pomocí soupravy ISES (http://www.ises.info).
Stránky internetového Školního Experimentálního Studia (iSES) nás
zavedou i do „internetové laboratoĜe“, která nabízí širokou škálu mČĜicích
prostĜedkĤ podporovaných poþítaþem. Zahrnuje systém ISES, dČtský
mČĜicí systém LEGO a profesionální systém Lab VIEW. Podpora je
vČnována i digitálním mČĜicím pĜístrojĤm, které se pĜipojují k poþítaþi.
Nabízeny jsou i ukázky vzdálených mČĜení z WWW prostĜedí, kdy je
umožnČno jak mČĜení tak Ĝízení experimentĤ. Vyzkoušet je možné napĜ.
internetové Ĝízení výšky vodní hladiny (pĜímo na http://kdt14.karlov.mff.cuni.cz; viz obr. 10).
Obr. 10 Experiment "ěízení výšky hladiny", ovládaný pĜes internet umístČný na
stránkách Interaktivního internetového laboratorního studia iSES (http://kdt14.karlov.mff.cuni.cz) (Lustig, 2003)
Ze vzdálených mČĜení, využitelných v našem prostĜedí, je možné ve
školní praxi využít data napĜ. z on-line mČĜení poþasí (mČĜení teploty,
relativní vlhkosti, solárního záĜení, atmosférického tlaku aj.) ýeského
ústavu
(ýHMÚ)
v Praze
hydrometeorologického
Libuši
monitoring
stavu
(http://www.chmi.cz/meteo/oap/oap_milos.html),
54
ozonové vrstvy, provádČné Solární ozonovou observatoĜí ýHMÚ v Hradci
data
jsou
Králové
(http://www.chmi.cz/meteo/ozon/ozon-e.html;
zaznamenávána od roku 1962) nebo on-line monitoring ovzduší, dostupný
na stránkách mnoha mČst þi obcí v ýeské republice i v zahraniþí. NapĜ.
mČsto Olomouc na svých stránkách prezentuje výsledky on-line
monitoringu imisí oxidu siĜiþitého a oxidĤ dusíku, ozonu, prachových
þástic, venkovní teploty, srážek a rychlosti vČtru na tĜech rĤzných mČĜících
stanicích (http://www.olomouc-city.cz/ovzdusi/). Zajímavými úlohami jsou
rozbory jednotlivých grafĤ s interpretací poklesu nebo vzestupu v rĤzných
þástech dne, v rĤzném místČ apod. (Bílek, Ulrichová, 2006).
Obr. 11 Monitoring ovzduší v Olomouci na adrese http://www.olomouc-city.cz/ovzdusi/
Internet a jeho vzdálené a virtuální laboratoĜe jsou velmi dobrou
inspirací i širokým zdrojem podnČtĤ pro realizaci nejrĤznČjších školních
projektĤ. Ty jsou tradiþnČ provádČny formou skupinové práce – práce
v týmu, spolupráce skupin apod. Pokud se tým skládá z více vzdálených
skupin, které mezi sebou mohou komunikovat prostĜednictvím Internetu,
mluvíme o tzv. projektech na dálku nebo o teleprojektech. Teleprojekt
vČtšinou probíhá mezi dvČma nebo více školami tak, že si žáci bČhem
urþitého období nastudují odbornou problematiku, uskuteþní nČjaká mČĜení
nebo experimenty, pĜipraví návrh nebo Ĝešení úkolĤ apod. a potom si
vzájemnČ vymČĖují data prostĜednictvím e-mailu, videokonference,
55
WWW-stránek s nejrĤznČjšími aplikacemi (nČkdy i formou vzdálených þi
virtuálních laboratoĜí) aj. Výsledkem je spoleþná zpráva, þlánek, pĜíruþka,
webová stránka nebo i závČreþné setkání.
V následující tabulce (Tab. IV) je pokus o rekapitulaci popisovaných
pĜístupĤ, tedy pĜístupĤ k internetové podpoĜe základních metod
pĜírodovČdného poznávání.
Tab. IV PĜístupy k internetové podpoĜe metod pĜírodovČdného poznávání (Bílek, 2011)
Typ virtualizace
pĜírodovČdného
poznávání
Vzdálené mČĜení
Akcentované
metodologické
nástroje poznávání
Interpretace dat,
nepĜímé
pozorování,
zpracování dat
Vazba:
Další
uþící se – podmínky
Internet realizace
Kompatibilní
On-line
prostĜedí pro
(Off-line)
zpracování dat
MČĜící pĜístroje,
aparatury
Off-line
(ProstĜedí
(On-line)
k registraci a
zpracování dat)
Zadání
Vzdálená laboratoĜ
NepĜímé
provedení
na bázi
pozorování, mČĜení, On-line
experimentu,
zprostĜedkovaného
zpracování dat
registrace a
experimentu
zpracování dat
NepĜímé
ZajištČní
pĜístupu
pozorování,
na bázi vzdálenČ
On-line
zprostĜedkované
k vzdálenému
Ĝízeného experimentu Ĝízení experimentu,
zaĜízení (HW i
zpracování dat
SW)
NepĜímé
Virtuální laboratoĜ
(ProstĜedí
On-line
pozorování,
na bázi
k registraci a
(mČĜení, zpracování (Off-line)
videozáznamu
zpracování dat)
dat)
NepĜímé
(ProstĜedí
pozorování,
On-line
k registraci a
modelová
na bázi animace
(Off-line)
zpracování dat)
abstrakce, (mČĜení,
zpracování dat)
na bázi vlastního
pozorování nebo
experimentování
56
PĜímé pozorování,
mČĜení,
experimentování,
zpracování dat
Typ virtualizace
pĜírodovČdného
poznávání
na bázi simulace
Akcentované
metodologické
nástroje poznávání
Práce s modelem
(nastavení
parametrĤ),
zpracování dat
Vazba:
Další
uþící se – podmínky
Internet realizace
Kompatibilní
On-line
prostĜedí pro
(Off-line)
zpracování dat
Podmínky pro využití vzdálených a virtuálních laboratoĜí se stále
vyvíjejí s tím, jak rostou možnosti Internetu a jeho služby World Wide
Web (WWW) i možnosti mČĜících, modelovacích i dalších prostĜedkĤ.
Virtuální univerzity, virtuální tĜídy þi jiné podoby vzdálených souþástí
vzdČlávacích systémĤ se v pĜírodovČdném vzdČlávání bez uvedených
metodologických komponent nemohou obejít. Na technických vysokých
školách se již vzdálené a virtuální laboratoĜe stávají bČžnou praxí
a domníváme se, že jejich významnČjší rozšíĜení i na nižší stupnČ
školských systémĤ nebude dlouho trvat. V ĜadČ pĜípadĤ pĤjde jistČ
o spoleþné projekty, které by mČly napomoci i obnovení vČtšího zájmu
o studium pĜírodovČdných a technických oborĤ.
57
4 Virtuální a reálné prostĜedí v procesu (re)konstrukce
žákova poznání v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání
Koncept didaktické rekonstrukce, který se v souþasné dobČ jevíjako
vĤdþí paradigma psychodidaktických pĜístupĤ v rámci zejména pĜírodovČdného vzdČlávání, poþítá s využitím konstruktivisticky zamČĜených
zpĤsobĤ Ĝízení uþební þinnosti opírajících se o širokou paletu pramenĤ
poznání, mezi kterými mají þelné místo prezentace uþiva ve virtuálním
a reálném prostĜedí. NehovoĜíme v této souvislosti pouze o virtuálním
a reálném experimentu, neboĢ možnosti využití rĤzných typĤ prezentací
(reálné objekty a procesy, reálné modely, reálné experimenty, vizualizace,
simulace, animace, virtuální modelování, virtuální experimenty atd.)
v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání jsou mnohem širší. V další textu
však budeme mít primárnČ na mysli virtuální a reálný experiment.
Didaktická rekonstrukce je pomČrnČ složitým procesem zahrnujícím
tĜi klíþové etapy (blíže viz Kattman, Duit, Gropengießer, 1998). Prvním
krokem tohoto procesu je specifikace struktury vČdecké pĜedstavy. Tento
pojem je tĜeba chápat v širších souvislostech. Zahrnuje nejen vČdecké
koncepty a teorie, ale také vČdecké procesy a pojetí významu vČdy ve
spoleþnosti. Analýza obsahové struktury vČdecké pĜedstavy však musí již
brát v potaz didaktická hlediska a eventuální problémy z hlediska
edukaþního procesu. S ohledem na specifika poþáteþního pĜírodovČdného
vzdČlávání je tĜeba brát v úvahu i velmi silné vlivy tzv. laické vČdy a školní
vČdy (srov. napĜ. Lowe, 1997), tedy silnČ zjednodušeného pojetí
pĜírodovČdných faktĤ, jevĤ, procesĤ a zákonitostí. Druhým krokem
didaktické rekonstrukce je elementarizace, jejímž cílem je identifikovat
základní a podstatné charakteristiky vČdecké pĜedstavy. Analýza
vČdeckého pojetí vychází jednak z analýzy nejdĤležitČjších uþebnic
a dalších publikací a v duchu konstruktivistických pĜedstav také
z historického vývoje významných vČdeckých objevĤ nebo koncepcí.
TĜetím krokem didaktické rekonstrukce je diagnostika a analýza dČtských
pojetí þi v širších souvislostech vnitĜního poznatkového systému dítČte.
Nejde totiž pouze o charakteristiku dČtských pojetí urþitého fenoménu
(faktu, jevu, dČje, vČci atd.), ale i o objasnČní procesu žákova uþení
a identifikace uþebních pĜekážek. Výsledky této analýzy slouží k vymezení
optimálních strategií uþení a vhodných obsahových struktur sloužících
k zaþlenČní nových poznatkĤ do vnitĜního poznatkového systému žáka.
Virtuální a reálné prezentace, které jsou pĜi použití ve školních
podmínkách již obvykle didakticky upraveny a elementarizovány (a pokud
58
nejsou, þiní tak uþitel pĜímo pĜi výuce), nacházejí klíþové uplatnČní
pĜedevším v tĜetí fázi procesu didaktické rekonstrukce, kdy se podílejí na
vytváĜení obsahových struktur a pĜispívají k zaþleĖování tČchto struktur do
vnitĜních poznatkových systémĤ žákĤ (Škoda, Doulík, 2011).
Velkým problémem Ĝady pĜístupĤ v oborových didaktikách pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je jednostranná orientace na ontodidaktickou složku
procesu didaktické rekonstrukce. Znaþná pozornost se vČnuje materiálním a
nemateriálním didaktickým prostĜedkĤm, jejich konstrukci, užití ve výuce,
zjišĢování jejich didaktické efektivity apod. Mnohem menší pozornost je
pak vČnována psychodidaktické složce procesu didaktické rekonstrukce,
která se zabývá pĜímo vnitĜními mechanismy ontogeneze žákova poznání.
Klíþové se zde z našeho pohledu jeví pĜedevším takové vzdČlávací postupy,
které facilitují a do jisté míry i indukují optimální uþební strategie
jednotlivých žákĤ. Ty se spolu s uþebními taktikami a uþebními operacemi
sdružují do metastrategie, která je urþitým dĤsledkem uþebního stylu žákĤ.
Uþebním stylem rozumíme urþitý individuálnČ specifický zpĤsob uþení,
kterému v urþitém období dává žák pĜednost a bČžnČ jej používá v rĤzných
situacích. Je to tedy relativnČ ustálený soubor þinností, který se opírá o
vrozený kognitivní styl, tedy charakteristické zpĤsoby, jimiž lidé vnímají,
zapamatovávají si informace, myslí, Ĝeší problémy, rozhodují se (Mareš,
1998). Tím, že uþební strategie jednotlivých žákĤ jsou do jisté míry závislé
na jejich kognitivním stylu, je však dáno i to, že není možné oþekávat
univerzální a všeobecnČ platnou didaktickou efektivitu jakéhokoliv
didaktického prostĜedku v procesu didaktické rekonstrukce. Je tĜeba smíĜit
se s tím, že i virtuální a reálné prezentace nemohou být v poþáteþním
pĜírodovČdném vzdČlávání univerzálnČ použitým prostĜedkem.
4.1 Psychodidaktické odlišnosti virtuálních a reálných prostĜedí
Z hlediska uþebních stylĤ a uþebních strategií je tĜeba na prezentaci
uþiva v obou typech prostĜedí pohlížet ponČkud odlišnČ. Z ontodidaktického hlediska mĤže být reálný experiment ve vČtšinČ pĜípadĤ suplován
experimentem virtuálním. VzdČlávací obsah, který je prezentován reálným
experimentem, je až výjimky stejný jako vzdČlávací obsah téhož experimentu prezentovaný prostĜednictvím virtuálního prostĜedí. Z psychodidaktického hlediska mají však oba typy prezentací pomČrnČ znaþné odlišnosti:
x Virtuální experiment je svou podstatou prezentací vizuální, která
vyhovuje zejména vizuálním typĤm žákĤ. Reálný experiment,
zejména pokud se jedná o experiment žákovský, nikoliv demonstraþní, nelze redukovat na vizuální složku, neboĢ má i pomČrnČ
výraznou složku haptickou a kinestetickou.
59
x Virtuální experiment je v porovnání s reálným výraznČ chudší na
smyslové podnČty (chybí hmatový, eventuálnČ þichový þi chuĢový
vjem). Jako takový je pĜi ukládání do pamČti asociován s menším
poþtem informací již dĜíve uložených a v porovnání s experimentem
reálným jsou poznatky pĜinášené experimentem virtuálním þastČji
zapomínány nebo neuvČdomovány. ýásti limbického systému
podílející se na ukládání informací do pamČti totiž spojují jednotlivé
vjemy a informace pĜijaté jednotlivými smyslovými orgány a asociují
je s informacemi již uloženými v pamČti. Tím dochází k vytváĜení
iluze urþitého prožitku, která vede ke zlepšení konsolidace získané
informace v dlouhodobé pamČti.
x Informace a poznatky získávané v prĤbČhu virtuálního experimentu
jsou náchylnČjší k interferencím, které je nutné v této souvislosti
chápat jako nežádoucí. Uþící se jedinec v prĤbČhu uþení nepĜijímá
pouze informace vztahující se k danému obsahu vzdČlávání. Získává
rovnČž množství dalších vjemĤ z okolního prostĜedí, které
dohromady s uþivem tvoĜí celkovou komplexní informaci. VytváĜí se
tak celý asociaþní vzor aktivity neuronĤ. Tyto vzory spolu mohou
vzájemnČ interferovat, a tím mohou uþení, resp. pĜesnČji pochopení
uþiva, významnČ inhibovat (Gazzaniga, 2000). V pĜípadČ virtuálního
prostĜedí žáci vČnují pozornost (kromČ informací dĤležitých pro
osvojení vzdČlávacího obsahu) také napĜ. úrovni grafického
zpracování virtuálního prostĜedí, úrovni animací, interaktivitČ
programu, eventuálnČ i jazykovému prostĜedí programu, technickým
parametrĤm poþítaþe apod. Všechny tyto informace, které žáky
zajímají, neboĢ se s nimi setkávají v bČžném denním životČ, je však
vzhledem k obsahu vzdČlávání zprostĜedkovávaného experimentem
tĜeba považovat za nadbyteþné, „rušivé“ a inhibiþnČ interferující.
Žáci si totiž mohou daleko lépe zapamatovat napĜ. atraktivní grafický
design programu, než poznatky z didaktického hlediska žádoucí,
které se týkají napĜíklad prĤbČhu urþitého dČje þi reakce.
x Reálné experimenty, které pĜedpokládají urþitou pĜípravu, manipulaci
s objekty, sledování konkrétního prĤbČhu dČje, aktivní zmČny
podmínek dČje atd. mají z hlediska pamČti charakter epizodického
prožitku. Prožitek umožĖuje využívání trvalejší a odolnČjší epizodické pamČti ve srovnání s pamČtí sémantickou. Ukládaná pamČĢová
stopa je také komplexnČjší a vytváĜí vČtší množství asociativních
spojĤ, což usnadĖuje její pozdČjší vybavování si (Bureš, 2002).
x Zcela specifickým problémem v souvislosti s virtuálními experimenty je multitasking. ObecnČ mĤžeme multitasking definovat jako
60
stav, pĜi nČmž více procesĤ sdílí stejný prostĜedek k jejich
zpracování, který však je v daný okamžik schopen zpracovávat vždy
pouze jeden proces (Škoda, Doulík, 2011). Mozek uþícího se jedince
se dokáže zdánlivČ paralelnČ vČnovat rĤzným þinnostem, zpracovávat
rĤzné úlohy, vČnovat pozornost rĤzným podnČtĤm. Ve skuteþnosti
lidský mozek pouze „pĜepíná“ mezi jednotlivými procesy a chová se
v podstatČ analogicky jako napĜ. procesor poþítaþe. ěadou
výzkumných studií realizovaných pomocí funkþní magnetické
rezonance bylo jednoznaþnČ prokázáno, že rozdČlování pozornosti
vlivem multitaskingu pomČrnČ výraznČ zhoršuje zapamatování
informací (zejména tČch souvisejících s deklaratorní pamČtí)
a snižuje efektivitu uþení. Dochází postupnČ také ke zhoršování
pozornosti (Rubinstein, Meyer, Evans, 2001). Multitasking se
v reálném edukaþním procesu vyskytuje nejþastČji právČ pĜi práci
s poþítaþem, kterou pĜedpokládá využití virtuálních prezentací.
Vyvstává nutnost zvýšené kontroly ze strany uþitele, aby se žáci
bČhem práce s virtuálními prezentacemi nevČnovali souþasnČ napĜ.
surfování po internetu, chatování na Facebooku, sledováním
videoklipĤ na Youtube apod.
x Podstatnou roli však mĤže z psychodidaktického hlediska hrát i fakt,
že souþasná spoleþnost je stále více virtualizovaná a dítČ se
s virtuálními prezentacemi setkává od nejútlejšího dČtství.
Baudrillard (1996) uvádí, že postmoderní spoleþnost žije v „estetické
halucinaci reality. Neexistuje žádná fikce, vĤþi níž by mohl život
vítČznČ obstát - celá skuteþnost pĜešla ve hru na skuteþnost.“ Urþitý
specifický „jazyk virtuality“ mĤže být dítČti bližší, než „komunikace“
s reálným experimentem, která nemá v bČžném životČ dítČte obvykle
adekvátní aplikaci, nebo alespoĖ není takto dítČtem vnímána.
4.2 Virtuální a reálné prostĜedí z hlediska uþebních stylĤ
Z hlediska psychodidaktického tedy nelze jednoznaþnČ rozhodnout,
zda dávat pĜi výuce pĜednost virtuálním prezentacím uþiva pĜed
prezentacemi reálnými. Oba typy prezentací mají své klady i zápory, a to
jak z hlediska ontodidaktického, tak z hlediska psychodidaktického. Vždy
je potĜeba brát zĜetel k individuálním charakteristikám žákĤ, mezi nČž patĜí
i již zmiĖované uþební styly a uþební strategie. Vzhledem k charakteru
virtuálních a reálných prezentací jako didaktických prostĜedkĤ se nabízí
užití de la Geranderieho klasifikace uþebních stylĤ podle preference
smyslových podnČtĤ (in Bertrand, 1998). Použití virtuálních prezentací je
nejvhodnČjší pro vizuální typy žákĤ, kteĜí si realitu pĜedstavují a konstruují
61
v podobČ vizuálních mentálních obrazĤ vČcí, tvarĤ. Virtuální prezentace je
sama o sobČ vizuálním komunikaþním prostĜedkem a usnadĖuje utváĜení
vizuálních mentálních obrazĤ. Strategie Ĝešení problémĤ žáka tohoto typu
se budou nejþastČji opírat o analogie, prostorovou reorganizaci problému,
o vyhledávání pravidelností. Žáci s tímto uþebním stylem se spoléhají na
svoji zrakovou pamČĢ. Urþitým problémem mĤže být to, že napĜ.
matematické vztahy nebo chemické vzorce a rovnice chemických reakcí
vnímají žáci s tímto uþebním stylem jako obraz, jako „fotografii“ a uniká
jim obsahový smysl. NeuvČdomují si tedy, že matematický vztah þi
chemická rovnice je symbolické vyjádĜení urþité skuteþnosti nebo prĤbČhu
urþitého dČje a nechápou tak tyto symboly jako urþitý kód, za kterým je
tĜeba hledat konkrétní skuteþnost, ale chápou už sám symbol jako
vzdČlávací obsah.
Naproti tomu reálné prezentace uþiva velmi usnadĖují uþení žákĤm
s hapticko-kinestetickým uþebním stylem. Tito žáci si nejlépe zapamatují
to, co mohou vnímat prostĜednictvím hmatu, s þím mohou prakticky
experimentovat. Pro tyto žáky má tedy význam jako pramen poznání pouze
takový reálný experiment, který je zároveĖ experimentem žákovským,
nikoliv pouze demonstraþním. Z psychodidaktického hlediska je totiž
i demonstraþní reálný experiment svými parametry v podstatČ roven pouze
vizuální prezentaci a má tak Ĝadu spoleþných charakteristik s experimentem
virtuálním. Podpora tohoto uþebního stylu je velmi dĤležitá, aþkoliv
v reálné edukaþní praxi þasto opomíjená. Riefová (2007) uvádí, že
maximálního efektu pĜi osvojování nových poznatkĤ je docíleno tehdy,
když je zrakový (a sluchový) vjem doprovázen zároveĖ vjemem hmatovým
a diskusí nad zjištČnými skuteþnostmi. UplatĖují se tak prvky jak
individuální tak sociální konstrukce poznání.
Zcela specifické postavení zaujímá slovnČ-pojmový uþební styl tak,
jak jej vymezuje napĜ. Sovák (1990). Žáci s tímto stylem uþení pracují
s vysokou mírou abstrakce. Uþí se tím, že si ujasĖují vzájemné vztahy
a vazby mezi pojmy a vytváĜí z nich celkovou strukturu, kterou si potom na
základČ logických souvislostí ukládají do pamČti. Rádi pracují s logickými
reprezentacemi, matematickými vzorci, symbolickými vyjádĜeními. Pro
žáky s tímto uþebním stylem jsou obvykle nevhodné jak experimenty
virtuální, tak experimenty reálné. Dávají pĜednost abstrakci pĜed
konkrétními reprezentacemi. Pokud jsou již experimenty pĜi výuce žákĤ
s tímto uþebním stylem využívány, pak je vhodnČjší zaĜadit takové
experimenty jako ovČĜující, nikoliv jako heuristické (blíže viz napĜ.
Mechlová, 1999). Pro slovnČ-pojmové typy žákĤ je vhodnČjší odvodit
danou zákonitost na teoretickém základČ a teprve následnČ ji ovČĜit pomocí
62
experimentu v praxi. Opaþný postup, tedy vyvozování obecnČjších
a abstraktních zákonitostí na základČ pozorování konkrétního experimentu
þiní tČmto žákĤm potíže.
Další kritérium odlišení uþebních stylĤ žáka je podle motivace
a zámČru (Mareš, 1998). Jelikož toto kritérium pracuje implicitnČ s vnitĜní
motivací žákĤ ve vztahu k uþení, je následná klasifikace použitelná spíše
pro starší žáky a v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání je její použití
omezené. Žáci s povrchním þi povrchovým stylem uþení nepotĜebují uþivo
pochopit, staþí jim ho pouze memorovat za úþelem získání dobré známky.
Získané poznatky žák neumí používat aplikaþnČ, není schopen jejich
nespecifického transferu a nevnímá jejich uplatnČní v praktickém životČ.
Uþivo chápe pouze jako soubor izolovaných a vzájemnČ nesouvisejících
informací, které nedokáže propojit ve smysluplný celek. Navíc ho chápe
jako nČco nadiktovaného zvnČjšku (Škoda, Doulík, 2011). Používání
experimentĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání jako pramenĤ poznání však
pĜedpokládá pozorování, vyvozování skuteþností, ovČĜování hypotéz, aĢ už
formulovaných zvnČjšku nebo hypotéz vnitĜních, formulaci adekvátních
závČrĤ, eventuálnČ predikci prĤbČhu urþitého dČje apod. Lze Ĝíci, že právČ
za úþelem utvoĜení tČchto kompetencí jsou experimenty do výuky v rámci
pĜírodovČdného vzdČlávání zaĜazovány. Tyto kompetence jsou však vĤþi
povrchovému stylu uþení kontraindikovány. Žáci nevyžadují to, aby uþivu
porozumČli. DĤležitým kritériem pro žáky s povrchovým stylem uþení je
navíc množství þasu, které musí uþení vČnovat. Snahou je toto množství
minimalizovat. NicménČ právČ práce s experimenty, aĢ už reálnými nebo
virtuálními, je znaþnČ þasovČ nároþná, navíc žákĤm s povrchovým stylem
uþení pĜipadá zbyteþná, neboĢ jim není jasné, co se mají nauþit memorovat,
aby byli úspČšní pĜi zkoušení. V rámci povrchového stylu uþení lze navíc
rozlišit dva podtypy, aktivní a pasivní. Aktivní žák s povrchovým stylem
uþení se vyznaþuje navenek velkou snahou a pílí. Rád se zúþastĖuje aktivit,
které umožní, aby si uþitel jeho snahy všimnul a aby ji náležitČ ohodnotil.
Zájem o uþivo je u tČchto žákĤ však pouze zdánlivý a pĜedstíraný. Pasivní
žák s povrchovým stylem uþení se vyznaþuje velmi malým úsilím a absencí
zájmu o vyuþovací pĜedmČt. Intelektuální úsilí žáka se omezuje na pouhou
reprodukci nepodstatných informací. Aþkoliv se chování tČchto žákĤ
a jejich pĜístup k pĜedmČtu mĤže navenek velmi lišit, z psychodidaktického
hlediska však jde o shodnou strategii, která neumožĖuje efektivní
zaþleĖování nových poznatkĤ do již existujících vnitĜních poznatkových
struktur žáka. Virtuální i reálné prezentace uþiva mají pĜi výuce tČchto žákĤ
pouze „zábavný“ úþel. (Jejich úþel nelze oznaþit ani jako motivaþní, neboĢ
žáci s tímto uþebním stylem nejsou motivováni pro pĜedmČt jako takový
63
nebo pro osvojení urþitého vzdČlávacího obsahu.) Nelze je tedy pro žáky
s povrchovým stylem uþení pojímat jako prameny poznání. Z hlediska
biologické fenomenologie (srov. Maturana, Valera, 1987) nelze
o virtuálních a zejména reálných experimentech pro žáky s povrchovým
stylem uþení uvažovat ani jako o tzv. perturbujících agens, neboĢ se jedná
o informace, které nejsou žáky rozpoznány a experimenty nejsou ani
pĜijímány jako zprostĜedkovatelé tČchto informací. Povrchový uþební styl
je však mezi žáky velmi rozšíĜen. V dĤsledku této skuteþnosti dochází
k tomu, že efektivita využívání experimentĤ v rámci pĜírodovČdného
vzdČlávání vykazuje dosti rozpaþité výsledky, pokud jde o úroveĖ osvojení
poznatkĤ experimenty pĜinášenými. Snahy spojené s „virtualizací“
reálných pĜírodovČdných experimentĤ byly mimo jiné vedeny i tím, že
reálný experiment v pĜírodovČdném vzdČlávání stále více zajišĢuje pouze
funkci motivaþní a postupnČ dochází k redukci jeho heuristického
charakteru. Ze strany žákĤ (a stále þastČji i uþitelĤ) nejsou vyžadovány
experimenty didakticky nosné a pĜinášející množství poznatkĤ, ale
experimenty atraktivní a efektní, jejichž poznatkový potenciál je však
velmi sporný. Do virtuálního prostĜedí jsou (þi byly?) vkládány nadČje
zejména z toho dĤvodu, že se jedná o prostĜedí, které je žákĤm bližší, se
kterým se každodennČ setkávají a které je pro nČ atraktivnČjší než prostĜedí
a „komunikaþní jazyk“ experimentĤ reálných (srov. napĜ. Táaczaáa et al,
2006).
Žáci s hloubkovým stylem uþení mají o uþivo zájem a snaží se ho
pochopit a porozumČt mu. Aby mohli uþivu porozumČt, musí být vĜazeno
do struktur vnitĜního poznatkového systému žáka. Takto osvojené
vČdomosti jsou jednak trvalé a jednak je žák schopen je využívat i
v aplikaþní rovinČ. Používání virtuálních i reálných prezentací je pro žáky
s tímto stylem uþení velmi žádoucí, neboĢ jim tyto prezentace usnadĖují
pochopení uþiva. V pĜípadČ experimentĤ mají tuto facilitaþní funkci jak
experimenty ovČĜující, tak experimenty heuristické. Každý z nich však
vyhovuje odlišným podtypĤm hloubkového stylu uþení. Heuristický
experiment je bližší žákĤm s postupným uþením, pro které je
charakteristické systematický postup a zvládnutí podrobností na úkor
obecnČjšího principu. Pro žáky s pružným uþením jsou výhodnČjší
experimenty ovČĜující, neboĢ tito žáci se vyznaþují pochopením obecných
principĤ a osvojením si detailĤ za úþelem ilustrace, dĤkazĤ, argumentace.
Pro žáky s hloubkovým stylem uþení je charakteristické, že nacházejí
v uþivu a uþení osobní smysl (Mareš, 1998). Pro žáky s hloubkovým
stylem uþení se jako úþelnČjší jeví využívání reálných experimentĤ. Tito
žáci rádi zkoumají, jak mohou rĤzné podmínky þi vnČjší zásahy zmČnit
64
prĤbČh experimentu nebo jeho výsledek. V tomto ohledu jsou možnosti
virtuálních experimentĤ limitovány pĜedem daným a omezeným výbČrem
možností þi faktorĤ ovlivĖujících simulovaný prĤbČh dČje.
4.3 Virtuální a reálné prezentace v KolbovČ modelu uþení
Další pohled na problematiku uþebních stylĤ pĜinášejí A. a D. A.
Kolbovi (2001). Pokládají uþení za cyklický proces, který lze velmi dobĜe
implementovat i do problematiky práce s experimentem v oblasti
pĜírodovČdného vzdČlávání. Východiskem procesu uþení je podle
Kolbových konkrétní zkušenost. Vzniká na základČ urþité þinnosti jedince,
která vyvolává urþitou konkrétní reakci. Zkušenost mívá obvykle
epizodický charakter, v pamČti je tedy bohatČ asociována s pĜedchozími
zkušenostmi jedince. Je-li tato zkušenost navíc doprovázena emocionálnČ
vyhranČným kontextem, je snadno zapamatována a rigidnČ zabudována do
již existujících poznatkových struktur jedince. Pro vznik konkrétní
zkušenosti je mnohem vhodnČjší použití reálné prezentace þi reálného
experimentu, neboĢ podporují epizodický charakter zkušenosti
a manipulace s reálnou prezentací dodává této zkušenosti rovnČž urþitý
emocionální náboj. Použití virtuálních prezentací þi experimentĤ je
vnímáno emocionálnČ neutrálnČ, neboĢ práce s poþítaþem patĜí ke
každodenním þinnostem žákĤ a neuplatĖuje se zde tolik efekt nČþeho
nového þi neobvyklého, jako je tomu u reálného experimentu, þasto za
použití rĤzných, žákovi dosud neznámých pomĤcek þi pĜístrojĤ.
Ve druhé fázi procesu uþení dochází k reflektivnímu pozorování.
Reflexe zahrnuje zpČtné uvČdomČní si a hodnocení jednotlivých krokĤ
v tom, co bylo udČláno a vyzkoušeno. Reflexe má tedy výrazný
metakognitivní charakter. Je poznáváním toho, jak þlovČk poznává (viz
Hartl, Hartlová, 2000). Postupy tohoto poznávání probíhají za úþasti
vlastních prožitkĤ a pocitĤ daného uþícího se jedince. Metakognice má tedy
významnou afektivní složku. Lze tedy Ĝíci, že s þím intenzivnČjším
prožitkem je reflektovaná þinnost spojená, tím pĜesnČji k uvČdomování si
vlastních postupĤ v procesu poznávání dochází a tím pĜesnČji lze vlastní
kognitivní proces zpČtnČ rekonstruovat. Epistemická složka poznání je tak
pĜímo determinována složkou fronetickou, þehož lze opČt výraznČ lépe
dosáhnout v pĜípadČ reálných experimentĤ. Tato reflektivní fáze je dĤležitá
pro anticipaci výsledkĤ urþitých þinností za stejných podmínek, tedy pro
realizaci specifického transferu.
Ve tĜetí, konceptualizaþní, fázi dochází k interpretaci událostí þi
jevĤ, které byly pozorovány a ve vytváĜení racionálních vztahĤ mezi nimi.
Jejich interpretace je ovlivĖována individuálními paradigmaty jedince, jako
65
jsou postoje, hodnotová orientace, víra atd. To pĜímo souvisí se strukturací
vnitĜního poznatkového systému žáka, kdy je individuální konceptuální
konstrukt vycházející z myšlenkových procesĤ realizovaných v tČchto
fázích uþebního cyklu konfrontován s vnitĜním poznatkovým systémem
žáka. Tato konfrontace se realizuje procesem asimilace nebo akomodace
(Piaget, 1999). V pĜípadČ asimilace je novČ pĜicházející konceptuální
konstrukt v souladu s dosavadním vnitĜním poznatkovým systémem žáka
a nijak nenarušuje jeho vnitĜní koherenci. V takovém pĜípadČ je nový
konstrukt organicky zaþlenČn do struktur vnitĜního poznatkového systému
a dítČ jej na pĜíštČ již využívá jako souþást tohoto systému. Jiná situace
však nastává, pokud je novČ pĜíchozí konstrukt v rozporu s dosavadním
vnitĜním poznatkovým systémem žáka, resp. urþitou jeho þástí. Potom
dochází k akomodaci, kdy je vnitĜní poznatkový systém (pĜípadnČ jeho
dílþí substruktura) pozmČnČn, pĜizpĤsoben, restrukturován tak, aby byl
v souladu s novČ pĜíchozím konstruktem, který se tak zaþleĖuje do
modifikované poznatkové struktury. VytváĜení tČchto konceptuálních
struktur reprezentujících pĜíslušný vzdČlávací obsah je jednodušší v pĜípadČ
virtuálních prezentací. Tyto prezentace jsou samy o sobČ schematické
a jsou konstruovány do podoby charakteristických grafických struktur,
které intuitivnČ pĜipomínají pojmové mapy a usnadĖují vytváĜení
skuteþných konceptuálních struktur zvláštČ u žákĤ s pĜevažujícím
ikonickým myšlením.
V závČreþné fázi aktivního experimentování dochází k aplikaci
poznatkĤ v nových, odlišných situacích (nespecifický transfer), þímž se
vytváĜí prostor pro zevšeobecnČní. Tento nespecifický transfer, který je
zároveĖ finální verifikací utvoĜeného konstruktu, resp. modifikované
poznatkové struktury, je však úspČšný pouze tehdy, pokud se žák v procesu
osvojování nových konceptĤ nedopustil obsahových, rozsahových þi
strukturálních miskoncepcí daných pojmĤ. Tyto miskoncepce mohou být
velmi rigidnČ zabudovány do poznatkových struktur žáka a jsou pouze
obtížnČ odstranitelné. Nespecifický transfer by mČl proto být vždy
završením uþebního cyklu, neboĢ pouze takto je utvoĜený konstrukt
verifikovatelný. V pĜírodovČdném vzdČlávání je možnost takovéto
verifikace utvoĜeného konstruktu navíc výraznČ jednodušší než ve
spoleþenskovČdních disciplínách. V pĜírodovČdném vzdČlávání je možné se
v duchu pozitivismu opírat pĜi verifikaci o objektivnČ existující skuteþnosti
þi o obecnČ uznávané konstrukty tzv. školní vČdy, které jsou jednoznaþnČ
vymezeny ve vzdČlávacím obsahu.
Honey a Mumford (2001) na základČ pĤvodního Kolbova modelu
uþebního cyklu vysvČtlují uþební aktivity, které pĜevážnČ odpovídají tČmto
66
následujícím uþebním stylĤm. Aktivní typy vyhledávají nové zkušenosti
a þinnosti pĜinášející poznání. Mají schopnost rychle využívat poznatky
vyplývající z nových zkušeností. Pro aktivní typy je nejefektivnČjší uþení
se prostĜednictvím konkrétních zkušeností, uþí se pĜímým zacházením,
manipulací s vČcmi. VýraznČ tedy preferují reálné prezentace nad
virtuálními. NadšenČ pĜijímají experimentování, pohybové a jiné formy
aktivního uþení. PĜi rutinních þinnostech se nudí. Práci s reálnými
experimenty u aktivních typĤ žákĤ podporuje i to, že rádi pracují ve
skupinách, což je pro nČ emocionálnČ podnČtné. Tuto skupinovou þinnost
mnohem více umožĖují experimenty reálné než experimenty virtuální,
které jsou už svojí podstatou urþeny obvykle pro samostatnou práci žáka.
Reflektivní typy žákĤ preferují sbírání nových poznatkĤ, stojí rádi
v pozadí, zvažují získané zkušenosti, pozorují, co se dČje a hodnotí svá
pozorování z rĤzných úhlĤ pohledu. Získávají informace nejen pĜímou
zkušeností, ale využívají i další zdroje, dlouho váhají, než dojdou k závČru,
rádi vČci dobĜe promyslí. Umí se uþit ze zkušenosti jiných. Pro tento typ
žákĤ je nejefektivnČjší reflexe, výpovČć o pozorovaném, zkušenosti
z pozorování ostatních, sbírání informací, zkoumání podstaty vČci.
Konsolidace pamČĢové stopy u reflektivních typĤ vyžaduje nejenom
primární asociativní vazby, ale o získané informaci musejí uþící se jedinci
pĜemýšlet, dávají ji do souvislosti s již dĜíve získanými informacemi
a zkušenostmi. Vyžadují proto urþitý þas k osvojení získávaných poznatkĤ.
Nejlépe se uþí pozorováním jedincĤ nebo skupin pĜi práci. Pro efektivní
uþení vyžadují reflektivní typy žákĤ pĜedchozí pĜípravu. ŠpatnČ se uþí
v þasovém stresu. Jelikož reflektivní typy žákĤ preferují pozorování dČjĤ
a jevĤ pĜed jejich ovlivĖováním, obecnČ pĜíliš nepreferují experimenty, a to
ani virtuální ani reálné. Nejlépe se uþí ze simulací jevĤ a dČjĤ
s jednoznaþným prĤbČhem þi z videozáznamĤ experimentĤ, které mohou
kdykoliv opakovat a soustĜedit se tak v klidu na rĤzné aspekty
pozorovaného jevu þi dČje.
Teoretické typy žákĤ jsou zamČĜeny na racionální objektivitu,
dĤkladné a systematické zkoumání problémĤ. Využívají analýzu
a následnou syntézu, základní postuláty, principy, teorie, modely, vyznaþují
se systémovým myšlením. Rádi integrují získané informace do
komplexních, logicky správných teorií, potĜebují poznat smysl
pĜedkládaného, na problémy se dívají pĜísnČ logicky. UpĜednostĖují
pojmové uþení, abstrakce a metody samostatné práce. Nejvíce jim
vyhovuje vyuþování založené na slovních monologických vyuþovacích
metodách. Vyhovují jim komplexní problémy, pĜi jejichž Ĝešení mohou
uplatnit své schopnosti a znalosti. Lépe se uþí v jasnČ vymezených
67
podmínkách a s pĜedem daným cílem. Naopak hĤĜe se uþí v prostĜedí
akcentujícím emoce a pocity þi pomocí úkolĤ, kde není jasný jejich základ
a princip. Používání virtuálních i reálných experimentĤ je pro žáky s tímto
stylem uþení nevhodné. VzdČlávací obsahy rekonstruují v mysli na základČ
abstraktních prezentací, pracují v teoretické rovinČ s myšlenkovými
experimenty. Spolupráci s ostatními žáky nevyžadují, naopak mĤže mít
na žáky s teoretickým stylem uþení negativnČ interferenþní charakter
(Sonnenwald, 2002).
Pragmatické typy žákĤ rádi své poznatky aplikují, s nadšením
zkoušejí nové nápady, nové myšlenky, teorie a techniky, jestli fungují
v praxi. Jednají obvykle rychle a sebejistČ, nČkdy až ponČkud zbrkle.
Nezajímají je teoretické základy þinností a jevĤ, ale pĜedevším jejich
praktické uplatnČní a využití. Rádi Ĝeší situace související s praktickým
životem, neradi diskutují o teoretických problémech, protože jim pĜipadají
zbyteþné. Nejlépe jim vyhovuje plánování praktických krokĤ, nebo
vyvození závČrĤ pro praktické využití získaných poznatkĤ. Preferují Ĝešení
s jasnými praktickými výhodami, jako je napĜíklad úspora þasu. Pro žáky
s pragmatickým stylem uþení mĤže být proto velmi vhodný virtuální
experiment, neboĢ v porovnání s reálným experimentem pĜináší Ĝadu
praktických výhod.
4.4 Virtuální a reálné prostĜedí v prezentaci uþiva z hlediska strategií
uþení
Urþitou pozornost je tĜeba v souvislosti s užitím virtuálních
a reálných experimentĤ vČnovat i strategiím uþení. ěešení urþitého
problému vždy souvisí jednak s individuálním pojetím daného problému
(které je ovlivĖováno uþebním stylem) a jednak s naplánováním
a provedením aktivit smČĜujících k Ĝešení problému, kam smČĜují strategie
uþení. Podle Ridinga a Cheema (1991) jsou to ad hoc zpĤsoby, jakými se
uþící se jedinec vypoĜádává s aktuálními úkoly a situacemi. Z psychodidaktického hlediska velmi zajímavou definici strategií uþení pĜekládá
Curryová (1990), podle níž jsou strategie formou mechanismĤ, které
pĜekládají aktuální informace do formy, která je jedinci pĜirozená. Podle
této definice Curryové se i do volby strategií uþení znaþnČ promítají
individuální charakteristiky žákĤ, a to ve formČ speciálního „jazyka“ do
kterého si dítČ pĜicházející informace pĜekládá tak, aby pro nČj byly
srozumitelné a pĜirozené. Využití virtuálních a reálných prezentací
v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání proto nezbytnČ nutnČ musí vedle
ontodidaktických hledisek velmi peþlivČ vážit i hlediska psychodidaktická.
PĜíslušná prezentace (experiment) musí být pro dítČ srozumitelná, musí
68
„hovoĜit jeho jazykem“ a prezentací pĜinášená informace musí být
takového charakteru, aby mohla být dítČtem translatována do pĜijatelné
podoby, ve které je potom zabudovávána do vnitĜních poznatkových
struktur žáka. Pokud se do volby strategie uþení promítá i pĜirozenost
formy pĜedkládaných informací, jak se domnívá Curryová, pak je možné
uvažovat o tom, že virtuální prostĜedí ve školních podmínkách pĜedstavuje
pro dítČ pĜirozenČjší formu prezentace informací než napĜ. reálný školní
experiment.
PĜi volbČ vhodné strategie uþení se uplatĖují jednak znalosti
a dovednosti, které žák má a které souvisí se strukturou dané úlohy, dále
pak schopnost žáka nacházet rĤzné vztahy a souvislosti mezi objekty
a situacemi, ale uplatĖují se i individuální zkušenosti, které žák má
s Ĝešením podobných problémĤ (Vágnerová, 2001). PrávČ poslední
z charakteristik je do jisté míry limitující. Uþební strategie jsou rigidní
v tom, že pokud se urþitá strategie v nČjakém konkrétním kontextu nebo pĜi
Ĝešení konkrétního úkolu osvČdþí, žák ji obvykle mechanicky aplikuje na
další uþební situace, pro které však dĜívČjší uþební strategie nemusí být
vĤbec vhodná. To je možné pozorovat zejména u žákĤ s povrchovým
stylem uþení. Lze tedy soudit, že pro žáky jsou výhodnČjší relativnČ
ustálené uþební situace s nízkou variabilitou, ve kterých mohou s úspČchem
aplikovat vyzkoušené strategie uþení. Tato skuteþnost mĤže ovlivĖovat
i využívání virtuálních prezentací pĜi výuce, jejichž variabilita je zjevnČ
nižší, než u prezentací reálných. Svoji roli mĤže sehrávat i faktor zpČtné
vazby. Virtuální prezentace vþetnČ virtuálních experimentĤ poskytují
obvykle zpČtnou vazbu ihned, zatímco v pĜípadČ reálných prezentací (napĜ.
u žákovských experimentĤ) mĤže být zpČtná vazba ze strany uþitele
poskytnuta až s urþitým zpoždČním. BČhem doby, než dítČ obdrží zpČtnou
vazbu, však mezitím mĤže dojít k zafixování chybného postupu, chybného
mentálního modelu þi chybné konceptuální struktury. Reálné experimenty
naproti tomu obohacují volbu individuálnČ optimální uþební strategie
o jistý emocionální a sociální rozmČr, neboĢ ve vČtší míĜe umožĖují
uplatnČní prvkĤ kooperativního uþení. Je však tĜeba si uvČdomit, že volba
uþebních strategií je do jisté míry determinována pĜíslušným uþebním
stylem žáka.
Oxfordová (1990) definuje nČkolik rĤzných strategií uþení, které se
ve vČtší þi menší míĜe uplatĖují pĜi výuce jednotlivých školních pĜedmČtĤ.
Aþkoliv nČkteré z tČchto strategií mohou být vázány pouze ke konkrétním
vyuþovacím pĜedmČtĤm (napĜ. výuka jazykĤ) þi dokonce ke konkrétním
uþebním situacím, Vermunt a Vermetten (2004) se domnívají, že
o uþebních strategiích je nutné uvažovat z obecnČjšího hlediska podle
69
pomČru vnitĜní a vnČjší regulace pĜi uþení. Klasifikaci uþebních strategií
podle Oxfordové rozpracoval u nás blíže napĜ. Kohoutek (2008).
1. PamČĢové uþební strategie se opírají o vymezení dĤležitých centrálních
poznatkĤ a klíþových pojmĤ, které by se mČly stát pevnou souþástí
vnitĜního poznatkového systému žáka. Tyto poznatky si žák snaží
osvojit, zapamatovat. Všechny ostatní další informace, které bude žák
potĜebovat, si podle potĜeby aktuálnČ vyhledá napĜíklad na internetu,
a nemusí se je tudíž uþit. Pro žáky, kteĜí volí tyto uþební strategie, není
používání experimentĤ pĜíliš vhodné, neboĢ zde tyto uþební strategie
selhávají. Z experimentĤ není možné rychle vyselektovat klíþové
poznatky a jim se nauþit, pĜiþemž jsou zároveĖ opomíjeny poznatky
podružné. Pro žáky s pamČĢovými uþebními strategiemi je však pĜeci
jen jednodušší osvojit si poznatky pĜinášené virtuálními prezentacemi,
neboĢ ty díky svému grafickému rozhraní mívají implicitní podobu
konceptuálních map, které si žáci s tČmito uþebními strategiemi dobĜe
osvojují.
2. Kompenzaþní uþební strategie se projevují nejvíce tak, že žák intuitivnČ
odhaduje prĤbČh dČje, kterému nerozumí, napĜ. na základČ analogií
grafického zápisu, jak je to patrné napĜ. pĜi Ĝešení chemických rovnic
nebo obecnČ pĜi zápisu chemického dČje chemickou rovnicí. Tyto
kompenzaþní strategie se nejvíce uplatĖují pĜí výuce jazykĤ, kdy žák
intuitivnČ odhaduje význam textu, kterému nerozumí. NicménČ
nastínČnou situaci napĜ. s chemickými rovnicemi lze chápat do znaþné
míry obdobnČ. Symbolické vyjádĜení, které chemické vzorce
a chemické rovnice pĜedstavují, nechápou žáci jako symbol kódující
urþitou realitu, ale chápou je obvykle jako „slova“ jakéhosi
nesrozumitelného jazyka. Kompenzaþní uþební strategie je však
v pĜírodovČdném vzdČlávání nutné chápat jako nevhodné, ba dokonce
nežádoucí, neboĢ fixováním nesprávných myšlenkových schémat
inhibují pochopení podstaty pozorovaných jevĤ a procesĤ.
3. Afektivní uþební strategie se týkají dovednosti þlovČka uvČdomovat si
vlastní náladu, pocity, zvýšenou psychickou tenzi, trému, úzkost a týká
se i dovednosti pracovat s nimi, vyrovnávat se s riziky, povzbuzovat se,
optimalizovat svoji sebedĤvČru. Afektivní strategie uþení se nČkdy Ĝadí
mezi tzv. nepĜímé strategie, neboĢ nejsou primárnČ zamČĜeny na
získávání nebo zpracovávání informací, ale zamČĜují se na ovlivĖování
motivaþních funkcí, které na proces zpracování informací pĤsobí
nepĜímo (blíže též viz Škoda, Doulík, 2011). Podstata afektivních
uþebních strategií tkví v tom, že reflektují emocionální kontext procesu
uþení. Emocionální podbarvení uþební situace umožĖuje snadnČjší
70
zapamatování nových poznatkĤ. Uþební situace, která se realizuje
v prostĜedí emocionálnČ plochém, nudném a málo podnČtném procesy
uþení spíše zhoršuje, neboĢ žák vyhledává „rozptýlení“ v substituþních
aktivitách nesouvisejících pĜímo s uþební situací a zapamatovává si
celou Ĝadu podružností a zbyteþných detailĤ, nikoliv však podstatných
informací a klíþových poznatkĤ vztahujících se ke vzdČlávacímu
obsahu. S ohledem na afektivní uþební strategie se jeví jako výhodnČjší
používání reálných experimentĤ, jejichž motivaþní úþinek je alespoĖ
v poþátcích pĜírodovČdného vzdČlávání nesporný (srov. napĜ. Solárová,
2009; Williams et al, 1996; Lokšová, 1999) a mohou tak vyvolávat
emocionálnČ pozitivní kontext uþební situace usnadĖující zapamatování.
4. Kognitivní uþební strategie se podílejí na cílevČdomém kladení cílĤ, na
rozvíjení osobnosti, udržování pozornosti, rozhodném, usilovném
a vytrvalém konání, zamČĜení na adekvátní þi optimální výkon,
pĜekonávání zátČžových situací, vyhýbání se neúspČšnosti, udržování
žádoucích aktivit. PĜi kognitivních strategiích uþení se uplatĖuje
uvažování, analýza, syntéza, sumarizace, práce s informacemi atd. Tyto
kognitivní uþební strategie vyhovují spíše žákĤm s teoretickým stylem
uþení, pro které není obecnČ používání experimentĤ jako informaþních
pramenĤ pĜíliš vhodné. NicménČ pokud má experiment heuristický
charakter, jeho prĤbČh navozuje napĜ. kognitivní konflikt, pĜi kterém
dochází k rozporu mezi vjemem a oþekáváním, pak se tato uþební
strategie mĤže s úspČchem uplatnit i práci se školním experimentem,
zejména pokud jde o experiment reálný.
5. Smyslové a pohybové uþební strategie využívají zde již diskutovaného
poznatku, že þím více smyslĤ se podílí na získávání informací, tím je
vČtší šance, že bude informace zapamatována. Vedle co nejvČtšího
poþtu smyslĤ by se mČl do uþení zapojovat i pohyb, gestikulace, chĤze
apod. To je dĤležité zejména u mladších dČtí. Uþení je tĜeba stĜídat
s relaxaþními pĜestávkami. Z hlediska tČchto uþebních strategií je
jednoznaþnČ nejpĜínosnČjší žákovský reálný experiment.
6. Sociální uþební strategie vycházejí z pojetí uþení jako sociálnČ
sdíleného procesu a v duchu sociálního konstruktivismus se opírají
o koncept sdíleného poznání. Tyto strategie se zamČĜují na schopnost
kooperace mezi žáky navzájem, kooperace mezi žákem a uþitelem a
s tím související komunikativní dovednosti. Tedy napĜ. schopnost
diskutovat, ovládat polemiku a kritiku, chovat se pĜimČĜenČ asertivnČ,
schopnost vhodnou formou prosazovat své názory apod. Nejlépe se tyto
uþební strategie realizují v rámci skupinového a kooperativního
vyuþování. Z hlediska sociálních uþebních strategií je i vČdomost
71
chápána jako konstrukt, který je vybudován v urþitém specifickém
kulturním a spoleþenském kontextu. Tento kontext do urþité míry
ovlivĖuje i vzdČlávací proces v pĜírodovČdných pĜedmČtech, aþkoliv
pĜírodovČdné poznání se zdá být nadspoleþenské a nadkulturní.
NicménČ právČ v oblasti využití experimentĤ se i pĜírodovČdné
vzdČlávání s tímto kontextem stĜetává a je jím do jisté míry
determinováno. Využívání reálných experimentĤ je napĜ. limitováno
legislativními opatĜeními, která znemožĖují provádČní experimentĤ
s rĤznými chemickými látkami, znemožĖují praktické provádČní pitev,
pokusy s živými tvory atd. Reálné prostĜedí je tak ze škol postupnČ
vytlaþováno prostĜedím virtuálním, neboĢ v nČm jsou tato nastínČná
omezení eliminována. Sociální kontext poznání se podle Goodmana
(1996) projevuje i v tom, že každý obor, a v souvislosti s ním i každý
vyuþovací pĜedmČt, utváĜí svĤj „region jsoucna“ – svĤj odborný svČt,
resp. svou „verzi svČta“, ve které platí urþitá pravidla vnímání nebo
jednání a platí v ní urþité zpĤsoby komunikace, pĜíznaþné pro daný
obor.
7. Metakognitivní uþební strategie se týkají uvČdomování si vlastního
procesu a strategií uþení, schopnosti tento proces sebereflektovat,
kriticky hodnotit a optimalizovat. Metakognice je zpĤsobilost þlovČka
monitorovat a vyhodnocovat vlastní metodické postupy a psychické
stavy a procesy, když se uþí a poznává. Cílem metakognice je
individuální zdokonalování vlastního procesu poznávání. Význam
metakognice se ve školní praxi obvykle velmi podceĖuje. Žáci nejsou
vedeni k uvČdomování si vlastních myšlenkových krokĤ a operací
a nejsou vedeni k pochopení významu tČchto krokĤ. Tím se celý proces
uþení schematizuje a získává nežádoucí podobu univerzálnČ platného
lineárního algoritmu, který však v pĜípadech nespecifického transferu
obvykle selhává. Proces Ĝešení problémĤ pak žáci nechápou jako
kreativní
proces
využívání
rĤzných
poznatkĤ,
získávání
a vyhodnocování rĤzných informací, ale pouze jako proces v podstatČ
pasivní aplikace urþitého algoritmu. Proces uþení tak postrádá
smysluplnost a pochopení významu uþiva. Tato algoritmizace procesu
poznávání je znaþnČ nežádoucí uþební strategií, která v pĜírodovČdném
vzdČlávání nutnČ musí vést pouze k pamČĢovému uþení a nízkým
úrovním osvojení získaných poznatkĤ. O významu metakognice
pĜedevším v reálném experimentu bylo již v tomto textu pojednáno.
NicménČ metakognitivní strategie uþení se mohou uplatnit i v pĜípadČ
experimentĤ virtuálních a jejich využití pĜi výuce. Virtuální experiment
mĤže být designován tak, že umožĖuje vracení nČkterých krokĤ, jejich
72
opakování, rozfázování, zrychlení, zpomalení, doprovození virtuálnČ
simulovaného dČje modelem atd. Tyto možnosti mohou v koneþném
dĤsledku velmi výraznČ podpoĜit metakognitivní uþební strategie pĜi
práci s virtuálním experimentem. Záleží ovšem na možnostech toho
kterého grafického rozhraní a také samozĜejmČ na zpĤsobu Ĝízení uþební
þinnosti žákĤ.
8. Automanažerské uþební strategie se podle Kohoutka (2008) zabývají
sebeutváĜením, sebezdokonalováním, sebeĜízením, selfmanagementem,
dosahováním svých možností (potencialit), dodržováním Ĝádu, úrovní
vlastní odpovČdnosti, stanovováním pĜípadné adekvátní korekce
a nápravy nedostatkĤ a chyb a odstraĖováním bariér, které uþení
znesnadĖují. Automanažerské uþební strategie spoþívají v samostatném
plánování i prognózování a aktivním dosahování cílĤ a úkolĤ,
v autoregulaci vlastního soustavného uþení. Tyto automanažerské
uþební strategie vedou k rozvoji autodidaktických kompetencí, které by
mČly být hlavními výstupy intencionálního školního vzdČlávání, neboĢ
otevírají možnost k nezbytnému celoživotnímu uþení. V poþáteþním
pĜírodovČdném vzdČlávání však nemĤžeme dosud vážnČ pomýšlet na
využívání tČchto uþebních strategií. NicménČ právČ pĜírodovČdné
vzdČlávání má za úkol rozvíjet kompetence k Ĝešení problémĤ, které
k automanažerských uþebním strategiím smČĜují. Tyto kompetence
zmiĖují i Rámcové vzdČlávací programy pro základní vzdČlávání (RVP
ZV, 2007):
x Žák rozpozná a pochopí problém, pĜemýšlí o nesrovnalostech a jeho
pĜíþinách, promyslí a naplánuje zpĤsob Ĝešení problémĤ a využívá
k tomu vlastního úsudku a zkušeností.
x Žák vyhledá informace vhodné k Ĝešení problému, nachází jejich
shodné, podobné a odlišné znaky, využívá získané vČdomosti
a dovednosti k objevování rĤzných variant Ĝešení.
x Žák samostatnČ Ĝeší problémy; volí vhodné zpĤsoby Ĝešení; užívá pĜi
Ĝešení problémĤ logické, matematické a empirické postupy.
x Žák ovČĜuje prakticky správnost Ĝešení problémĤ a osvČdþené
postupy aplikuje pĜi Ĝešení obdobných nebo nových problémových
situací.
x Žák kriticky myslí, þiní uvážlivá rozhodnutí, je schopen je obhájit,
uvČdomuje si zodpovČdnost za svá rozhodnutí a výsledky svých þinĤ
zhodnotí.
K rozvoji tČchto kompetencí mohou vést experimenty virtuální
i reálné. Lze uvažovat o tom, že reálné experimenty je možné zaĜadit do
výuky ad hoc, napĜ. k ovČĜení konkrétních vyvozených zákonitostí, zatímco
73
u experimentĤ virtuálních je uþitel vždy limitován jejich sftwarovou
konstrukcí a tím, zda daný experiment je vĤbec ve virtuální podobČ
k dispozici, eventuálnČ jaké vyžaduje hardwarové požadavky.
Sadler-Smith (1997) rozlišuje kromČ uþebních stylĤ a uþebních
strategií ještČ uþební preference, které definuje jako individuální náchylnost
k výbČru nebo vyjadĜování preference konkrétní uþební techniky nebo
kombinace technik. Sadler-Smith se ovšem soustĜedí na uþební preference
pĜedevším s ohledem na autoregulaci uþení. Rozlišuje autonomní metody,
které se opírají o samostatnou þinnost žáka a pĜedpokládají nejvyšší míru
autoregulace uþení, dále metody spolupracující, uplatĖující se pĜedevším
v kooperativním uþení a koneþnČ metody závislé, které preferují vedení
uþitelem a mají jen velmi nízkou míru autoregulace uþení. V poþáteþním
pĜírodovČdném vzdČlávání je tedy tĜeba uvažovat spíše o závislých
uþebních preferencích, které pĜedpokládají intenzivní Ĝízení uþebních
þinností žákĤ ze strany uþitele. Tyto uþební preference jsou však snadno
ovlivnitelné pomocí pedagogického pĤsobení. Soustavným využíváním
experimentĤ ve výuce mĤže uþitel dovést žáky ke schopnosti využívat
experimenty jako prameny poznání i tehdy, pokud tyto zdroje informací
pĜímo nekonvenují s uþebním stylem žáka.
4.5 Virtuální a reálné prostĜedí pro pĜírodovČdné poznávání jako
výzkumný problém
V této kapitole jsme se snažili pĜiblížit problematiku
psychodidaktických aspektĤ používání virtuálních a reálných experimentĤ
ve výuce vzdČlávacích obsahĤ pĜíslušejících poþáteþnímu pĜírodovČdnému
vzdČlávání. V souvislosti s intenzivní a masovou implementací ICT do
výuky nejen pĜírodovČdných pĜedmČtĤ vyvstává otázka vhodnosti
virtuálních a reálných prezentací jako seriózní teoretický a výzkumný
problém, jimž by se vedle jednotlivých oborových didaktik mČly zabývat
i pedagogické, psychologické a neurodidaktické vČdní disciplíny.
V souþasné dobČ je tato otázka zatím ve fázi úvah a poþínajících
výzkumných studií. Virtuální experimenty dosud nejsou v oblasti
poþáteþního pĜírodovČdného vzdČlávání na takové úrovni, aby mohly plnČ
suplovat experimenty reálné. Ponechme nyní zámČrnČ stranou otázku, zda
je to vĤbec žádoucí. Tím zde narážíme na dostupnost pĜíslušného softwaru,
jeho eventuální jazykové bariéry, úroveĖ didaktického zpracování
virtuálních prezentací, jejich opatĜení metakognitivním „lešením“ þi
zpČtnovazebným aparátem. V souþasné dobČ se v reálné výuce
pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání stále postupuje tak, že pĜíslušný
vzdČlávací obsah determinuje výbČr reálných experimentĤ, které budou ve
74
výuce zmiĖovaného obsahu využity. Naopak u virtuálních experimentĤ se
urþujícím þinitelem samotný experiment, jeho dostupnost a vhodnost jeho
zpracování, a na základČ tČchto kritérií je pak rozhodováno o podpoĜení
výuky urþitého vzdČlávacího obsahu virtuálním experimentem. Toto
období je však patrnČ pouze pĜechodné a je otázkou þasu, kdy bude nabídka
kvalitnČ zpracovaných virtuálních experimentĤ tak bohatá, že bude moci
svými výhodami konkurovat využívání experimentĤ reálných.
Z psychodidaktického hlediska mají oba typy experimentĤ své
výhody a své nevýhody (pomiĖme nyní hlediska ontodidaktická a hlediska
praktická, jako je napĜ. dostupnost softwaru, chemických látek, pĜístrojĤ
apod.):
x NejvČtší výhodou reálných experimentĤ je pĜímý a nezprostĜedkovaný kontakt žáka s danými objekty þi látkami. Reálný experiment
tak vedle audiovizuálního kontaktu umožĖuje i využití dalších
smyslĤ, þichu, hmatu, eventuálnČ i chuti. UmožĖuje pĜímé
pozorování daných dČjĤ þi jevĤ a umožĖuje žákovi jejich prĤbČh
pĜímo ovlivĖovat zmČnou vnČjších podmínek. Tyto výhody reálných
experimentĤ nemohou být adekvátnČ saturovány využitím
experimentĤ virtuálních. Z psychodidaktického hlediska je reálný
experiment zároveĖ individuálním prožitkem žáka, který má
epizodický charakter a ukládá se do trvalejší epizodické pamČti.
Vzniklý poznatek je pevnČji fixován ve vnitĜním poznatkovém
systému žáka, a to i z toho dĤvodu, že vzniká obvykle v emocionálnČ
egoangažovaném kontextu.
x NejvČtší výhodou virtuálních experimentĤ je z psychodidaktického
hlediska pĜedevším jejich „komunikaþní jazyk“, který je žákĤm
velmi blízký a dá se Ĝíci, že jde o bČžnČ používaný jazyk
každodenního života. S virtuálními prezentacemi se uþící se jedinec
setkává od nejútlejšího dČtství. Myšlení žákĤ je díky tČmto pĜedevším
vizuálnČ zprostĜedkovaným informacím výraznČ ikonické
a konkrétní. Tomuto zpĤsobu myšlení dobĜe odpovídají i virtuální
prezentace, u kterých je forma zpracování a ovládání prezentace
þinitelem, který mĤže výraznČ zastiĖovat i vlastní vzdČlávací obsah,
který má prezentace zprostĜedkovávat.
Jak virtuální, tak reálné experimenty však z psychodidaktického
hlediska nejsou univerzálnČ použitelnými didaktickými prostĜedky, resp.
prameny poznání pro všechny typy žákĤ. Snažili jsme se v tomto textu
ukázat, že vezmeme-li v úvahu dĤležité individuální charakteristiky žákĤ
jako jsou jejich uþební styly, strategie a preference, pak pro urþité žáky se
jeví jako didakticky efektivnČjší využívání experimentĤ reálných, pro jiné
75
žáky využívání experimentĤ virtuálních. Tento závČr ostatnČ potvrzují
i výsledky provedených výzkumných studií. Jako optimální se tedy
v souþasné dobČ a za souþasných možností jeví využívání obou typĤ
prezentací souþasnČ. Reálný experiment by mČl být pĜí výuce
pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání doprovázen virtuální prezentací (aĢ již
pĜímo virtuálním experimentem nebo simulacemi, animacemi,
modelováním) všude tam, kde je to možné. Použití samotné virtuální
prezentace bez reálné opory by mČlo být chápáno jako nouzové Ĝešení,
nikoliv jako pohodlné pravidlo. Své opodstatnČní však má i izolované
používání virtuálních prezentací bez reálné opory, a to tehdy, když
informaþní hodnota a didaktická využitelnost informací virtuální
prezentace pĜevyšuje informaþní hodnotu prezentace reálné (napĜ.
opakování dČje, zmČna rychlosti dČje, pĜiblížení dČje, simulace dČje, který
není ve školních podmínkách možné provést reálnČ atd.) Využívání
izolovaných reálných prezentací bez virtuální opory se dnes již jeví jako
urþitý anachronismus, neboĢ žáci jako „komunikaþní prostĜedek“ výraznČ
upĜednostĖují virtuální prostĜedí. Otázkou však zĤstává, jaké psychodidaktické efekty ale i problémy pĜinese v budoucnu využívání plné
virtuální reality pĜi výuce.
76
5 Interakce reálného a virtuálního prostĜedí ve školním
pĜírodovČdném experimentu
PĜi využití pĜímé podpory poþítaþe ve školní pĜírodovČdné/chemické
experimentální þinnosti mĤžeme klasifikovat jednotlivé typy experimentĤ s
metodickými aspekty jejich možného zaĜazení do výuky chemie na
základní nebo na stĜední všeobecnČ vzdČlávací škole. Pokud neuvažujeme
horizont rozdČlení na demonstraþní a žákovský pokus, ale rozdČlení,
vyplývající z charakteru a výhod (nám se jevících) použitého technického
zaĜízení – podpory poþítaþe a jeho periferií, mĤžeme vytvoĜit schéma
s explicitnČ vyjádĜenými virtuálními, reálnými i kombinovanými pĜírodovČdnými/chemickými experimentálními þinnostmi (viz obr. 12). Reálné
experimentální þinnosti doprovázejí pĜedevším manuální pĜenos dat oznaþovaný pĜerušovanými šipkami (reálná oblast) a virtuální experimentální
þinnosti doprovázejí pĜedevším poþítaþový pĜenos dat oznaþovaný plnými
šipkami (virtuální oblast).
Obr. 12 Schéma aplikací poþítaþe pĜi podpoĜe pĜírodovČdného experimentu (Bílek a kol,
1997)
77
5.1 Poþítaþové simulace a animace aneb virtuální experimenty ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ
V pĜírodovČdné výuce by mČl být brán zĜetel hlavnČ na to, aby
využití poþítaþe a dalších digitálních technologií nebylo samoúþelné.
Poþítaþ by nemČl být používán tzv. „sám pro sebe“, ale mČl by sloužit jako
didaktický prostĜedek k objasĖování a prohlubování získávaných poznatkĤ
s dĤrazem na zvýšení efektivity dané vyuþovací metody.
Jednou z nejvýznamnČjších oblastí poþítaþové podpory pĜírodovČdné
výuky je bezesporu poþítaþového modelování, a to jak statické (poþítaþové
grafické modely) tak dynamické (poþítaþové animace a simulace). Jedná se
o tvorbu modelĤ objektĤ a jevĤ, v níž hrají prim jak tzv. grafické modely
a v poslední dobČ zvláštČ modely molekul, tak modely jevĤ a laboratorních
þinností (Bílek, M. a kol., 2007).
Ve všeobecné výuce chemie se tradiþnČ používaly a stále ještČ
používají reálné modely, kuliþkové, trubiþkové nebo kalotové, které
zpĜístupĖují pĜedevším stereochemii molekul a ukazují nČkteré aspekty
jejich struktury ve vztahu k jejich reaktivitČ. Další možností jsou
poþítaþové modely, znázorĖující elektronové hustoty a elektrostatické
potenciály. Jsou konstruované pomocí rĤzných programĤ pro grafické
modelování (napĜ. PC Spartan Pro) napĜ. na základČ kvantovČ-chemických
výpoþtĤ. VytváĜeny jsou þtyĜdimenzionální modely, znázorĖující velikost
a tvar molekuly vþetnČ urþité vlastnosti (elektronová hustota, elektrostatický potenciál), která je vyjádĜena pomocí barevné škály (napĜ. þervená
barva – záporné hodnoty elektrostatického potenciálu, modrá barva –
kladné hodnoty elektrostatického potenciálu) (Myška, KoláĜ, Marek, 2006).
MĤže jít napĜ. o:
x znázornČní struktury slouþenin – napĜ. benzenu a jeho derivátĤ,
x energetické diagramy napĜ. vnitĜní rotace v molekulách vybraných
slouþenin,
x substituþní efekt v molekulách - napĜ. arenĤ, modelování prĤbČhu
reakce - napĜ. reakce molekuly methylchloridu s kyanidovým
anionem,
x modelování prĤbČhu reakce (napĜ. reakce molekuly methylchloridu
s kyanidovým anionem),
x apod.
Modely slouþenin pĜedstavují zmČny ve velikosti a tvaru molekul,
ukazují distribuci elektrostatického potenciálu v závislosti na typu
heteroatomu a jeho vlastnostech (elektronegativita aj.) apod. (napĜ. Myška,
KoláĜ, 2001) a slouží zvláštČ jako pomĤcky k vytváĜení pĜedstav
o struktuĜe slouþenin a jejího vlivu na jejich vlastnosti. Zavedením tzv.
78
dynamického aspektu pĜi prezentaci grafických modelĤ pĜecházíme do
oblasti poþítaþových animací a simulací.
Animaci i simulaci lze obecnČ definovat jako metodu, pĜi níž je
zkoumaný dynamický systém nahrazen modelem, který prezentuje
modelovaný systém v jeho þinnosti, nebo s ním mohou být provádČny
experimenty. Poþítaþová animace nebo simulace pĜedstavuje zpracování
modelu ve formČ pĜijatelné pro poþítaþ, tj. ve formČ matematického nebo
formálnČ – logického modelu zapsaného pomocí programovacího jazyka.
Zachovány zĤstávají dva neoddČlitelné aspekty každého modelu:
x zobrazovací aspekt – každý model je urþitým znázornČním
reálného systému,
x zjednodušovací aspekt – každý model obsahuje jen urþitou þást
vlastností modelovaného objektu.
Matematické modely užívané v chemii jsou zpravidla výsledkem
buć matematického zpracování experimentálních dat nebo deduktivního
postupu vycházejícího ze stávajících teoretických poznatkĤ, vyjádĜeného
matematickými prostĜedky, vedoucího k poznatkĤm novým, více ménČ
korespondujícím s realitou.
V úvahu pĜicházejí následující pĜíklady animací a simulací:
x použití animace nebo simulace pro pochopení podstaty fungování
reálného systému,
x aplikace animace þi simulace pĜi Ĝešení problémĤ za daných
podmínek
nerealizovatelných
(napĜ.
oblasti
„mikrosvČta“
a „makrosvČta“, pĜíliš rychle nebo naopak pĜíliš pomalu probíhající
dČje apod.),
x aplikace simulace ke studiu reálného systému s cílem zjistit vliv
podmínek na zkoumaný proces,
x využití simulace k náhradČ reálných experimentĤ (zdlouhavých,
nákladných, nebezpeþných aj.).
Poþítaþová animace ani simulace by však nemČla za žádných
okolností eliminovat proveditelný a didaktické interpretaci obsahu lépe
sloužící reálný experiment z výuky, protože nemĤže nahradit pĜímé
pozorování jevĤ prostĜednictvím proveditelných školních pokusĤ. Její úkol
v tČchto pĜípadech spoþívá v zpĜístupĖování jevĤ, v názornosti a vytvoĜení
podmínek k získání poznatkĤ z reálného experimentu.
Poþítaþové animace a simulace jsou jednoznaþnČ atraktivními
uþebními objekty. Obsáhlou definici takovýchto uþebních objektĤ (learning
object) pĜináší Výbor pro standardizaci výukových technologií spoleþnosti
IEEE (IEEE Learning Technology Standards Commitee): „Uþební objekty
se definují jako urþité entity, digitální nebo nedigitální, které mohou být
79
použity, znovu využity nebo vyvolávány bČhem uþení se s podporou
technologií. PĜíklady takových technologií podporujících uþení zahrnují
poþítaþové výukové systémy (computer-based training systems),
interaktivní uþební prostĜedí (interactive learning environments),
inteligentní poþítaþové vyuþovací systémy (intelligent computer-aided
instruction systems), distanþní výukové systémy (distance learning
systems) a kolaborativní uþební systémy (collaborative learning systems)“
(IEEE Learning Technology Standards Commitee, 2002). Zajímavé
porovnání charakteristik animací a simulací pĜinášejí napĜ. Frischherz
a Schönborn (2004) – viz následující tabulka (Tab. V).
Tab. V Charakteristiky animací a simulací (Frischherz a Schönborn, 2004)
Typy interaktivity
Didaktické funkce
Animace
- start, stop, opakuj záznam,
- potáhni nebo rotuj
objekty,
- manipuluj s objekty,
- vyber nebo zmČĖ
prezentovaný formát
objektu
- informace, ilustrace,
instrukce, motivace
Simulace
- zadej data a
pozoruj
souvislosti,
- vizualizuj vztahy,
- mČĖ parametry,
- vytvoĜ prezentace,
- vytvoĜ obsah
- objevování,
konstrukce,
reflexe, diskuse
Pro tvorbu didakticky úþinných animací a simulací navrhují citovaní
autoĜi následující posloupnost krokĤ: Realita ĺ Konceptuální model ĺ
Didaktický model ĺ Design–model ĺ Mentální model. Prvním krokem
je vČdecká analýza problému a vytvoĜení tzv. konceptuálního modelu
(respektování urþité vČdecké koncepce, vČdeckého paradigmatu). Následuje
redukce jeho tzv. kognitivní komplexity ve vztahu k výukovým cílĤm, tj.
pĜizpĤsobení poznávací úrovni studenta – didaktický model. Ten je
implementován s využitím urþitého software s ohledem na požadavky
komunikace se studentem – vytvoĜení tzv. interface þi design-modelu. A na
konci tohoto procesu jde o rekonstrukci vČdeckého (konceptuálního)
modelu za pomoci poþítaþového modelu (animace, simulace) ve vČdomí
studenta jako jeho mentálního modelu (NodzyĔska, 2002). Frischherz,
Schönborn a Schulin (2003) k tomuto procesu formulují šest druhĤ aktivit
elektronické podpory pĜírodovČdné výuky (e-learning activities for natural
sciences education):
80
x asimilace poznatkĤ – vizualizace zejména transformuje neviditelné
procesy, aby bylo možné jim porozumČt,
x reprodukce poznatkĤ – pĜíležitost k rekonstrukci informací v rĤzné
formČ k ovČĜení porozumČní problému,
x aplikace poznatkĤ – aplikace znalostí na reálné nebo virtuální
procesy a systémy,
x generování poznatkĤ – uþící se Ĝeší zadaný problém a tím si vytváĜí
nové znalosti (þasto s nutností jejich potvrzení v jiných aktivitách),
x komunikace poznatkĤ – uþící se mĤže srovnávat své znalosti
s ostatními (sociální potvrzení nových znalostí),
x reflexe poznatkĤ – pomoc pĜi hodnocení vlastních znalostí
a plánování vlastního uþení.
Všechny uvedené aktivity vyžadují kvalitnČ zpracované uþební
objekty – animace a simulace. PĜi jejich zaĜazování do výuky
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je nutná i urþitá opatrnost. A to jak pĜi
prezentacích tak pĜi samostatné práci žákĤ a studentĤ. Jednak mĤže jít
o zbyteþné rozptylování pozornosti („všeho moc škodí“) a jednak mĤže mít
„dokonalý“ virtuální svČt za následek ovlivĖování tvorby nepĜesných nebo
chybných mentálních modelĤ uþících se. ěada autorĤ formulovala urþitá
doporuþení þi kritéria kvality pro jejich tvorbu a využití.
Frischhertz a Schönborn (2004) hovoĜí o kritériích kvality pro
animace a simulace jako uþební objekty zajišĢujících potĜebnou pĜidanou
hodnotu pro výuku. Podstatné je hlavnČ to, zda animace nebo simulace je
podporou transformace vČdeckého modelu v mentální model studenta.
Formulují tak následující kritéria kvality:
1. VČdecké standardy. O adekvátnosti vČdeckého modelu zde
nemĤže být sporu – jde o kritéria vČdecké správnosti, korektnosti,
pravdivosti apod.
2. VýbČr obsahu a jeho redukce. Optimální výbČr nejdĤležitČjších
prvkĤ odpovídajících poznávací úrovni studentĤ (adekvátnost
výukovým cílĤm).
3. Uþební aktivity. VýbČr odpovídajících uþebních aktivit (student
by mČl vČdČt „proþ to dČlá“). Interaktivita znamená aktivní využití
uþebního objektu studentem (viz tzv. operaþní objekty
v RiedelovČ systémové didaktice – pozn. aut.). Uþební aktivity
tedy vyžadují zpČtnou vazbu buć od uþebního materiálu nebo od
tutora þi jiných studentĤ smČrem k uþícímu se.
4. Typ média. Široké možnosti digitálního materiálu (text, audio,
grafika, fotografie, video aj.) v odpovídající kvalitČ a kombinacích
- multimédia.
81
5. Didaktický kontext. Animace a simulace by mČly být zakomponovány do uþebních sekvencí s kontextuálním vztahem
k pĜedchozímu a následujícímu uþení.
6. Vizualizace. Vizualizace v obecném pohledu transformuje
neviditelné procesy tak, aby usnadnila jejich porozumČní.
Užiteþné k transferu znalostí je také napĜ. využití metafor.
7. Použitelnost. Uživatelská pĜíjemnost ovládání uþebních objektĤ
(„user friendly“). Klíþovou roli hrají napĜ. navigaþní systém,
intuitivnost ovládání pomocí Ĝídících panelĤ apod. Souvisí s tím
i Ĝada kritérií známých z WWW prezentací, jako jsou: þas ke
spuštČní („download-time“), funkþnost odkazĤ („cross-browser“
functionality), použité a použitelné fonty a jejich velikosti,
kontrastní zobrazení apod.
8. Estetická kvalita. Aþ jde o pravdČpodobnČ nejsubjektivnČjší
kritérium kvality, pĜesto je velmi dĤležité. Mottem použitelnosti
bývá tzv. „KISS“ („Keep It Simple and Stupid“), kdežto mottem
dobrého designu je „MAYA“ („Most Advanced Yet Acceptable“).
TvĤrce by mČl nalézt nejlepší úroveĖ inovace vhodnou pro
estetické cítČní uživatelĤ (žákĤ a studentĤ).
V souladu s uvedenými autory musíme konstatovat, že souþasná
situace pĜináší urþité kontrasty v tom, že vČtšina používaných animací
a simulací pochází z tvorby poþítaþových specialistĤ, kteĜí v mnoha pĜípadech nejsou s to akceptovat kritéria didaktická. Jde o aplikace zkrácené,
nedostateþnČ propracované, cesty mezi „konceptuálním (vČdeckým)“
a mentálním modelem uþícího se. Chybí tak úþast pedagogĤ, psychologĤ
a oborových didaktikĤ alespoĖ jako konzultantĤ tvĤrþích týmĤ v této
oblasti, jejíž vývoj a aplikace bezesporu neustále porostou (Turþáni, Bílek,
Slabý, 2003).
PĜesto se v souþasné dobČ výrazného prosazování vyuþovacích
metod a organizaþních forem založených na použití ICT do vzdČlávacího
procesu zaþínají poþítaþové animace a simulace zejména v podobČ tzv.
apletĤ (internetovČ dostupných softwarových komponent bČžících
i v kontextu jiného programu) výraznČ prosazovat. Virtuální experiment
pĜestává být doménou vČdeckých pracovišĢ, ale postupuje rychle i do škol.
V mnoha pĜípadech doplĖuje nebo dokonce nahrazuje experiment reálný.
ObecnČ lze Ĝíci, že virtuální experimentální systémy jsou vybaveny
aplikacemi, které simulují jevy, procesy a dČje, ale také modelují rĤzné
pĜístroje a mČĜicí systémy. Školní (þi edukativní) virtuální experiment musí
však být podobnČ jako experiment reálný dobĜe zabudován do kontextu
vzdČlávacího obsahu a konkrétní vyuþovací hodiny. Zcela analogicky jako
82
experiment reálný je i experiment virtuální pĜedevším prostĜedkem
didaktické rekonstrukce a z hlediska psychodidaktického se na nČj vztahují
stejné charakteristiky a nároky jako na experiment reálný. V souþasné dobČ
je zejména díky ekonomickým a bezpeþnostním podmínkám využívání
reálných experimentĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání na ústupu. Naopak
masivní rozvoj ICT a postupné zkvalitĖování vybavenosti škol v této
oblasti otevírá prostor pro výraznČjší rozšíĜení virtuálních experimentĤ.
Podle Gorghiu et al. (2009) lze virtuální prostĜedí využívat nČkolika
zpĤsoby podle specifického vzdČlávacího cíle:
x Animace vybraných þástí vzdČlávacího obsahu. Jejich použití mĤže
vést k zatraktivnČní rĤzných (pĤvodnČ statických) vizualizací uþiva
a umožĖuje lépe vysvČtlovat pĜíþiny urþitých stavĤ nebo prĤbČh
nČkterých dČjĤ (napĜ. reakþní mechanismus v chemických reakcích).
Jsou založené na tom, že žák vybírá mezi nČkolika málo rĤznými
sadami vstupních parametrĤ a podle jeho výbČru se mČní výsledný
efekt. NejvČtším problémem užití animací je malá až nulová
flexibilita. Animace poskytuje vždy jen omezený a koneþný poþet
možností, které mĤže žák zvolit a stále se opakující podobu výsledkĤ
animace. Když žák vyzkouší všechny možnosti, nepĜináší pak
animace již žádný didaktický efekt a není dále užiteþná. Využití
speciálních animací pro každý jednotlivý jev þi úkol, který má žák
vyĜešit, je proto tČžkopádné a relativnČ nákladné.
x Simulace – poskytují vyšší úroveĖ interakce mezi uþícím se jedincem
a virtuálním prostĜedím než animace. Simulace umožĖují napodobit
prĤbČh reálných laboratorních experimentĤ, pĜiþemž virtuální
simulace je samozĜejmČ vždy bezpeþná, nevyžaduje nároþné
aparatury, pĜístroje þi chemikálie, vyluþuje práci se živým,
kontaminovaným nebo z etického hlediska nevhodným materiálem.
PodobnČ jako v pĜípadČ reálného experimentu žák volí rĤzné vstupní
podmínky. Nevýhodou je, že prĤbČh simulací je vždy ponČkud
zjednodušen a zidealizován ve srovnání s prĤbČhem reálných
experimentĤ. To mĤže být z didaktického hlediska vhodné tam, kde
je zapotĜebí prĤbČh experimentu co nejvíce zjednodušit, aby
umožĖoval vysvČtlení adekvátní aktuální úrovni žákĤ. Na druhou
stranu to u žákĤ vytváĜí zjednodušené pĜedstavy o prĤbČhu
pĜírodních dČjĤ a procesĤ a žáci se mohou pĜi kontaktu se složitostí
reálného svČta dostat do obtíží, které nejsou schopni pĜedvídat
a vyrovnávat se s nimi.
x Webové experimenty (Web-based experiments, oznaþované rovnČž
jako on-line experimenty) pĜedstavují zatím nejsofistikovanČjší
83
variantu využití virtuálních experimentĤ pĜi výuce. Jsou založeny na
rozhraní mezi uživatelem, což mĤže být žák, pracovní skupina, školní
tĜída nebo uþitel a vzdálenou Ĝízenou laboratoĜí. Ve vzdálené
laboratoĜi probíhají prostĜednictvím webu Ĝiditelné reálné
experimenty. Jejich prĤbČh a výsledky jsou prostĜednictvím webu
pozorovatelné. Své uplatnČní nalézají webové experimenty
pĜedevším v souvislosti s fyzikálnČ zamČĜenými obsahy vzdČlávání.
Pomocí webu se mohou žáci podílet na experimentech, které
z bezpeþnostních nebo finanþních dĤvodĤ þi z dĤvodĤ pĜílišné
nároþnosti není možné realizovat ve škole. Žáci i uþitelé mohou
využívat databáze ukládající výsledky experimentĤ þi mČĜení (napĜ.
dlouhodobé sledování emisí v ovzduší). Využívání webových
experimentĤ je determinováno vytvoĜením specifických rozhraní
umožĖujících komunikaci mezi uživateli (žáky) a systémy vzdálené
laboratoĜe.
Hodnotit význam virtuálních experimentĤ pro pĜírodovČdné
vzdČlávání je zatím pĜedþasné. Škoda a Doulík (2009) uvádČjí, že se mohou
stát adekvátní, ba dokonce v mnoha smČrech i dokonalejší náhražkou
reálných školních experimentĤ, byĢ budou vždy postrádat jejich „kouzlo“,
pĤsobení „vis maior“ pĜi jejich prĤbČhu a výsledku, þichové a hmatové
vjemy, jakož i urþitou dávku adrenalinu pĜi jejich realizaci. ŽákĤm však
mohou být blízké tím, že využívají virtuální poþítaþové prostĜedí, které je
žákĤm dĤvČrnČ známé. StejnČ tak se však mohou stát slepou vývojovou
linií, neboĢ pro žáky budou pĜedstavovat pouze jeden z mnoha
poþítaþových produktĤ, který bude ve srovnání s „multilevelovými“
adventurami velice omezený a primitivní. PĜekážkou je v souþasné dobČ
i stále nízká ochota uþitelĤ využívat virtuálních experimentĤ pĜi výuce
(Jarosievitz, 2009). Mezi oborovými didaktiky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ
probíhá v souþasné dobČ diskuse, zda je možné, vhodné a didakticky
efektivní, nahrazovat reálné experimenty virtuálními.
5.2 RĤzné druhy kombinací reálného a virtuálního prostĜedí v školním
pĜírodovČdném experimentu
5.2.1 PĜímé spojení pĜírodovČdného experimentu s poþítaþem
PĜímé spojení reálného chemického experimentu s poþítaþem
pĜedstavují poþítaþové mČĜící systémy, tj. využití poþítaþe ke snímání,
uchovávání a zpracování mČnících se hodnot fyzikálních a fyzikálnČchemických veliþin a jako Ĝídícího média pĜi automatizaci experimentální
84
þinnosti. K nutnosti jejich využívání i ve škole vedou hlavnČ následující
dĤvody:
x pĜímá podpora experimentální þinnosti tj. snímání hodnot mČĜených
veliþin v prĤbČhu experimentu tj. v reálném þase,
x okamžité vyhodnocení a následné uchování experimentálních dat,
x pĜiblížení použití poþítaþĤ v automatizovaných systémech Ĝízení
technologických procesĤ výroby,
x osvojení si metod získávání informací a jejich zpracování pomocí
poþítaþe a jeho periferií,
x a také náhrada mnoha drahých laboratorních pĜístrojĤ.
Spojení reálného experimentu tj. v nČm použitého technického
zaĜízení, pĜístroje nebo aparatury s Ĝídícím a registraþním zaĜízením je
realizováno buć pĜivedením digitálních dat pĜímo na vstupní port zaĜízení
nebo poþítaþe, nebo v pĜípadČ analogových dat užitím základních
komponent Ĝízených automatizovaných systémĤ - speciálních poþítaþových
periférií - A/D - analogovČ-digitálních a D/A - digitálnČ-analogových
pĜevodníkĤ, které daný analogový signál digitalizují. A/D a D/A
pĜevodníky jsou tedy zaĜízení sloužící k registraci dat mČnících se
fyzikálních veliþin v probíhajícím experimentu a k ovlivĖování reakþních
podmínek prostĜednictvím ovládaných akþních þlenĤ. Pomocí poþítaþe
a A/D pĜevodníku mohou být mČĜeny veliþiny, které je možné mČnit na
proporcionální elektrický signál. Proto pĜichází v úvahu kromČ mČĜení
elektrických veliþin i mČĜení teploty, tlaku, hmotnosti, teþných napČtí, pH,
vodivosti, intenzity osvČtlení aj. A/D pĜevodník je pĜi tČchto mČĜeních
spojen na vstupu s mČĜícím þidlem (elektrodou, snímaþem, apod.) nebo
výstupem z daného mČĜicího pĜístroje a na výstupu s poþítaþem, kterému
transformovaný signál pĜedává. D/A pĜevodník umožĖuje transformaci
digitální informace z poþítaþe (výsledku programové instrukce) na
analogový signál ovládající akþní þlen. Pro aplikace ve školní praxi jsou
vyvíjeny poþítaþové mČĜící systémy, které nahrazují drahé profesionální
komplexní hardwarové a softwarové systémy používané v moderní výrobní
praxi.
Existují v zásadČ dva základní zpĤsoby pĜipojení mČĜících pĜístrojĤ
k poþítaþi:
1. Vlastní mČĜicí pĜístroj je vnČ poþítaþe a je s ním spojen pĜes
standardní rozhraní.
2. Do základní desky poþítaþe se zasouvá karta (s A/D a D/A
pĜevodníky, s digitálními vstupy a výstupy), ke které se pĜipojují
mČĜené signály a ovládané akþní þleny.
85
Uvedená aplikace poþítaþĤ ve vyuþování pĜináší také problém
použití vhodného software. Existuje Ĝada softwarových balíkĤ
z prĤmyslové praxe, využitelných pro tvorbu Ĝídících komplexĤ
v technologických procesech, ale pomČrnČ znaþná komplikovanost
a svázanost se speciálními periferiemi znesnadĖuje jejich školní využití.
Proto má softwarové vybavení školních poþítaþových mČĜících systémĤ
nČkolik základních atributĤ, na které je kladen zvláštní dĤraz zejména
z hlediska jednoduchosti a názornosti. TČmito atributy jsou zvláštČ:
x digitální znázornČní veliþin v dostateþné velikosti a grafický záznam
na monitoru buć souþasnČ, nebo v pĜepínatelném režimu,
x možnost realizace srovnání podobných mČĜení, tj. souþasné
znázornČní nČkolika namČĜených souborĤ dat uložených na disku
nebo porovnání se souborem dat získaných simulací reálného
experimentu,
x možnost provedení výĜezu grafického záznamu, jeho zvČtšení na
monitoru a jednoduché zpracování dat,
x realizace mČĜení ve dvou základních režimech práce - v þasových
intervalech nebo po krocích.
Každý takový mČĜící program je možné rozdČlit zpravidla na tĜi
základní þásti:
a) mČĜení zvolené veliþiny - MċěENÍ,
b) práce s datovými soubory - DATA,
c) zpracování dat - ZPRACOVÁNÍ.
ýást MċěENÍ slouží k nastavení nebo kontrole parametrĤ
provádČného experimentu. Jednotlivé parametry jsou voleny buć postupnČ,
nebo najednou, formou dialogového okna. Režim DATA umožĖuje práci
s namČĜenými daty uloženými v souborech tj. jejich zobrazení a „zoom“,
ukládání
a naþítání, výstup na tiskárnu nebo zapisovaþ. Úpravy
a zpracování namČĜených dat se provádČjí v þásti ZPRACOVÁNÍ.
Programy obsahují dle svého urþení rĤzné možnosti práce s daty, od
pouhého zobrazení nebo spojení jednotlivých hodnot pĜes proložení
aproximaþními kĜivkami až po složitČjší statistické operace.
Jednotlivé programové þásti obsahují zpravidla tĜi typy položek
k nastavení parametrĤ a ovládání prĤbČhu programu. Jsou to:
a) pĜepínací položky - obsah položky se mČní stisknutím klávesy
„enter“ nebo pohybem kursoru po inzerovaných hodnotách, tj.
všechny hodnoty jsou pĜeddefinovány a po každém stisku se
cyklicky zamČĖují,
86
b) editaþní položky - nový obsah je možné vložit jedinČ pĜepsáním
pĤvodního zadání (editací), zadávány jsou buć textové nebo
þíselné údaje,
c) výbČrové položky - po volbČ této položky je zobrazeno další
okno, po jeho opuštČní se mĤže zmČnit hodnota položky
v závislosti na pĜedchozí operaci.
Na základČ možností hardware i software poþítaþových mČĜících
systémĤ je možné využít napĜ. následující typologii poþítaþem
podporovaných chemických experimentĤ (tj. jak bylo uvedeno dle pĜístupu
H. Riedela operaþních objektĤ – viz kap. 2.).
Kinetický aspekt chemických experimentĤ
ýasto jsou na školách provádČny experimenty tím zpĤsobem, že žáci
pouze urþí hodnotu urþité veliþiny v reakþní nádobČ pĜed a po skonþení
reakce. Tak mohou mČĜit napĜ. teplotu laboratorním teplomČrem, pH
univerzálním indikátorovým papírkem, urþovat zmČnu zabarvení roztoku,
vznik sraženiny apod. Poþítaþové mČĜící systémy umožĖují jednoduché
a operativní zavedení kinetického aspektu k provádČným experimentĤm tj.
urþovat a registrovat hodnoty mČnící se veliþiny v prĤbČhu chemické
reakce. Pro sledování prĤbČhu reakce pĜináší toto technické zaĜízení další
konkrétní výhody: registrovat mČĜenou veliþinu v malých intervalech napĜ.
i menších než 1 sekunda (mČĜení laboratorním teplomČrem vyžaduje cca 30
sekund pro odeþtení a zápis pĜíslušné hodnoty teploty) nebo naopak vČtších
než 1 hodina (dlouhodobá sledování), paralelní souþasnou tvorbu
grafického záznamu, uložení a vyhodnocení experimentálních dat. Systémy
pro použití v chemickém experimentu vČtšinou využívají následující tĜi
režimy registrace experimentálních dat.
x Registrace mČĜené veliþiny v pĜedem zvolených þasových
intervalech.
x Registrace mČĜené veliþiny v pĜedem zvolených intervalech jiné
veliþiny (nezávisle promČnná na ose x, poloautomatická mČĜení,
indikace zmČny intervalu na ose x napĜ. stisknutím libovolné klávesy,
kliknutím myší apod.).
x Registrace mČĜené veliþiny v závislosti na jiné mČĜené veliþinČ
(automatická mČĜení, minimálnČ dvoukanálová).
Rychlost mČĜení a frekvence experimentĤ
Výhodou poþítaþových mČĜících systémĤ je kromČ rychlosti
registrace experimentálních dat i velká variabilita mČĜicího pĜístroje.
Jednoduchou zámČnou þidel (pĜípadnČ þidel a modulĤ) se stává bČhem
87
nČkolika sekund z digitálního teplomČru digitální pHmetr apod. Tak je
umožnČno provedení velkého poþtu mČĜení, þasto bez omezení mČĜenou
veliþinou a je možné analyzovat širší experimentální celky. Nabízí se
nČkolik možných variant.
x Metodická Ĝada experimentĤ
x Paralelní (komparativní) experimenty
x Dílþí experimenty
x Tematické celky experimentĤ
x Simultánní experimenty
Zesilování aktivizaþních prvkĤ ve výuce
Poþítaþové mČĜicí systémy poskytují možnosti pro kvantitativní
vyjadĜování jevĤ, které byly dosud ve škole popisovány pouze kvalitativnČ.
ýasto se jedná o experimenty, které by se daly nazvat "ze života", tj. jejich
motivaþní složka se dotýká vlastních zkušeností žáka - experimentátora.
Tyto metody tvorbou a ovČĜováním hypotéz, snahou o nČjaký konkrétní
výrobek nebo závČr pĜispívají podstatnou mírou k formování
intelektuálních i senzomotorických dovedností.
x Motivaþní experiment
x Problémová metoda a chemický experiment
x Projektová metoda a chemický experiment
5.2.2 Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí z pohledu žákovy
aktivity
Urþitou alternativu pĜístupĤ popsaných v kapitolách 5.1 a 5.2.1
pĜedstavuje kombinace reálného a virtuálního experimentu pĜi výuce
pĜírodovČdných vzdČlávacích obsahĤ bez zamČĜení na použití poþítaþe jako
mČĜicího pĜístroje (virtuálního mČĜicího pĜístroje). Virtuální prostĜedí mĤže
poskytovat reálnému experimentu i v tomto pĜípadČ rozsáhlou podporu.
NapĜ. pomocí animací þi simulací mĤže umožnit vysvČtlení pozorovaných
jevĤ a dČjĤ na mikroskopické nebo naopak makroskopické úrovni, která
není pĜístupná pĜímému smyslovému vnímání, umožĖuje zrychlit nebo
zpomalit dČje, jejichž þasový prĤbČh je z didaktického hlediska nevhodný,
umožĖuje detailnČji pochopit podstatu nČkterých fyzikálních veliþin,
strukturu chemických látek, dČjĤ na subbunČþné úrovni atd. Na druhou
stranu má použití kombinovaných reálných a virtuálních experimentĤ i své
nevýhody, mezi které patĜí zejména znaþná nároþnost, jak þasová, tak
obvykle finanþní. Urþité riziko pĜedstavuje i to, že žáci nemusí být schopni
správnČ propojit informace pĜinášené tČmito rĤznými informaþními kanály
a správnČ zkombinovat reálné s virtuálním, skuteþné s modelovým.
88
Využívání virtuálního prostĜedí þasto svádí uþitele k pasivnímu
pojetí výuky, kdy pouze spustí virtuální prezentaci, aniž s ní pracují ve
smyslu didaktické rekonstrukce nebo Ĝízení uþebních þinností žákĤ. Es
a Koper (2006) poukazují na závČry mnoha provedených výzkumĤ, které
jasnČ prokazují, že efektivní využívání virtuálních prostĜedí je pĜedevším
záležitostí „pedagogického designu“ zapojení virtuálních prezentací do
reálného vyuþovacího procesu. Velkou výhodu spatĜujeme pĜedevším ve
skuteþnosti, že virtuální experiment umožĖuje to, co je za použití reálných
experimentĤ jen obtížnČ realizovatelné až nemožné, totiž aby
s experimentem pracoval každý žák sám (tedy nikoliv pouze demonstraþní
experimenty uþitelĤ) a aby každý žák pracoval svojí individuální rychlostí.
Pomalejší žáci mohou experiment opakovat, dokud jim jeho prĤbČh nebude
zĜejmý a neuvidí jeho výsledky. Naproti tomu pokroþilí žáci mohou
provádČt experimenty na úrovni, která by byla dosud nepochopitelná
vČtšinČ školní tĜídy. Aby bylo možné využít všech tČchto pozitiv, které
virtuální prostĜedí nabízí, je nezbytná zmČna zpĤsobĤ Ĝízení uþeních
þinností žáku ve srovnání s tradiþním transmisivnČ-instruktivním
edukaþním prostĜedím. Z organizaþních forem vyuþování je preferováno
zejména kooperativní a projektové vyuþování, þímž výuka dostává
i sociální rozmČr, a více tak naplĖuje svoji enkulturaþní funkci.
Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve školním
demonstraþním experimentu
Chemický experiment je bezesporu jeden ze základních prostĜedkĤ
poznávání, a tuto funkci plní zejména proto, že je pro poznávající subjekt
zdrojem informací nezbytných pro aktivní percepci. Zvolský (1994)
definuje percepci „jako proces organizace a interpretace senzorických dat
a to na základČ jejich kombinací s výsledky pĜedchozích zkušeností“.
ZdĤrazĖuje, že „nejde o statický dČj, ale o dČj aktivní, spojený s þinností
seĜazovací, pozorovací, vyhodnocováním podnČtĤ z analyzátoru za pomoci
pamČti“. ZmiĖovaný proces organizace a interpretace senzorických dat je
vázán, jak je patrné z definice, na pĜedchozí zkušenosti a logicky také
souvisí s množstvím informací, které senzorický prostor subjektu
spoluvytváĜejí. Lze pĜedpokládat, že žák základní školy, který s pĜírodními
vČdami a z nich zejména s chemií zaþíná, vnímá stejné situace jinak než
pokroþilý student. VýbČr a vyhodnocování vnímaného souboru informací
žákem nemĤže být v takovém pĜípadČ bezprostĜední, samovolné, ale je
tĜeba jej cílenČ Ĝídit, pĜípadnČ regulovat. SamozĜejmostí pro takovéto Ĝízení
je nenásilná a citlivá organizace percepþní þinnosti v prĤbČhu
demonstraþních školních experimentĤ, protože v opaþném pĜípadČ zcela
89
paradoxnČ jejich efektivita klesá, a jak již bylo zmínČno, stávají se jen
„planými“ efekty pro pobavení žákĤ nebo v ĜadČ pĜípadĤ jen uþitele. Kuliþ
(1980) k této problematice uvádí soubor základních charakteristik podnČtĤ
a jejich þasoprostorové vztahy, které mají být pĜedpokladem efektivního
poznávání. Jsou to napĜ. síla (intenzita) podnČtu, nČkteré jeho kvalitativní
vlastnosti (barva, vĤnČ, tvar, zabarvení hlasu) i jejich kombinace
a vzájemný vztah – pĜedevším známé kategorie podobnosti a kontrastu.
Úþinnost podnČtu souvisí také s jeho novostí a „zvláštností“, ale také závisí
na motivaþním a citovém pĤsobení na žáka. V neposlední ĜadČ o úþinnosti
podnČtových situací rozhoduje jejich þasoprostorové uspoĜádání, jejich
organizace v prostoru a þase zvláštČ z hlediska možnosti dotyku, tj.
souþasného, pĜípadnČ blízkého výskytu“ (Zvolský, 1994).
PĜes obtížnou postižitelnost prĤbČhu percepþních procesĤ je známa
celá Ĝada pravidel, která zefektivĖují poznávací þinnost žáka. Demonstraþní
chemický experiment, považovaný za základní prostĜedek chemického
(pĜírodovČdného) poznávání, za základní zdroj informací, je v souladu
s výše uvádČnými poznatky na informace bezesporu bohatý. V zájmu
efektivity percepþních procesĤ je tĜeba celý proces vnímání a interpretace
experimentu Ĝídit, aby žák odlišil informace podstatné od nepodstatných
a byl tak schopen objevovat principy zkoumaných dČjĤ, odrážejících se
následnČ v praktické aplikaci poznaného. DostateþnČ propracovaná
interpretace školního demonstraþního experimentu po stránce metodické
spoþívá ve vymezení cíle experimentu, v realizaci pĜípravné fáze jak po
stránce technické tak didaktické, ve vlastním provedení experimentu a ve
vyvození pĜíslušných závČrĤ. S ohledem na Ĝízení percepþních procesĤ je
však tĜeba, zejména v prĤbČhu vlastní interpretace experimentu, vymezit
jeho tzv. informaþní centrum. Informaþním centrem rozumíme tu þást
aparatury nebo senzorického prostoru poznávajícího subjektu, kde se
odehrávají podstatné zmČny, nezbytné pro pochopení principĤ zkoumaného
dČje. PĜímé vymezení informaþního centra provádíme zpravidla slovnČ,
pĜípadnČ neverbální cestou (napĜ. ukázáním na urþitou þást aparatury),
mĤžeme však s výhodou využít didaktickou techniku v souþasnosti
zejména na bázi digitálních technologií. Tak získává provádČný
demonstraþní experiment svoji další „virtuální“ složku ovlivĖující percepci
žáka. Pomocí fokusace a dalších možností digitálních kamer, vizualizérĤ
a další snímací a reprodukþní technologie je možné zprostĜedkované
vymezení informaþního centra experimentu a také jeho alternace.
Z hlediska pedagogické efektivity se však zdá vhodnČjší prvotní nepĜímé
vymezování informaþního centra. To spoþívá ve výbČru návodných otázek,
které vedou poznávající subjekt k samostatnému objevení a vymezení
90
centra informací. Vlastní proces takovéhoto vymezování popisovaného
centra uskuteþĖujeme zpravidla v prĤbČhu pĜípravné fáze k realizaci
experimentu, na nČjž potom navazuje v prĤbČhu experimentu buć pĜímé
nebo technologiemi zprostĜedkované vymezení.
Technologiemi zprostĜedkovaná percepce informací v prĤbČhu
demonstraþních experimentĤ je stále þastČjší souþástí vybavení uþeben
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ moderní didaktickou technikou. „Z hlediska
teorie informace lze prostĜedky výuky chápat jako množinu signálĤ,
nesoucích zprávy o obsahu a cíli etapy uþení, aby bylo ovlivnČno žákovo
rozhodování o výbČru a zpracování informací z tČchto zpráv“ (volnČ
upraveno dle Kouba a kol., 1995). V souladu s uvedenou definicí je tĜeba
se výraznČ zabývat kritérii pro nasazení didaktické techniky i v školním
demonstraþním experimentu. Uþitel bez pĜíslušné didaktické techniky
musel volit náhradní postupy, aby zabezpeþil „pĜenos zpráv o obsahu
a cíli“ na dostateþné úrovni. TČmito postupy jsou napĜ. posílání pomĤcek
po lavicích, obcházení tĜídy s výsledky experimentu, zvaní žákĤ
k demonstraþnímu stolu apod. ýasto ovšem jde o aktivity narážející na
bezpeþnost práce, na prĤkaznost výsledkĤ apod.
Pro odstraĖování zastaralých a mnohdy neefektivních postupĤ
vizualizace demonstraþního chemického experimentu byly vyvíjeny napĜ.
rĤzné úpravy televizních okruhĤ (viz napĜ. Rychtera, Hladíková, 2004,
Rychtera, 2003). Aktuálním Ĝešením je uzavĜený televizní okruh sestavený
z dálkovČ ovládané kompaktní videokamery umístČné na otoþné hlavici
(obr. 13), kterou lze snímat experimentální þinnost demonstrátora (uþitele
nebo žáka) a souþasnČ ji promítat dataprojektorem s pĜíslušnými detaily,
které za normálních okolností žák nemĤže pro jejich nepatrný rozmČr
pozorovat. SouþasnČ je možné pĜiĜazením VCR þi DVD rekordéru tuto
experimentální þinnost zaznamenávat a záznam využít pro pĜípadnou
pozdČjší podrobnČjší analýzu experimentu. PĜes nesporná pozitiva byly pĜi
ovČĜování þinnosti popisovaného zaĜízení identifikovány také nČkteré
nedokonalosti, které omezují spektrum využitelnosti popisovaného
zaĜízení.
Jejich pĜíþiny souvisí zejména s technickými parametry používaného
dataprojektoru. Jedná se pĜedevším o nevČrnou prezentaci barevných
odstínĤ a o obtížnou rozlišitelnost detailĤ vybraných experimentĤ (napĜ.
pevných produktĤ elektrolýzy na elektrodách), což jsou pro chemii výrazná
pochybení. PĜes uvedené nedostatky jsou ale podobná zaĜízení i nadále
testována, a tak se hledají cesty k zdokonalování pĜenosu informací.
91
Obr. 13 DálkovČ ovládaná kompaktní videokamera umístČná na otoþné hlavici jako
souþást televizního okruhu
Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve školním frontálním
experimentu
S respektováním aspektĤ tvorby poþítaþových simulací (þasto
obsahujících také animaci modelovaného objektu), uvedených v kapitole
5.1, se jeví efektivními pro podporu reálného frontálního pĜírodovČdného/
chemického experimentu zvláštČ dvČ oblasti:
1. Poþítaþové simulace jako náhrady reálných experimentálních
þinností – viz napĜ. obr. 14, kde je ukázka screenu ze simulace práce
s galvanickým þlánkem.
2. Poþítaþové simulace jako prostĜedky ke zkoumání vlivu podmínek
na prĤbČh pĜírodovČdných jevĤ a procesĤ (napĜ. chemických reakcí)
– napĜ. tzv. fitování funkce.
V obou pĜípadech mĤžeme ještČ navíc uvažovat virtuální prostĜedí
(poþítaþovou simulaci ve vhodné kombinaci s animací modelovaného dČje)
ve dvou organizaþních schématech ve vztahu k reálné þinnosti, þímž
dostáváme þtyĜi možnosti aktivit:
a) zaĜazení poþítaþové simulace pĜed reálnou experimentální þinnost
jako její nácvik (trenažér experimentální þinnosti),
b) zaĜazení poþítaþové simulace pĜed reálnou experimentální þinnost
pro odhalení principu následnČ reálnČ uskuteþnČného dČje,
c) zaĜazení poþítaþové simulace po reálné experimentální þinnosti
jako její „procviþování“ (nastavování dalších podmínek s využitím zkušeností z reálné þinnosti),
d) zaĜazení poþítaþové simulace po reálné experimentální þinnosti
pro pochopení principu reálnČ uskuteþnČného dČje.
92
Obr. 14 Simulace galvanického þlánku na linku
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/electro
Chem/voltaicCellEMF.html
Pro využití poþítaþových simulací jako prostĜedkĤ aktivní þinnosti
žákĤ ve vztahu k reálnému prostĜedí byla formulována Ĝada pĜedností, které
je možné shrnout napĜ. do následujících bodĤ – poþítaþové simulace:
a) umožĖují rychlou zmČnou vstupních podmínek uskuteþnit
v krátkém þase velký poþet experimentĤ,
b) odstraĖují pomČrnČ velkou nestabilitu podmínek reálného experimentu,
c) zabezpeþují úspČšnost „sledování“ prĤbČhu jevu se stoprocentní
jistotou dosažení výsledku dle nastavených parametrĤ,
d) dávají všem experimentátorĤm možnost vstupovat do prĤbČhu
experimentu pomocí vlastní volby jeho podmínek,
e) zabezpeþují okamžitou zpČtnou vazbu pĜi chybných krocích
i správných reakcích v souvislosti se studovanou problematikou,
f) napomáhají rychlému a objektivnímu zhodnocení pĜipravenosti na
laboratorní þinnost,
g) zamezují poškození experimentálního zaĜízení nebo úrazu, zpĤsobených neopatrnou nebo nesprávnou manipulací s ním, aj.
93
5.2.3 MČĜení z videozáznamu jako kombinace reálného a virtuálního
prostĜedí
Zajímavou možností jak propojit virtuální prostĜedí realizované
videozáznamem reálného dČje s reálnou þinností v pĜírodovČdném vzdČlávání je tzv. videoanalýza. S její pomocí lze získat informace o zaznamenaném dČji napĜ. v podobČ grafického záznamu jeho reálného prĤbČhu ve
zvolené souĜadnicové soustavČ nebo zobrazením þasových závislostí
veliþin zjištČných jednak mČĜením a vypoþítaných zpracováním namČĜených dat pomocí pĜíslušného software.
Uvedený pĜístup je znám zejména z fyzikálního vzdČlávání, když
jsou nejþastČji tímto zpĤsobem zjišĢovány zmČny kinematických veliþin,
napĜ. polohy, rychlosti a zrychlení. Jak uvádí Lepil (2010), možnosti
videoanalýzy podtrhuje ve školské praxi také skuteþnost, že obrazové
záznamy pro analýzy lze pomČrnČ snadno získat nejen pomocí videokamery, ale že k tomu v souþasné dobČ postaþuje i bČžný digitální fotoaparát. ěadu použitelných videozáznamĤ lze také nalézt v rozšiĜujících se
videoknihovnách na Internetu, napĜ. YouTube apod.
Dostupné jsou zejména záznamy pohybĤ v reálných prostĜedích,
napĜ. z oblasti sportu (pohyb míþe pĜi kopané, házené, tenisu, pohyb atleta
pĜi bČhu nebo skoku apod.), pohyby dopravních prostĜedkĤ, „crash“ testy
aj. (Lepil, 2010). Nabízí se také zkoumání pohybĤ pĜi experimentech
realizovaných ve školní laboratoĜi. Lepil (2004) uvádí jako pĜíklad
experiment s pružinovým oscilátorem, jehož pohyb byl zaznamenán
digitální fotoaparátem.
Jak již bylo zmínČno, k vyhodnocování dat z videozáznamu se
mohou používat rĤzné programy, z nichž Ĝada je i volnČ dostupná na
Internetu (napĜ. EasyVid 1.5a (2010), VidAnToo (2010), Viana 3.64 (2010)
nebo nástroj Data Video v poþítaþovém mČĜícím systému IP-Coach (Lepil,
2010). U vČtšiny dostupných programĤ je analýza videozáznamu
provádČna ruþnČ tak, že napĜ. žák pomocí kurzoru ovládaného myší na
každém snímku videosekvence zaznamená kliknutím polohu sledovaného
objektu. PĜitom se hodnoty souĜadnic objektu ukládají do pamČti poþítaþe,
popĜ. se hned zapisují do tabulky a záznam se posune o jeden snímek.
Program pak vyhodnotí získaná data a zobrazí buć graf závislosti
v souĜadném systému x/y nebo zmČny polohy, rychlosti a zrychlení objektu
jako funkce þasu (þasové diagramy).
NČkterý software (napĜ. Viana 3.64) umožĖuje i automatickou
videoanalýzu pohybu objektu. K tomu je ale nutné splnit dvČ podmínky.
Pohybující se objekt musí být upraven tak, aby buć celý objekt (napĜ.
kuliþka, míþek apod.), nebo jeho þást barevnČ kontrastovala s okolím. V
94
pĜípadČ pružinového oscilátoru (Lepil, 2004) byla tato podmínka splnČna
tím, že jako závaží byl použit ocelový váleþek, na který byl nalepen pruh
þerveného papíru. Pro kvantitativní analýzu je potom tĜeba umístit do
obrazu objekt, jehož rozmČry jsou známy. V uvedeném pĜípadČ byl použit
proužek barevného papíru délky 0,1 m, který byl nalepen na stativ se
závČsem oscilátoru (viz obr. 15).
Obr. 15 Z videonalýzy záznamu experimentu s pružinovým oscilátorem (Lepil, 2010)
Videozáznamy experimentĤ lze také použít k analýzám bez použití
softwarového zpracování obrazu, napĜ. kombinace s mČĜením þasu prĤbČhu
snímaných jevĤ, s identifikací barevných zmČn a jejich intenzity apod.
Obr. 16 MČĜení þasu pĜi vizkozimetrii (videozáznamy rĤzných viskózních kapalin)
95
5.2.4 Mobilní elektronická zaĜízení a školní pĜírodovČdný experiment
Prudký rozvoj technologií postupnČ ovlivĖuje i technologické
zabezpeþení vyuþovacího procesu. Vývoj poþítaþových technologií
a zejména tČch, které jsou závislé na internetu, se vyznaþuje miniaturizací
elektronických zaĜízení, které se také postupnČ zaþínají prosazovat ve
školství. Jde o tzv. mobilní technologie, napĜ. mobilní telefony, mpeg4
pĜehrávaþe, netbooky nebo kapesní – PDA pĜenosné osobní digitální
asistenty, které jsou uživatelsky pĜíjemné a skladné a ve srovnání
s osobními poþítaþi také neuvČĜitelnČ výkonné. NapĜ. Palmtop (obr. 17) je
malý pĜenosný osobní poþítaþ, menší než notebook, snadno pĜenositelný
v kapse nebo v jedné ruce, jehož využitelnost pĜi pĜírodovČdné
experimentální þinnosti pĜedstavuje velkou šíĜi od pĜipojení k internetovým
databázím, pĜes zabezpeþení záznamĤ a jejich interpretaþní porovnávání až
po pĜipojení k experimentu prostĜednictvím rĤzných senzorĤ (Wolski,
Jagodzinski, 2009).
Obr. 17 Použití Palmtopu jako multimediální databáze chemických pokusĤ s definicemi
vlastností použitých látek (Wolski, Jagodzinski, 2009)
Pro konkrétní využití kapesního poþítaþe ve školní laboratoĜi
mĤžeme uvažovat Ĝadu dalších funkcí (viz obr. 18), jako je þtení e-textĤ,
ukládání a prohlížení fotografií, editace textu, záznam zvuku, pĜehrávání
zvukových souborĤ, sledování videozáznamĤ, prohledávání internetu,
prohlížení webových stránek, komunikace pĜes Skype, e-mail, pĜehrávání
96
souborĤ ve formátu Flash, diáĜ, kalkulaþka atd. (Kukulska-Hulme, Traxler,
2005).
Obr. 18 Možné funkce mobilních zaĜízení ve školní praxi (Kukulska-Hulme, Traxler,
2005)
Pro pĜíklad si mĤžeme uvést zkušenosti z Univerzity Adama
Mickiewicze v Poznani, kde byl na KatedĜe didaktiky chemie Chemické
fakulty pĜipraven soubor videozáznamĤ vybraných chemických experimentĤ, upravených pro využití kapesních poþítaþĤ pĜímo v chemické
laboratoĜi.
Soubor videozáznamĤ pro kapesní poþítaþ Palmtop byl vytvoĜen ve
filmovém studiu univerzity a po jejich následné digitalizaci a kompresi
pomocí PocketDivXEncoder uložen na pamČĢovou kartu SD. Pro
pĜehrávaní videozáznamĤ byl použit sofware Core Pocket Media Player
(TCPMP). Videozáznamy byly studenty používány v prĤbČhu laboratorních prací vþetnČ návodĤ pro cviþení v elektronické formČ, kdy se mohli
s jejich pomocí jednak pĜipravit na provedení experimentu a také konfrontovat zvolený postup v jeho prĤbČhu.
Z výsledkĤ dotazníkového šetĜení mezi studenty i vedoucími
laboratorních cviþení byl zaznamenán výrazný zájem o tuto podporu
97
experimentální þinnosti. Nebyly registrovány ani žádné výhrady k velikosti
prezentovaného obrazu na miniaturním monitoru Palmtopu, k jeho
intuitivnímu ovládání apod. Respondenti oceĖovali zejména úsporu þasu
a tedy možnost provedení vČtšího poþtu experimentĤ, možnost srovnání
výsledkĤ, operativního nalezení vzorového postupu aj.
Další oblastí pro využití mobilních technologií ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je také prohlížení podcastĤ z jejich shromaždišĢ
na Internetu (napĜ. Rusek, 2011, Miranowicz, Miranowicz, 2009). Vlivem
využití mobilních technologií v reklamČ se rozvíjí také technologie tzv. QR
(Quick Response – rychlá odpovČć) kódĤ, kdy jde o dvourozmČrné þárové
kódy, které po vyfocení a zpracování pĜíslušnou aplikací uživateli zobrazí
pĜímo stránku produktu þi instituce na Internetu.
Rusek (2011) prezentuje nČkolik aplikací využitelných pomocí
mobilních technologií ve výuce chemie, napĜ. ChemJuice z roku 2009,
která umožĖuje žákĤm kreslení chemických vzorcĤ, Perfect Chemistry Lite
(Ranvic Labs, 2010), která obsahuje tĜi typy úkolĤ: doplĖování
stechiometrických koeficientĤ, úkoly Ĝešené pomocí interaktivní periodické
tabulky a úkoly Ĝešené pomocí pĜehledu nejþastČji se vyskytujících
slouþenin a jejich vzorcĤ, hry MahjongChem (Statson University, 2011),
která je založená na principu známé deskové hry Mahjong nebo Painless
Chemistry Challenge (Barron’s Educational Series, 2011).
Obr. 19 PĜíklady aplikací pro využití mobilních technologií ve výuce chemie –
ChemJuice a Mahjong (Rusek, 2011)
98
Mezi podobné aplikace patĜí i e-knihy, prohlížené na speciálních
þteþkách, které nabízejí multimediální prvky. PĜíkladem mĤže být aplikace
dostupná na iTunes nazvaná The Elements: A Visual Exploration
(Elements Collection, 2010), která nabízí pĜístup k videím, 3D obrázkĤm
a zajímavým fotografiím. Jde o pĜíklad aplikace upravené i pro využití
v iPadech i iPhonech (Moran in Rusek, 2011).
5.2.5 Smíšená realita (Augmented Reality) a virtuální realita (Virtual
Reality) v pĜírodovČdných experimentálních þinnostech
BezprostĜední kombinace virtuálního prostĜedí na pozadí
senzomotorické aktivity experimentujícího bývá oznaþována jako smíšená
nebo rozšíĜená realita þi virtualita („augmented reality“ nebo „augmented
virtuality“). Milgram a Kishino (1994) proto rozlišují v kontinuálním
pĜechodu mezi reálným a virtuálním prostĜedím celkem þtyĜi kombinace
(viz schéma na obr. 20). PĜi pohybu zleva doprava stoupá množství
virtuálních prezentací a tak postupnČ klesá spojení uživatele s realitou.
Obr. 20 Milgramovo schéma reálnČ-virtuálního kontinua (Milgram, Kishino, 1994)
Koncepce smíšené reality (augmented reality, dále AR) je vytvoĜena
pomocí poþítaþového monitoru, který ovlivĖuje rĤzné smysly uživatelĤ
a obsahuje další informace pro senzomotorickou þinnost, která paralelnČ
s prezentací digitálních obrazĤ probíhá. Pro lepší pĜedstavu je urþitým
pĜíkladem AR i pĜedpovČć poþasí moderovaná živým redaktorem ve studiu
s digitální prezentací souvisejících obrazĤ. Moderátor tak prochází virtuální
krajinou, prezentuje informace, ovlivĖuje svým pohybem prezentaci obrazĤ
na pozadí studia apod. VČtšina aplikací z oblasti AR se podobnČ jako
v uvedeném pĜíkladu zamČĜuje na vytvoĜení vizuální konstrukce, kdy je do
reálného prostĜedí vložen obraz nebo text a tak je upraveno snímané pole
výhledu uživatele. Vizuální informace mĤže být dále ovlivĖována dalšími
smysly, tedy zejména auditivními nebo taktilními signály. AR systémy tak
mohou reagovat na pozici hlavy, ruky nebo jiné þásti tČla uživatele
a korigovat orientaci virtuálního obrazu v uživatelském zorném poli.
99
Používají se zde také nČkteré technologie virtuální reality (VR), zejména
rĤzné druhy senzorĤ, ale rozdíl systémĤ VR od AR je principiální, AR má
svoji reálnou složku, zatímco VR je založena na umČlé produkci celého
vnímaného prostĜedí.
Existují tĜi hlavní metody pro zobrazení reality kombinované
s virtuální prezentací:
x Head Mounted Displays (hlavové displeje) – prĤhledné monitory
nebo minimonitory zabudované v pĜílbách nebo brýlích pozorovatele,
které umožĖují registrovat jak reálné pozadí, tak prezentované
doplĖující virtuální obrazy;
x Handheld Displays (ruþní displeje) – malé poþítaþe s displejem, které
fokusují na reálné prostĜedí pomocí ruþního ovládání;
x Spatial Displays (prostorové displeje) – zaĜízení využívající digitální
projektory k zobrazování grafických informací do reálného prostoru.
Jednotlivé typy prĤhledných „monitorĤ“ jsou v AR technologiích
doplĖovány systémem miniaturních senzorĤ a videokamer, které monitorují
þinnost uživatele a pĜipravují mu prostĜednictvím vyhodnocení informací
jak z reálného tak z virtuálního svČta další nabídku. ZjednodušenČ Ĝeþeno,
systémy AR pĜedstavují "vyþnívající" nebo „vþleĖující“ digitální objekty
jako jsou text, obrazy pĜedmČtĤ i prostĜedí a prvky jejich animací do
reálného prostĜedí kolem uživatele.
AR sice není absolutnČ nová technologie, ale její potenciál v oblasti
vzdČlávání se teprve zaþíná zkoumat. Na rozdíl od jiných elektronických
technologií nabízí AR neostré rozhraní pĜi interakci mezi skuteþným
a virtuálním svČtem, což mĤže být do budoucna velmi významné z hlediska
konstrukce e-learningových prostĜedí zejména v oblasti pĜírodovČdného
a technického vzdČlávání. Zájem o tyto technologie tak zaþíná vzrĤstat,
o þemž svČdþí Ĝada projektĤ, Ĝešených v posledních pČti letech. Jejich pĜehled je možné nalézt napĜ. v pracích Lamanauskase (2009) – viz tabulka VI.
Dalším perspektivním smČrem tvoĜícím pravý pól Milgramova
schématu (viz obr. 20) pĜímo navazujícím na technologie virtuálních
a vzdálených laboratoĜí je edukaþní využití již výše zmínČné virtuální
reality. V souþasnosti už mĤžeme nalézt její využití v oblasti poþítaþových
her a ve filmovém prĤmyslu. Prvé vlaštovky se už také objevují v technické
praxi a také v oblasti vzdČlávání. VČtšímu rozšíĜení zatím samozĜejmČ
brání vysoká cena technologie, problémy pĜi tvorbČ vhodných 3D modelĤ
a také problémy s potĜebnou technickou podporou. Známé jsou už edukaþní
aplikace z armádního vzdČlávání – pĜíprava pilotĤ a obsluhy rĤzných typĤ
vojenské techniky (letové a na další techniku zamČĜené simulátory ve
virtuální realitČ), aplikace ve zdravotnictví, dopravy a stavebnictví.
100
Tab. VI Projekty zamČĜené na technologie smíšené reality/virtuality (Augmented
Reality/ Virtuality Technology (ART) (Lamanauskas, 2009)
Název
Augmented Reality
Simulations at MIT
The Envision Center,
Purdue University
Transparent Reality
Simulation Engine
VEMDis™ (Virtually
Enhanced Museum
Display)
Website
http://education.mit.edu/drupal/ar
Virtual Lab at McHenry
County College
http://www.insidemcc.mchenry.edu/PD/Tutorials/virt
uallab2.pdf
Augmented Reality in
School Environments
(ARiSE)
Studierstube augmented
reality project (Augmented
Reality for Collaborative
and Ubiquitous Computing)
Tinmith project (mobile
outdoor augmented reality)
MARS - Mobile
Augmented Reality
Systems
ARQuake project
iTacitus - Intelligent
Tourism and Cultural
Information through
Ubiquitous Services
Augmented Reality
Kitchen
ARchitecture and authoring
Tools prototype for Living
Images and new Video
Experiments
http://www.arise-project.org
http://www.envision.purdue.edu/RPsystem.html
http://vam.anest.ufl.edu/simulations/simulationportfo
lio.php
http://www.epsrc.ac.uk/Content/Documents/Business
PlanCompetition/VEMDis.htm
http://studierstube.icg.tu-graz.ac.at/
http://www.tinmith.net/
http://graphics.cs.columbia.edu/projects/mars/mars.ht
ml
http://wearables.unisa.edu.au/arquake/
http://www.itacitus.org/
http://web.media.mit.edu/~jackylee/kitchen.htm
http://www.tele.ucl.ac.be/PROJECTS/art.live/home.h
tml
101
Obr. 21 PĜíklady aplikací prototypĤ AR v pĜírodovČdném vzdČlávání
Obr. 22 ProstĜedky k realizaci virtuální reality: hlavové displeje a datové rukavice
102
6 Z výsledkĤ zkoumání variací reálného a virtuálního
prostĜedí v školních pĜírodovČdných experimentálních
þinnostech
KromČ konstatování obtížnČ zastupitelné role reálného experimentu
v pĜírodovČdném poznávání musíme stále více uvažovat i takové reálné
životní prostĜedí, které pĜed nás staví stále více prvkĤ virtuálních. Takové
prvky pocházejí z tzv. virtuálního prostĜedí, což je pojem spojovaný
s komunikací prostĜednictvím poþítaþových technologií, s komunikací
simulovanou (simulated), zprostĜedkovanou (remoted) nebo rozšíĜenou
(extended). Virtuální komunikace tak bývá definovaná jako moderní
technologický fenomén, prostĜednictvím nČhož se realizuje pĜenos informací, komunikace a další aktivity zprostĜedkované novými informaþními
technologiemi, pĜi nichž obsahy, zámČry þi úþastníci nemusí reálnČ
existovat, mohou být zkreslené, nahrazené nebo umČle vytvoĜené, a to
zámČrnČ nebo nezámČrnČ.
V oblasti pĜírodovČdného poznávání se ukazuje, že dČti i dospČlí jsou
znaþnČ motivováni experimentováním, objevováním a vlastním chápáním
se vČcí. Má-li školní experiment splnit svĤj úþel, musí být volen tak, aby
byl názorný, pĜimČĜený vČku uþících se a byl proveden s dalšími
požadavky na pĜehlednost, jednoduchost, dobrou viditelnost a respektování
zásad bezpeþnosti práce. MĤže tyto požadavky splĖovat i experiment
virtuální (poþítaþem simulovaný nebo zprostĜedkovaný)?
Jak jsme se snažili zdĤvodnit v pĜedcházejících kapitolách této
monografie, nemohou být v aplikacích ICT ve výuce pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ opomíjeny metodologické aspekty. Nelze pĜipustit, aby nebylo
v popĜedí zájmu pozorování, mČĜení a experimentování z empirických
a pĜedevším modelování z teoretických metod pĜírodovČdného poznávání.
V této souvislosti jsou stále více skloĖovány pojmy virtuální a vzdálené
laboratoĜe nebo vzdálená mČĜení (virtual laboratory, remote laboratory,
remote sensing) a mohly by se stát významným pĜíspČvkem ne pĜíliš
dobrého stavu realizace experimentálních þinností žákĤ na našich školách.
Vzdálená a virtuální laboratoĜ jako výukový koncept mĤže plnit následující
role:
x prostĜedí podporující experimentální (nebo „experimentální“ jinak
Ĝeþeno „virtuální“) aktivity s využíváním poþítaþe jako mČĜícího
systému,
x prostĜedí podporující modelování objektĤ a jevĤ a práci s modely,
103
x prostĜedí obsahující vzorky datových souborĤ z experimentĤ provedených za rĤzných podmínek a na rĤzných místech,
x prostĜedí obsahující data z výzkumných center, monitorovacích
stanic aj.
Jak tedy odpovČdČt na výše položenou otázku týkající se relevance
aplikací virtuálního prostĜedí do výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ?
V následujících þástech se o odpovČdi snažíme na základČ nČkolika
výzkumných šetĜení uskuteþnČných v rámci Ĝešení výzkumného projektu,
za jehož podpory vznikal i tento text. K doplnČní a porovnání našich
výsledkĤ pĜinášíme také informace a závČry z výzkumĤ, které v souþasné
dobČ probČhly nebo probíhají na nČkterých pracovištích podobného
zamČĜení.
6.1 Efektivita využívání virtuálního prostĜedí ve výuce chemie jako
všeobecnČ vzdČlávacího pĜedmČtu – mČĜení pH
Jako virtuální mČĜicí pĜístroje bývají uvažována všechna poþítaþem
realizovaná nebo podporovaná mČĜení rĤzných veliþin. V chemii jde
zejména o veliþiny fyzikální a fyzikálnČ-chemické. V principu je možné
virtuální mČĜicí pĜístroje rozdČlit na dvČ základní skupiny, a to:
a) na virtuální pĜístroje, kdy poþítaþ vygeneruje prostĜedí k mČĜení
na monitoru a data jsou získávána z reálného prostĜedí pomocí
vlastních mČĜidel nebo þidel a analogovČ-digitálních pĜevodníkĤ
poskytujících poþítaþi upravený signál pro jeho zpracování,
b) na virtuální pĜístroje, kdy poþítaþ generuje nejen prostĜedí pro
mČĜení na monitoru, ale prostĜednictvím matematických nebo
formálnČ-logických modelĤ generuje (modeluje) i pĜíslušný
signál, tedy hodnoty mČĜené veliþiny.
V jednom z našich výzkumných šetĜení jsme se zamČĜili na druhý
pĜípad tzv. virtuálních mČĜicích pĜístrojĤ, tedy na poþítaþové simulace
práce s mČĜicími pĜístroji. Jako pĜíklad jsme vybrali ze stále se rozšiĜující
nabídky softwarových produktĤ zamČĜených na virtuální mČĜení pro
všeobecné chemické vzdČlávání z portálu T. Greenbowea simulaci práce
s pH-metrem (Greenbowe, 2009). Veliþina pH se ve všeobecném chemickém vzdČlávání v tématu „Kyselost a zásaditost roztokĤ“ používá, ale
pravdČpodobnČ vČtšina základních i stĜedních škol mĤže jen tČžko
zabezpeþit dostatek pH-metrĤ. Proto je možné využít simulované mČĜení
s virtuálním pH-metrem pĜímo na tČchto webových stránkách. Dají se mČĜit
hodnoty pH vybraných kyselin, bází, solí a neznámých vzorkĤ. Úloha se dá
postavit i tak, že žáci porovnávají výsledky „mČĜení“ pomocí simulovaného
104
pH-metru s reálným mČĜením pomocí univerzálního pH papírku, urþováním pH neznámých vzorkĤ apod.
V první fázi Ĝešení projektu v lednu a v únoru 2010 jsme uskuteþnili
pilotní šetĜení u žákĤ 9. roþníku základní školy (výuku tématu Kyselost
a zásaditost vodných roztokĤ absolvovali v druhém pololetí 8. roþníku) pĜi
realizaci laboratorní úlohy zamČĜené na mČĜení pH s podporou reálného
a virtuálního (simulovaného) mČĜicího pĜístroje. Pro zkoumání byl využit
již zmínČný virtuální pHmetr (obr. 23) a ruþní pH-metr (obr. 24) v reálném
uspoĜádání na laboratorním stole. Byly vytvoĜeny dva co nejvíce identické
scénáĜe laboratorních cviþení s reálným a virtuálním pH-metrem Ĝízených
pomocí pracovních listĤ (viz pĜíloha 10.1) s tĜemi úrovnČmi úkolĤ:
x jednoduché mČĜení pĜipravených vzorkĤ pH tĜí vodných roztokĤ
vybraných chemických látek,
x odpovČdi na problémové otázky a následné ovČĜení jejich správnosti
pomocí mČĜení týkající se zmČn v parametrech mČĜených látek,
x otevĜená otázka na další souvislosti mČĜení pH a kyselosti a zásaditosti vodných roztokĤ chemických látek.
ObČ varianty laboratorního cviþení jsme v pilotním šetĜení
uskuteþnili na jedné základní škole, ve které jsme využili dvČ skupiny
(tĜídy) žákĤ a metodu pedagogického experimentu s kĜížovým vyrovnáním
skupin. Vzhledem k tomu, že skupina žákĤ oznaþená jako B vykazovala
slabší prospČch z chemie a dle názoru jejich vyuþujících i menší motivaci
pro její výuku, zvolili jsme ji jako první pro provedení virtuálního
experimentu, na nČjž navázal experiment reálný. Žáci skupiny A,
hodnocení jako prospČchovČ lepší skupina, provádČli laboratorní cviþení
reálné jako první a po nČm cviþení s virtuálním mČĜením. Rozdíl
v nabytých vČdomostech o kyselosti a zásaditosti vodných roztokĤ po
absolvování obou variant laboratorního cviþení, zjišĢovaný didaktickým
testem, byl jen malý, statisticky nevýznamný. Jednou z pĜíþin tohoto
výsledku tedy mĤže být i vhodná volba kombinace obou prostĜedí
laboratorního cviþení. Ale z pozorování pĜi laboratorním cviþení jsme
zjistili, že reálné mČĜení pH pomocí reálného pH-metru vede žáky
k výraznČjší vazbČ na látky kolem nás a žáci více spojují chemii s bČžným
životem. U virtuálního mČĜení tomu tak vČtšinou nebylo, nabídka látek
k mČĜení byla pĜesnČ daná a veškerou svoji þinnost z velké þásti žáci
striktnČ ohraniþovali poþítaþovým prostĜedím. Po absolvování obou variant
laboratorních prací žáci také vyjadĜovali v dotazníku své názory na práci
v reálném a ve virtuálním prostĜedí. Podle zjištČných výsledkĤ z dotazníku
(rozdČlení na 2 skupiny: výraznČ preferující reálné mČĜení a ostatní) a jejich
korelací s výsledky v didaktickém testu vyplývá, že skupina žákĤ výraznČ
105
preferujících reálné mČĜení mČla statisticky významnČ lepší výsledky
v didaktickém testu.
Obr. 23 Práce s virtuálním pH-metrem z Webu T. Greenbowa (2009)
Obr. 24 Práce s ruþním pH-metrem
Na základČ pilotního šetĜení byly upraveny jak didaktický test do
formy pretestu (viz pĜíloha 10.2) a posttestu (viz pĜíloha 10.3) tak dotazník
(viz pĜíloha 10.4) a v þervnu 2010 bylo uskuteþnČno hlavní výzkumné
šetĜení na þtyĜech základních školách Královéhradeckého a Ústeckého
kraje (po absolvování tématu Kyselost a zásaditost vodných roztokĤ).
Celkem se výzkumu úþastnilo 215 žákĤ 8. roþníkĤ ZŠ, kteĜí byli losováním
vždy rozdČleni do dvou skupin. Skupina „Reál“ (celkem 104 žákĤ) zaþínala
laboratorní prací s ruþním pH-metrem a po ní absolvovala i laboratorní
práci s poþítaþovou simulací pH-metru, skupina „Virtuál“ (celkem 111
žákĤ) pracovala v opaþném poĜadí. Výzkum probíhal podle následujícího
plánu:
106
I. Pretest
x administrovaný bezprostĜednČ pĜed prvním laboratorním cviþením.
II. První laboratorní cviþení
x rozdČlení žákĤ do dvou skupin rozlosováním,
x skupina „Reál“ provádČla laboratorní cviþení s využitím pracovního listu v reálném prostĜedí, druhá skupina „Virtuál“ provádČla
laboratorní cviþení s využitím pracovního listu ve virtuálním
prostĜedí,
x laboratorní cviþení se uskuteþnila paralelnČ v rámci jedné vyuþovací hodiny (45 min).
III. Postest
x administrování testu v intervalu „nejdĜíve následující den a nejpozdČji do týdne“ po prvním laboratorním cviþení.
IV. Druhé laboratorní cviþení
x skupina „Reál“ pracovala ve virtuálním prostĜedí a skupina
„Virtuál“ v reálném prostĜedí,
x provedení v þasovém intervalu „ne dĜíve než 1 týden a ne pozdČji
než 2 týdny“ po prvním laboratorním cviþení.
V. Dotazník zjišĢování preferencí žákĤ
x administrování dotazníku v þasovém intervalu „nejdĜíve následující den a nejpozdČji do jednoho týdne“ po druhém laboratorním
cviþení.
Na základČ výše uvedených výzkumných otázek, tedy zda se bude
lišit úroveĖ osvojených vČdomostí po provedených laboratorních cviþení
u obou skupin (Reál a Virtuál) a zda prvotní volba prostĜedí ovlivĖuje
žákovské preference pro jedno z nich, byly pro uvedený výzkum
formulovány následující hypotézy:
1) ÚroveĖ osvojení vČdomostí žákĤ z oblasti kyselosti a zásaditosti
vodných roztokĤ provádČjících identické laboratorní cviþení v reálném
a virtuálním prostĜedí bude statisticky významnČ vyšší po jejich þinnosti
v reálném prostĜedí než v prostĜedí virtuálním.
2) Volba prostĜedí pro první provedení identických laboratorních
cviþení statisticky významnČ ovlivĖuje preferenci žákĤ pro reálné nebo
virtuální experimentální mČĜení.
Vlastní výzkumné šetĜení bylo vždy zahájeno pretestem („Vstupní
test – pH“ – viz pĜíloha 10.2), následovala první laboratorní úloha pro
skupiny „Reál“ a „Virtuál“, po které byl administrován posttest („Co už
vím o pH a jeho mČĜení“ – viz pĜíloha 10.3).
107
Ze statistické analýzy získaných dat (hrubé skóry pretestĤ
a posttestĤ) plynou následující výsledky:
x žádný ze souborĤ výsledkĤ žákĤ v pretestu a v posttestu nemČl
normální rozdČlení na hladinČ významnosti Į = 0,05 a proto bylo
nutné použít pro další analýzu neparametrické metody statistické
analýzy dat,
x pĜi porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení
dosaženého v pretestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“) na
hladinČ významnosti Į = 0,05 nebyl zaznamenán statisticky
významný rozdíl mezi obČma komparovanými soubory, analýzy
byly provedeny pomocí testu Mann-Whitney pro komparaci
mediánĤ dvou nezávislých výbČrĤ dat (W = –567,5; P = 0,143)
a pomocí
testu
Kolmogorov-Smirnov,
který
testuje
pravdČpodobnost, že dva nezávislé výbČry pocházejí z téhož
rozdČlení (DN = 0,1956; P = 0,051).
D.f. 1
0,9
pretest reál
pretest virtuál
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Obr. 25 Porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v pretestu
u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“)
x pĜi porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení
dosaženého v posttestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“)
na hladinČ významnosti Į = 0,05 nebyl zaznamenán statisticky
významný rozdíl mezi obČma komparovanými soubory, analýzy
byly provedeny pomocí testu Mann-Whitney pro komparaci
mediánĤ dvou nezávislých výbČrĤ dat (W = –367; P = 0,304)
a pomocí testu Kolmogorov-Smirnov, který testuje pravdČpodobnost, že dva nezávislé výbČry pocházejí z téhož rozdČlení (DN
= 0,185; P = 0,088)
108
D.f. 1
0,9
posttest reál
posttest virtuál
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Obr. 26 Porovnání výsledkĤ - mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v posttestu
u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“)
x pĜi analýze progresu u obou skupin nebyl zaznamenán statisticky
významný rozdíl mezi výsledky v pretestu a postestu obou skupin
žákĤ (výsledky testu Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ
výsledkĤ pretestu a posttestu u skupiny žákĤ pracujících
s reálným experimentem: W = 261; P = 0,507. Výsledky testu
Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ výsledkĤ pretestu
a posttestu u skupiny žákĤ pracujících s virtuálním experimentem:
W = 347,5; P = 0,323. Výsledky testu Kolmogorov-Smirnov
porovnávajícího rozdČlení dat výsledkĤ pretestu a posttestu
u skupiny žákĤ pracujících s reálným experimentem: DN =
0,1515; P = 0,214. Výsledky testu Kolmogorov-Smirnov
porovnávajícího rozdČlení dat výsledkĤ pretestu a posttestu
u skupiny žákĤ pracujících s virtuálním experimentem: DN =
0,194; P = 0,066).
Jak ukázala podrobná statistická analýza výsledkĤ pretestĤ
a postestĤ, nebyly zaznamenány žádné zmČny a rozdíly v úrovni
osvojených vČdomostí u skupin žákĤ provádČjících laboratorní cviþení
s reálným nebo simulovaným (virtuálním) pH-metrem (Bílek et al., 2010).
Hypotéza þ. 1 tedy nebyla v daném výzkumném vzorku a na dané hladinČ
významnosti potvrzena.
Dalším pokusem v rámci vstupního testu byla snaha o identifikaci
prekonceptĤ žákĤ z oblasti kyselosti a zásaditosti formulací položek þ. 7
a 8. Zde ukázala statistická analýza vyrovnanost obou skupin žákĤ, což
bylo dobrým východiskem pro další interpretace dat.
Dílþí výsledky ve prospČch formulované hyptézy þ. 1 pĜinesla
analýza jednotlivých položek pretestu a postestu:
109
x u položek þ. 1 a þ. 2 (urþování rozmezí hodnot pH kyselých
a zásaditých látek) byl detekován pozitivní nárĤst úrovnČ osvojení
vČdomostí u žákĤ, kteĜí pracovali v reálném laboratorním
prostĜedí na rozdíl od žákĤ, pracujících ve virtuálním prostĜedí,
kde žádný rozdíl zaznamenán nebyl,
x vyhodnocení položky þ. 3 brání statisticky významný rozdíl
v úrovni osvojení vČdomostí žákĤ v pretestu o možnostech mČĜení
pH ve prospČch skupiny „Reál“ (pĜesto, že skupiny byly
rozdČleny losem),
x v položce þ. 4 (acidobazické indikátory) byl opČt zaznamenán
posun v úrovni osvojení vČdomostí u žákĤ po provedení laboratorní úlohy v reálném prostĜedí,
x u položek þ. 5 a þ. 6 vČnujících se urþování odštČpování
pĜíslušných iontĤ ve vodném prostĜedí je zajímavý pouze jeden
zaznamenaný statisticky významný pozitivní posun v úrovni
osvojených vČdomostí žákĤ skupiny „Virtuál“.
Další analýzou bylo hledání souvislostí mezi výsledky žákĤ
v didaktických testech a v dotaznících jejich postojĤ k práci v reálném
a virtuálním prostĜedí. Dotazník „Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?“ byl administrován všem žákĤm po provedení druhého laboratorního cviþení tak, aby mČli zkušenosti s identickou laboratorní prací v obou
prostĜedích. Z provedené korelaþní analýzy plynou následující závČry:
x žádný ze souborĤ výsledkĤ dotazníkĤ nemČl normální rozdČlení
na hladinČ významnosti Į = 0,05 a proto bylo nutné použít pro
další analýzu neparametrické metody statistické analýzy dat,
x pĜi porovnání preferencí reálných mČĜení skupiny „Reál“
(zaþínající v reálném prostĜedí) se skupinou „Virtuál“ (zaþínající
ve virtuálním prostĜedí) byl zjištČn statisticky významný rozdíl ve
prospČch skupiny „Reál“ (Výsledky testu Mann-Whitney pĜi
porovnání mediánĤ výsledkĤ obou skupin: W = –1019,5; P =
8,83· 10-3.),
x pĜi porovnání preferencí virtuálních mČĜení skupiny „Reál“
(zaþínající v reálném prostĜedí) se skupinou „Virtuál“ (zaþínající
ve virtuálním prostĜedí) nebyl zjištČn statisticky významný rozdíl
ve prospČch skupiny „Reál“ (Výsledky testu Mann-Whitney pĜi
porovnání mediánĤ výsledkĤ obou skupin: W = 218,5; P = 0,575).
x na rozdíl od žákĤ zaþínajích reálným mČĜením, kteĜí ve volbČ
prostĜedí statisticky významnČ ani jedno nepreferují, žáci
zaþínající virtuálním mČĜením, toto mČĜení statisticky významČ
preferují pĜed mČĜením reálným.
110
Z tČchto provedených analýz je zĜejmé, že prvotní volba prostĜedí
významnČ ovlivĖuje preference žákĤ, což je významným výsledkem
našeho zkoumání interakcí reálného a virtuálního prostĜedí a dĤležitým
poznatkem pro tvorbu scénáĜĤ experimentálních þinností ve vyuþovacím
procesu. Hypotéza þ. 2 tedy byla potvrzena.
Na základČ výsledkĤ pilotního šetĜení nás ještČ zajímaly v hlavním
výzkumu výsledky žákĤ v posttetu ve vazbČ na jejich preferenci mČĜícího
prostĜedí. V pilotním výzkumu se ukazoval fakt, že skupina žákĤ výraznČ
preferujících reálné mČĜení má statisticky významnČ lepší výsledky
v didaktickém testu, což se ale v hlavním výzkumném šetĜení ale
neprojevilo.
Poslední analýzou, která byla v provedeném výzkumu pĜedmČtem
našeho zájmu, byla analýza výsledkĤ Ĝešení pracovních listĤ. Zde byly
formulovány následující pracovní hypotézy (modifikace po provedeném
pilotním ovČĜování):
1. Ve výsledcích žákĤ pĜi mČĜení pH pĜedložených roztokĤ
chemických látek s reálným a simulovaným pHmetrem nebudou
statisticky významné rozdíly.
2. V odpovČdích žákĤ na problémové otázky týkající se mČĜení pH
roztokĤ konkrétních chemických látek pomocí reálného
a virtuálního pHmetru budou statisticky významné rozdíly ve
prospČch lepších výsledkĤ žákĤ pracujících ve virtuálním
prostĜedí.
3. Návrhy žákĤ na další mČĜení pH a jeho souvislosti budou þetnČjší
a pestĜejší ve smyslu vČtšího poþtu návrhĤ a vČtší frekvence
dotazĤ na uþitele v pĜípadČ reálného prostĜedí než v pĜípadČ
virtuálního prostĜedí.
Z této analýzy vyplynuly v souladu s již výše prezentovanými
výsledky jen dílþí statisticky nevýznamné výsledky pro rozdíly v obou
skupinách žákĤ, a ani jedna z formulovaných hypotéz potvrzena nebyla.
Jak bylo v pĜedcházejícím textu naznaþeno, mohou být poþítaþ i další
informaþní technologie využity jako výhodné pomocné prostĜedky
akcentování metodologických aspektĤ výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ.
Jde zvláštČ o podporu realizace experimentu nebo modelování, podporu
Ĝízení tvorby empirických nebo teoretických hypotéz a podporu
formulování empirického nebo teoretického poznatku. Cílem využívání
ICT je tak optimalizace podmínek vzdČlávání, tj. podpora plánování,
projektování, realizace i evaluace výuky tak, aby byly stanovené vzdČlávací
cíle dosahovány s co nejvČtší úþinností. Zejména pokud jde o kognitivní
111
složku zíkávaných kompetencí žákĤ, ukazuje se, že virtuální prostĜedí
mĤže být stejnČ efektivním nástrojem utváĜení tČchto kompetencí jako
prostĜedí reálné, a mĤže ho tedy i do jisté míry nahradit. To je žádoucí
všude tam, kdy reálný experiment není možné pĜi výuce realizovat
z nedostatku þasu, chybČjícího vybavení nebo potĜeby nebezpeþných
chemikálií.
6.2 Poþítaþové animace a simulace v pĜípravČ budoucích uþitelĤ
chemie
Smysluplné a efektivní využívání virtuálního prostĜedí pĜi podpoĜe
experimentálních þinností v pĜírodovČdném vzdČlávání závisí také na
odpovídající pĜípravČ uþitelĤ. V dalším našem výzkumném šetĜení tak
zaujalo ústĜední místo zaĜazování práce s poþítaþovými simulacemi
a animacemi do kurikula získání uþitelské kvalifikace. Cílem výzkumného
šetĜení zde bylo zjišĢování postoje budoucích uþitelĤ chemie k zaĜazování
virtuálních experimentĤ a dalších simulací a animací do pĜíprav na
vyuþovací hodiny a jejich realizace.
V první þásti výzkumu byly analyzovány rĤzné typy scénáĜĤ
vyuþovacích hodin chemie jako všeobecnČ-vzdČlávacího pĜedmČtu, které
vytváĜeli studenti uþitelství chemie. Šlo o jejich výstupní práce vytvoĜené
v rámci pĜedmČtĤ „Poþítaþem podporovaný školní chemický experiment”
a „Chemický didaktický software”. Oba pĜedmČty byly ve sledovaném
období zaĜazeny do studijních oborĤ „Uþitelství chemie pro základní
školy” a „Uþitelství pro stĜední školy – chemie” na KatedĜe chemie
Pedagogické fakulty (od roku 2010 PĜírodovČdecké fakulty) Univerzity
Hradec Králové. Hodnoceny byly práce celkem 78 studentĤ 4. a 5. roþníkĤ
uvedených studijních oborĤ v období let 2005 – 2010, v nichž byly
uvažovány þtyĜi typy kombinací reálných a virtuálních experimentĤ:
x simulace pĜed reálným experimentem pro nácvik pĜíslušné aktivity,
x simulace pĜed reálným experimentem pro vysvČtlení jeho principu,
x simulace po reálném experimentu pro procviþování a fixaci znalostí,
x simulace po reálném experimentu pro vysvČtlení jeho principu.
Pro výuku i následnou tvorbu scénáĜĤ vyuþovacích hodin byly
využívány simulace a animace dostupné na Internetu. Šlo hlavnČ
o acidobazické titrace, elektrochemii a z ní zejména experimenty
s galvanickými þlánky, simulovaná mČĜení s rĤznými laboratorními
pĜístroji zejména s pHmetrem a spektrofotometrem a další.
Pro první vyhodnocení práce studentĤ s poþítaþovými animacemi
a simulacemi chemických jevĤ bylo využito pĜímé a nepĜímé pozorování.
PĜímé pozorování provádČl vedoucí cviþení ve výuce, jeho výsledky
112
zaznamenával v zápise po každé vyuþovací hodinČ a následnČ porovnával
s vyhodnocením nepĜímého pozorování. NepĜímé pozorování spoþívalo
v registraci poþtu vstupĤ studentĤ na linky s jednotlivými aplikacemi
a doplnČno bylo rozborem studentských protokolĤ – zápisĤ o práci
s aplikacemi a návrhĤ na jejich výukové využití. Z pozorování aktivit
studentĤ v prĤbČhu cviþení a z protokolĤ vyplynuly následující postĜehy
a závČry:
x studenti volí prioritnČ animace a simulace s propracovanou grafickou
stránkou modelovaného dČje; motivace k využití aplikace jejím
designem je výraznČ vyšší než motivace propracovaností modelu
a variabilitou jeho použití,
x ve využití animaþních a simulaþních aplikací preferují studenti
výkladovou fázi vyuþovací hodiny pĜed samostatnou prací žákĤ
s aplikacemi; ovládání poþítaþové simulace vesmČs nepovažují za
“experimentální þinnost” nebo smysluplnou pĜípravu na ní,
x v návrzích pro použití aplikací využívají studenti z nejvČtší þásti
algoritmicky koncipované uþební úlohy; malý prostor dávají úlohám
problémovým a otevĜeným.
Druhým použitým výzkumným nástrojem byl dotazník po
absolvování výše uvedených výukových kurzĤ. Z jeho vyhodnocení
mĤžeme uvést také nČkolik závČrĤ korespondujících s výsledky
pozorování:
x studenti se domnívají, že využití poþítaþových animací a simulací
s chemickou tematikou je vhodné zejména pro vyšší sekundární
vzdČlávání v chemii; pro nižší sekundární vzdČlávaní ho považují jen
za motivaþní doplnČk (více než 80 % respondentĤ),
x témČĜ všichni studenti se shodují na tom, že poþítaþová animace
a simulace nemĤže nahradit ve všeobecné výuce chemie proveditelný
reálný experiment (96 % respondentĤ),
x za nejvČtší pĜekážky širšího využití poþítaþových simulací a animací
v každodenní výuce chemie považují jak hardwarové dĤvody, tj.
nedostateþné technické vybavení (72 % respondentĤ), tak softwarové
dĤvody, tj. dostupnost vhodných aplikací (59 % respondentĤ),
x nejvČtší þást studentĤ preferuje využití reálného experimentu pĜed
experimentem virtuálním a to zejména pro následné využití simulace
k vysvČtlení principu reálného experimentu (viz tab. VII),
x zajímavým zjištČním je i opomíjení možnosti využití poþítaþové
simulace jako trenažéru laboratorní úlohy, tedy pro prvotní
seznámení se s úlohou, aparaturou, postupem práce apod.,
113
x jako nejfrekventovanČjší oblasti dostupných a použitelných animací
a simulací (prostĜednictvím Internetu) uvádČjí studenti na prvním
místČ acidobazické rovnováhy (zejména simulátory acidobazických
titrací), elektrochemii (elektrolýza a galvanické þlánky, zejména
s animacemi mikrosvČta) a animace a simulace chemicko-technologických procesĤ.
Tab. VII Preference rĤzných kombinací simulace a reálného experimentování (n = 78)
Kombinace reálného a virtuálního
experimentu
Simulace pĜed reálným
experimentem pro nácvik pĜíslušné
aktivity
Simulace pĜed reálným
experimentem pro vysvČtlení jeho
principu
Simulace po reálném experimentu
pro procviþování a fixaci znalostí
Simulace po reálném experimentu
pro vysvČtlení jeho principu
Poþet zvolených poĜadí podle
hodnocení významnosti
1.
2.
3.
4.
PrĤmČrné
poĜadí
2
8
32
36
3,31
23
24
18
13
2,14
7
26
23
22
2,77
46
20
5
7
1,65
Jak vyplývá z uvedeného šetĜení, budoucí uþitelé jsou relativnČ
dostateþnČ motivovaní k používání virtuálního prostĜedí pro podporu
experimentálních þinností žákĤ. Na druhé stranČ ale mĤžeme zaznamenat
urþitý konzervatismus v tom, že si témČĜ bez výjimky nedovedou pĜedstavit
formování
experimentálních
kompetencí
žákĤ
prostĜednictvím
poþítaþových simulací nebo že vidí jejich úlohu ponejvíce ve výkladové
fázi vyuþovacího procesu. Výsledky odpovídají závČrĤm mnoha odborníkĤ
z této oblasti, kteĜí asi spíše intuitivnČ doporuþují jednoduché experimenty
(které nevyžadují nároþné materiální a technické vybavení) uskuteþĖovat
v reálné formČ, vzdálená pozorování a vzdálené experimenty, které se
výhodnČ využívají k aktualizaci informací a motivaci, zapojovat napĜ. do
školních projektĤ a projektovČ orientované výuky, a virtuální experimenty
zamČĜit hlavnČ na interpretaci reálných experimentĤ (trenažéry
laboratorních þinností, pĜedvídání a ovČĜování výsledkĤ experimentĤ)
a simulování experimentĤ, které nemohou být ve školách provedeny
(nebezpeþné, vyžadující nároþné pĜístroje, nedostupné, apod.). Je jasné, že
formování a procviþování manuálních dovedností, které jsou podstatnou
souþástí pĜírodovČdného vzdČlávání, nemohou plnČ nahradit cviþení
pomocí monitoru, myši a klávesnice. Na druhé stranČ ale také není možné,
114
aby se pĜírodovČdná výuka obešla bez jakékoliv práce s modely a nástroji
nepĜímého pozorování. Je zĜejmé, že kvalita výuky pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ na školách závisí výraznČ na kvalitČ pregraduálního
i postgraduálního vzdČlávání uþitelĤ. Jejich kompetence jsou definovány
jako kombinace vČdomostí, dovedností a postojĤ odpovídajících urþitému
kontextu, a to jak reálnému tak virtuálnímu.
Dwyer (in Šimonová, Poulová, Šabatová a kol., 2009) formuloval pČt
stádií rozvoje uþitele v používání ICT:
1. Uživatel mimo tĜídu (Non-user classroom) – uþitel má urþité
dovednosti v oblasti ICT, ale nevyužívá je ve výuce.
2. PĜíjemce programĤ (Adopter programme) – uþitel využívá ICTmateriály tak, jak je získá, pokud to odpovídá zámČru výuky.
3. Adaptér stylu (Adapter Style) – uþitel využívá ICT pro rĤzné
skupiny žákĤ ve stávající výuce.
4. Modifikátor (Appropriator) – uþitel rozvíjí a využívá ICT v jiném
kontextu nebo v novém uživatelském módu (posun metodiky
výuky).
5. TvĤrce (Creator) – uþitel vytváĜí nové materiály a/nebo podporuje
využívání ICT u svých kolegĤ.
Výsledky našich šetĜení odpovídají u studentĤ uþitelství, kteĜí absolvují výše zmínČné kurzy, dobĜe zvládnutým stupĖĤm 2. - 4. v DwyerovČ
klasifikaci, když podmínky pro první stupeĖ byly zvládnuty již v pĜedchozím vzdČlávání. Dalším cílem pro zlepšení pĜípravy uþitelĤ pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ v oblasti ICT by mČl být pátý stupeĖ, vþetnČ tvorby poþítaþových
animací a simulací. I k tomu jsou již dostupné softwarové produkty, které
umožĖují relativnČ snadno i tento cíl splnit. Tedy modifikovat a vytváĜet
takový pedagogický software ("software pro využití poþítaþového hardware
a software"), aby co nejvíce podporoval tvorbu mentálních modelĤ žákĤ
a jejich využití v nových situacích.
6.3 Percepþní procesy žákĤ pĜi kombinaci reálné a virtuální složky
vizualizace demonstraþního experimentu
Za úþelem ovČĜení, resp. potvrzení nČkterých premis o kombinaci
reálného a virtuálního prostĜedí ve školním demonstraþním experimentu
(viz kapitola 5.2.2) a jejich konkretizaci na podmínky efektivní interpretace
chemického experimentu jsme uskuteþnili další výzkumné šetĜení i v této
oblasti.
V prĤbČhu modelové vyuþovací hodiny jsme nafotografovali nČkolik
situací souvisejících s experimentální interpretací prezentované tematiky
a šest barevných obrazĤ z uvedené série jsme pĜedložili vybranému vzorku
115
žákĤ deváté tĜídy ZŠ (15 let, n = 55) a vybranému vzorku studentĤ
uþitelského studia s aprobací chemie (22 let, n = 23). Každý z obrazĤ byl
respondentĤm prezentován velmi krátký okamžik (expozice cca 5 s –
varianta A) a cílem bylo zjistit, která z informací z prezentovaného obrazu
byla pro respondenta dominantní. ZámČr souvisel s pĜedpokladem, že
respondent musí zaznamenat informaci související s pĜímým smyslovým
vnímáním bez úþasti složitČjších myšlenkových þinností. V druhé fázi
výzkumu byla expozice prodloužena na 30 s (varianta B) a pĜedpokládala
se aktivní percepce s následným vyhodnocováním podnČtĤ za úþasti
složitČjších myšlenkových þinností a pamČti.
Charakteristika fotografie þ. 1
Obraz je situován k zaþátku hodiny, na demonstraþním stole jsou
pĜipravené pomĤcky pro realizaci nČkolika experimentĤ. TĜída není
speciálnČ upravovaná (špatnČ smazaná tabule, periodická soustava nad
tabulí není umístČna rovnobČžnČ s tabulí apod.). Lze pĜedpokládat, že žáci
i studenti uþitelství budou na pĜedložené fotografii dominantnČ vnímat
nČkterou z pĜipravených pomĤcek k provedení experimentu.
Obr. 27 Fotografie þ. 1 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního
chemického experimentu
116
Výsledky a závČry pro varianty A a B
A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informace z fotografie
nesmazanou tabuli (45 %) a výlevku s kohouty (15 %), ostatní položky jsou
zanedbatelné. Studenti uþitelství upĜednostĖují bez jakékoliv specifikace
pomĤcky k realizaci experimentĤ (tj. odmČrné válce – 57 %). Oþekávání
bylo tedy potvrzeno pouze u studentĤ uþitelství (významnou roli zde
sehrávají pĜedchozí zkušenosti), žáky nejvíce zaujala tabule jako
dominantní objekt na fotografii, která navíc nebyla pĜed hodinou smazána
(pravdČpodobnČ rozhoduje i síla podnČtu související s porušením
základních povinností ve škole).
B) Žáci ZŠ – 17,5 % žákĤ uvádí jako dominantní informaci
z fotografie rozevĜený sešit na stole, 12,5 % lahve s minerální vodou, 12,5
% tabuli a nákres na tabuli. Celkem žáci uvedli 17 položek. U studentĤ
uþitelství byly výsledky shodné s variantou A. PĜi výraznČjším zapojení
myšlenkových procesĤ je vnímání pĜedevším u žákĤ ZŠ diferencované,
pravdČpodobnČ v souvislosti se zájmy žáka, jeho zkušenostmi i potĜebami.
Stejný obraz jako v pĜípadČ 1, uþitelka stojí za demonstraþním
stolem. Lze pĜedpokládat, že žáci budou na fotografii dominantnČ vnímat
uþitelku.
117
A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci z fotografie v 75 %
uþitelku, v 10 % tabuli, ostatní položky jsou zanedbatelné, studenti
uþitelství upĜednostĖují také uþitelku (57 %). Uþitelka, která hraje
rozhodující roli v tradiþnČ organizované výuce, je dominantním podnČtem
pro oba typy respondentĤ.
B) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci z fotografie v 35 %
pĜípadĤ oranžovou krabiþku se šumivými tabletami, v 22,5 % periodickou
soustavu, studenti uþitelství stále preferují uþitelku (43 %), v dalším poĜadí
oranžovou krabiþku (28 %). Výrazná barva krabiþky se šumivými
tabletami þi barevná periodická soustava na þelní stČnČ uþebny se stávají
dominantními zdroji informací (v souladu se závČry Kuliþe (1980)).
Uþitelka provádí experiment, ve válci je výraznČ zbarvená kapalina,
uþitelka zvýrazĖuje zbarvení bílým pozadím a ukazuje prstem na
probíhající dČj (specifikace informací). Vzhledem k tomu, že uþitelka
zvýrazĖuje zbarvení kapaliny bílým pozadím, budou žáci vnímat válec se
zbarvenou kapalinou jako dominantní informaci z fotografie.
118
A) Žáci ZŠ uvádČjí v 50 % pĜípadĤ jako dominantní informaci
z fotografie žáky sedící v první lavici a pouze v 25 % válec s barevnou
kapalinou. Studenti uþitelství preferují z fotografie barevný válec (43 %),
v 28 % pĜípadĤ žáky a v 28 % pĜípadĤ uþitelku. ZávČry: PĜi vnímání žákĤ
pravdČpodobnČ v krátkém þasovém intervalu sehrál roli intenzivnČjší
podnČt, u studentĤ sehrávají opČt významnou roli pĜedchozí zkušenosti.
B) Žáci ZŠ prioritnČ vnímají odmČrný válec s barevnou kapalinou
(43 %), dále žáky v první lavici (22 %, to uvádČjí jako dominantní
informaci jen chlapci), u studentĤ uþitelství stále dominuje válec
s barevnou kapalinou (86 %). ZávČry: Žáci i studenti vnímají kromČ barvy
kapaliny ve válci i gesta a þinnost uþitele, který provádí specifikaci
informací, opČt dĤležitou roli sehrávají pĜedchozí zkušenosti. Vzhledem
k tomu, že žáky v první lavici jsou osoby ženského pohlaví, sehrávají zde
pĜi vnímání roli i sexuální motivy (viz výsledky vnímání chlapcĤ).
Stejný obraz jako v pĜípadČ 3, pouze vedle uþitelky svítí zpČtný
projektor s pĜedcházejícím experimentem. Vzhledem k tomu, že je
didaktická technika prvkem upoutání pozornosti žákĤ (specifikace
informací), obraz ze zpČtného projektoru by mČl být nejintenzivnČjším
podnČtem pro žáky na prezentované fotografii.
119
A) U žákĤ ZŠ dominuje (80 %) promítaný obraz stejnČ tak jako
u studentĤ (86 %). JednoznaþnČ potvrzené oþekávání v souladu s výsledky
výzkumu napĜ. v Bílek a kol. (2007).
B) Žáci ZŠ preferují promítaný obraz (80 %), studenti uþitelství
promítaný obraz (86 %), válec specifikovaný uþitelkou (14 %). OpČt
jednoznaþnČ potvrzený pĜedpoklad.
Uþitelka provedla další experiment (válec se žlutou kapalinou),
specifikuje informace z experimentu þtvrtkou za válcem. ZpČtný projektor
je vypnutý, ale v zorném poli zĤstal opomenut válec s fialovou kapalinou. I
když je intenzivnČjší zbarvení válce s fialovou kapalinou silnČjším
podnČtem, žáci budou pravdČpodobnČ vnímat oba válce jako dominantní
souþasnČ.
A) U žákĤ ZŠ dominují oba válce s kapalinami (78 %), 12 % žákĤ
preferuje zápis na tabuli. U studentĤ uþitelství dominují vrovnanČ odmČrné
válce (45 %) a zápis na tabuli (45 %). Vzhledem k blízkosti válcĤ vnímají
žáci oba válce souþasnČ, blížící se závČr hodiny a výraznČ popsaná tabule
zpĤsobují hledání potĜebných informací na tabuli.
120
B) Žáci ZŠ preferují odmČrné válce již v menší míĜe (38 %), více si
všímají zápisu na tabuli (22 %). U studentĤ uþitelství se zvýšila dominance
odmČrných válcĤ (57 %) na úkor zápisu na tabuli (14 %).
Blíží se závČr hodiny, tabule je popsaná poznámkami, válec
s fialovou kapalinou je odstaven stranou mezi ostatní pomĤcky, uþitelka
provádí další experiment, válce s látkami prezentujícími popisovaný jev
jsou þásteþnČ zakryty hlavou žáka. Žáky bude na fotografii pravdČpodobnČ
dominantnČ vnímán válec s fialovou kapalinou, pĜestože již nemá pro cíl
hodiny žádný význam.
A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci na fotografii uþitelku
(30 %), ve 28 % odmČrný válec s fialovou kapalinou a v 12 % zápis na
tabuli. Studenti uþitelství preferují zápis na tabuli (71 %) a dále uþitelku
(28 %). PĜedpoklad se sice nepotvrdil, ale u žákĤ ZŠ je stále ve velkém
množství dominantnČ vnímán odmČrný válec s fialovou kapalinou.
121
B) Žáci ZŠ preferují zápis na tabuli (22 %), uþitelku (17 %), schéma
aparatury na tabuli (10 %) a odmČrný válec (10 %). U studentĤ uþitelství
dominuje uþitelka (57 %) a zápis na tabuli (28 %). Znaþná rĤznorodost
zamČĜení percepþních procesĤ žákĤ i studentĤ je zapĜíþinČná pĜemírou
informaþních center zachycených na fotografii (málo úþinným zpĤsobem
Ĝízení).
Jak ukázaly výsledky prezentovaného výzkumného šetĜení, je tĜeba
se v uþitelské pĜípravČ více zamČĜovat na složku Ĝízení poznávacích
þinností žákĤ. V rámci pregraduální pĜípravy uþitelĤ chemie na UniverzitČ
v Hradci Králové je do uþebních plánĤ zaĜazováno nČkolik disciplín, které
jsou zamČĜeny na Ĝešení problematiky spojené s efektivním provedením
a interpretací chemického experimentu. Jedná se pĜedevším o pĜedmČt
„Technika a didaktika školních pokusĤ“, významnou roli v pĜípravČ však
sehrávají i ostatní didakticky orientované disciplíny jako „Obecná didaktika chemie“ nebo volitelný pĜedmČt „Chemický experiment v mikrovýstupové praxi“ apod. Cíle uvedených disciplín korespondují s výše analyzovanou problematikou a jsou nastaveny takovým zpĤsobem, aby absolventi
studia zvládali proces plánování, realizace a interpretace pokusĤ nejen po
stránce teoretické, ale pĜedevším po stránce praktické.
Vzhledem k tomu, že problematice chemického experimentu je
v prĤbČhu studia vČnována znaþná pozornost, zajímalo nás, jak se tato
skuteþnost odráží v pĜipravenosti zaþínajících uþitelĤ na školách. Na
základČ výzkumu uskuteþnČného z analýzy videozáznamĤ poĜízených pĜi
hodinách chemie v rámci prĤbČžné pedagogické praxe jsme získali nČkteré
relevantní informace nejen o frekvenci experimentální þinnosti, ale
pĜedevším o prĤbČhu vlastní realizace a interpretace experimentu.
Podrobné výsledky celého výzkumu pĜesahují zamČĜení této kapitoly
(Rychtera, Bílek, Hladíková et al., 2009) a proto si zde povšimneme jen té
složky experimentování, která koresponduje s cíleným Ĝízením percepþní
þinnosti, tj. nahlédneme pĜedevším do þasto podceĖované „pĜípravné fáze“
experimentování. ZamČĜíme se podrobnČji pĜedevším na „viditelnost
aparatury“ pĜi experimentování a na „proces Ĝízení percepþní þinnosti žákĤ
uþitelem“, protože tyto dva aspekty významnČ ovlivĖují efektivitu
získávání informací z realizovaného pokusu.
Aspekt „viditelnosti aparatury“ byl posuzován na základČ vyhodnocení rozmČrĤ aparatury, jejího umístČní na demonstraþním stole, využívání
kontrastního pozadí, snímání aparatury videotechnikou (smČrem k žákĤm
nebo vyuþujícímu), umístČní dalších nepoužívaných pomĤcek a souþástí
aparatur apod. Vlastní proces vyhodnocování komplikovalo zkreslení
obrazu zpĤsobené odlišností pohledu kamery na experimentální þinnost
122
a používání pĜiblížení detailĤ prostĜednictvím „zoomu“. Nezanedbatelnou
roli je tĜeba spatĜovat i ve výrazné míĜe subjektivizmu hodnotitele
videozáznamu. Na tĜístupĖové škále (3 – þasto, 2 – obþas, 1 – témČĜ nikdy)
probČhlo pĜiĜazení podle frekvence pokynĤ uþitele upozorĖující žáky na
informaþní centrum uskuteþĖovaného experimentu, a to „poloha 3“ v 51,3
%, „poloha 2“ v 35,9 % a „poloha 1“ v 12,8 % pĜípadĤ z 39 analyzovaných
experimentĤ.
Obr. 33 Vyobrazení experimentu pĜevzaté z videozáznamu vyuþovací hodiny
Sledovaný aspekt volby informaþního centra provádČného
experimentu lze þásteþnČ zefektivnit vhodnou organizací Ĝízení percepþní
þinnosti žákĤ. Verbální i neverbální podpora experimentování, vedoucí
k odhalení „informaþního centra“ mĤže nahradit nČkteré nedostatky
plynoucí z nedostateþné vizualizace. Dle ýervenkové (2008) Ĝídí percepþní
procesy odpovídajícím zpĤsobem (stupeĖ 3) 61,5 % zaþínajících uþitelĤ,
30,8 % zaþínajících uþitelĤ na pedagogické praxi realizuje Ĝízení
s rezervami a v 7,7 % pĜípadĤ je pozorování žákĤ ponechána naprostá
volnost.
Po rozboru výsledkĤ z uvádČného výzkumu lze mj. konstatovat, že
vČtšina položek, které jsou evidovány pod stupnČm 2 a 1 má pĜíþiny
subjektivního charakteru. Souvisejí v pĜevažující míĜe s nervozitou
a stresem zaþínajícího uþitele, mohou souviset s nadmČrným množstvím
podnČtĤ, které musí uþitel v prĤbČhu vyuþovacího procesu Ĝešit, v ĜadČ
123
pĜípadĤ to mĤže být neznalost, aĢ už se jedná o neznalost didakticky þi
odbornČ orientovanou. Výþet pĜíþin nelze považovat za úplný a v našem
pĜípadČ se domníváme, že není nutné hledat všechny problematické
jednotlivosti. Co je však nezbytné, je odstranČní pĜíþin objektivních
a jednou z nich je možné nasazení moderní didaktické techniky ve prospČch zefektivnČní vizualizace experimentální þinnosti. Je však nezbytné
pĜipomenout, že experiment sám je prostĜedkem vizualizace a „nasazením“
didaktické techniky, tedy jeho virtualizaþní þásti, lze zefektivnit jak jeho
realizaci, tak i jeho interpretaci.
6.4 Z dalších aktuálních výzkumĤ kombinace reálného a virtuálního
pĜírodovČdného experimentu
Zkoumání efektivity zaĜazování rĤzných podob virtuálních a kombinovaných (virtuálních a reálných spoleþnČ) školních pĜírodovČdných
experimentĤ se v poslední dobČ orientuje þasto na zmČnu paradigmatu
pĜírodovČdného vzdČlávání z transmisivního na konstruktivistické.
Konstruktivismus je také úzce spjat s tzv. badatelským pĜístupem (IBL –
Inquiry Based Learning), v nČmž hraje experiment ústĜední roli jako nástroj
žákova poznávání. Harwood (2004) navrhl v modelu pĜírodovČdného
vzdČlávání pomocí vČdeckého zkoumání (badatelského pĜístupu) devČt
následujících aktivit, které v pĜimČĜené míĜe platí jak pro reálný, tak pro
virtuální þi kombinaci obou druhĤ experimentĤ. Jde o následující aktivity:
1. Pozorování probíhajícího experimentu
2. Definování problému
3. Formulace výzkumné otázky
4. Analýza výchozích znalostí
5. VyjádĜení oþekávání a formulace hypotéz
6. Realizace experimentu pro ovČĜení hypotéz
7. Vyhodnocení výsledkĤ experimentu
8. Verifkace hypotéz na základČ získaných výsledkĤ experimentu
9. Komunikace závČrĤ
Thornton (1999) v této souvislosti dodává, že efektivitu školní
experimentální þinnosti lze zvyšovat zejména:
x podnČcováním aktivity uþících se,
x þinností s prostĜedky bezprostĜednČ svázanými s nejbližším okolím,
x okamžitou zpČtnou vazbou,
x vzájemnou spoluprací a kooperací uþících se,
x snížením þasu vČnovanému doprovodným výpoþtĤm a rutinním
þinnostem.
124
Obr. 34 HarwoodĤv model pĜírodovČdného vzdČlávání pomocí vČdeckého zkoumání
(badatelského pĜístupu) (Harwood, 2004)
Ve všech uvedených bodech zvyšování efektivity pĜírodovČdné
výuky mĤže virtuální prostĜedí výraznČ pĜispČt, i když je tĜeba mít stále na
pamČti problémy s „odreálnČním“ þi „zmonitorizováním“ pĜírodovČdné
výuky jako takové.
Jak už bylo uvedeno v pĜedchozím textu (zejména v kap. 3), je
vČtšina dosud realizovaných výzkumĤ zamČĜených na efektivitu získávání
znalostí z virtuálních na rozdíl od reálných experimentĤ zamČĜena na
terciární sféru. Zde se ukazují jako výraznČ lepší výsledky ve prospČch
experimentu virtuálního, i když je to dáno asi i delším þasem a frekvencí
aktivit, které mohou studenti strávit pĜi práci se simulací než s reálným
experimentem (napĜ. Chini, 2010). To je zapĜiþinČno také složitostí
materiálního zabezpeþení provádČných experimentĤ nebo prací
s komplikovanými pĜístroji, kdy reálné prostĜedí nedává tolik možností
125
uskuteþnit ve školních podmínkách dostateþný poþet experimentĤ za
rĤzných podmínek, a tak proniknout do postaty celého procesu. Svoji roli
mĤže hrát i ten fakt, že vysokoškolští studenti mají už nČjaké zkušenosti
s experimenty reálnými a virtuální prostĜedí pro nČ pĜedstavuje jen urþitou
zmČnu s možností urþité komparace. Jde o jistČ jinou situaci než
v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání, kdy žák ještČ nemá zkušenost
s experimentem ani v jednom typu prostĜedí.
Na nižších stupních vzdČlávání (než terciárním) se mĤžeme setkávat
se snahou o náhradu i jednoduše proveditelných laboratorních þinností
prostĜednictvím poþítaþových simulací. Nejde jako v našem šetĜení (viz
kap. 6.1) o náhradu laboratorních pĜístrojĤ obtížnČ dostupných pro paralelní
samostatnou þinnost všech žákĤ, ale vČtšinou o náhradu laboratorních
þinností, které mají sloužit pĜedevším pro procviþování uþiva. Poþítaþové
simulace jsou zde vytváĜeny s výraznou oporou v animacích modelovaných
jevĤ, známé jsou i propojení modelování a videozáznamĤ.
Výzkum tohoto typu provádČl v poslední dobČ napĜ. Voronoviþ
(2011), který zkoumal efektivitu laboratorních prací u 15 – 16 letých žákĤ
(poslední roþník litevských ZŠ), které byly realizovány buć plnČ ve
virtuálním nebo v reálném prostĜedí. Šlo o jednoduché „slévací“ chemické
reakce známých kationtĤ a aniontĤ ve zkumavkách, tedy kvalitativní
analýzu. DvČ skupiny žákĤ (n = 2 x 31 = 62) pracovaly buć v reálném
nebo poþítaþovČ simulovaném prostĜedí a následnČ byly zkoumáno:
a) které prostĜedí má vČtší vliv na získání lepších vČdomostí žákĤ,
b) jaký vliv má daný typ prostĜedí na zájem žákĤ o experimentální
þinnost a vyuþovaný pĜedmČt,
c) jaké jsou limity použití ICT v pĜírodovČdných školních
experimentálních þinnostech žákĤ.
Pro výzkum autor pĜipravil nČkolik rĤzných testĤ, a to pro zjišĢování
znalostí žákĤ souvisejícího uþiva a pro zjišĢování jejich percepþních
schopností a uþebních stylĤ. Dosažené výsledky ukazují na jednoznaþnČ
efektivnČjší reálné prostĜedí pro realizaci tohoto typu laboratorních
þinností, a to jak v hodnocení nabytých vČdomostí žákĤ, tak v jejich
hodnocení provedených aktivit, potažmo také k hodnocené motivaci pro
vyuþovaný pĜedmČt pĜíslušným zpĤsobem. Navíc nebyly zjištČny žádné
vazby v dosažených výsledcích na detekované percepþní schopnosti žákĤ
a jejich uþební styly (Voronoviþ, 2011).
Jak jsme uvedli výše, projevil se zde pravdČpodobnČ efekt malé
motivace pracovat na monitoru poþítaþe s prostĜedky jednoduše
dostupnými v každodenní laboratorní praxi. Dokládají to i výsledky
dotazníku po provedených aktivitách, kdy se napĜ. žáci na otázku „Bylo
126
zajímavé uþit se chemii prostĜednictvím laboratorní praxe? (It was
interesting to learn chemistry because of the laboratory practice?)“ po
absolvování práce ve virtuální laboratoĜi vyjadĜovali témČĜ ve stejných
poþtech pozitivnČ i negativnČ (více jak polovina žákĤ tak nevnímala práci
s poþítaþem jako laboratorní þinnost) na rozdíl od reálného prostĜedí, kde
drtivá vČtšina odpovČdČla pozitivnČ. Reálné prostĜedí tak jednoznaþnČ
dominovalo nad virtuálním.
Olympiou a Zacharia (2010) ukázali ve svých výzkumech
provázanost reálného a virtuálního experimentu, když kombinace obou
typĤ experimentu pĜinesla o témČĜ 20 % lepší výsledky ve znalostech
studentĤ zjišĢovaných didaktickými testy než pĜi použití reálného nebo
virtuálního experimentu samostatnČ. Jejich zkoumání efektivity virtuálního
a reálného experimentu ve prospČch zvýšení znalostí studentĤ nepĜineslo ve
svých výsledcích žádné statisticky významné rozdíly ve prospČch
nČkterého z obou typĤ, což se shoduje s našimi výše uvedenými výsledky.
Na závČr ještČ uvećme jeden z aktuálních výsledkĤ zkoumání poĜadí
pĜi využití reálného a virtuálního experimentu souþasnČ. Smith
a Puntabekarová (2010) se tímto typem výzkumu zabývali v pĜípadČ kladky
jako jednoduchého stroje a zkoumali právČ vliv posloupnosti v použití
virtuálního a reálného prostĜedí na získané vČdomosti žákĤ.
Obr. 35 Reálné (vlevo) a virtuální (vpravo) prostĜedí pro experimenty s kladkostrojem
(Smith, Puntabekarová, 2010)
PĜi jejich porovnávání (n = 60) v prĤbČžném testu a v posttestu byla
prokázaná statistická významnost rozdílu výsledkĤ žákĤ ve prospČch
poĜadí „Reál – Virtuál“. NejmarkatnČjší rozdíl byl zaznamenán u posttestu.
127
Obr. 36 Schéma výzkumu kombinace reálného a virtuálního prostĜedí v šetĜení Smitha a
Puntabekarové (2010)
Obr. 37 Výsledky vČdomostních testĤ pĜi kombinaci reálného a virtuálního prostĜedí
v šetĜení Smitha a Puntabekarové (2010)
Výsledky Smitha a Putanbekarové jsou také plnČ v souladu s naším
šetĜením uvedeným v kapitole 6.1.
128
7 Perspektivy virtualizace prostĜedí v pĜírodovČdném
vzdČlávání
Virtualizace je v oblasti školství synonymem implementace zejména
poþítaþĤ a na nich založených technologií jak do výukového procesu tak do
organizaþní infrastruktury. Jde o proces dlouhodobý, který má v rĤzných
oblastech svá specifika (Hellberg, Bílek, 2000). Pojem virtualizace si zde
tak trochu „pĤjþujeme“ z oblasti informatiky, kde se jím rozumČjí hlavnČ
postupy a techniky, které umožĖují k dostupným zdrojĤm pĜistupovat
jiným zpĤsobem, než jakým fyzicky existují. Informatici tak rozlišují
virtualizaci celého poþítaþe (virtuální stroj), virtualizaci hardwarových
komponent (virtuální procesory, virtuální pamČĢ atd.) nebo virtualizaci
softwarových prostĜedí (virtuální operaþní systém aj.) (OldanyGroup,
2011).
Pokud bychom se pokusili význam tohoto pojmu transformovat do
oblasti celého vzdČlávacího prostoru, mohli bychom uvažovat o virtualizaci
ve všech základních komponentách vyuþovacího procesu (upraveno dle
Bílek, 2011):
x virtualizace materiálních didaktických prostĜedkĤ (e-média),
x virtualizace obsahu (e-opory),
x virtualizace prostĜedí (LMS, e-society),
x virtualizace výukových metod a organizaþních forem (e-podpora),
x virtualizace subjektu uþení (e-modely)
x virtualizace cílĤ (e-komunikace).
V pĜedkládané monografii se nejvíce zamČĜujeme na oblast e-médií a
e-podpory základních metodologických nástrojĤ pĜírodovČdného
vzdČlávání (zejména elektronické podpory výukových metod
odpovídajících bazální metodologii tČchto oborĤ). Ovšem ani tato
implementace nových technologií nemĤže být statická, tedy musí
respektovat vývoj v pĜíslušných oborech s postižením trendĤ jejich
vzdČlávací transformace.
Pokud bychom se podívali do historie, museli bychom uznat, že
mnoho významných pĜírodovČdcĤ a filozofĤ se již pĜed mnoha lety snažilo
definovat smysl þi význam pĜírodních vČd samostatnČ i v širším kontextu
lidského vČdČní jako celku (Škoda, Doulík, 2009). MĤžeme zde
prezentovat nČkteré z tČchto definic (Duschl, 1990):
x Cílem všech vČd je koordinovat naše zkušenosti a vnést je do
logického systému. (A. Einstein)
129
x Úkolem pĜírodních vČd je rozšíĜit Ĝadu našich zkušeností a redukovat
množství domnČnek. (N. Bohr)
x VČda je složená z faktĤ tak, jako dĤm z kamenĤ. Ale pouhá sbírka
faktĤ není vČda, stejnČ tak, jako hromada kamení není dĤm. (H.
Poincaré)
x VČda je pátrání po poznání. Nikoliv poznání samotné. (D. Roller)
Uvedené výroky v mnohém pĜedznamenávají i cíle a východiska
pĜírodovČdného vzdČlávání (pĜedevším výrok RollerĤv) a lze od nich
odvodit i aktuální trendy v soudobém pĜírodovČdném vzdČlávání. Škoda
a Doulík (2009) analyzují tyto trendy a konstatují, že se neobjevily
náhodou. Jsou výsledkem více než dvČ stČ let trvající historie
systematického pĜírodovČdného vzdČlávání. BČhem této historie
prodČlávalo pĜírodovČdné vzdČlávání v kontextu tehdejších vzdČlávacích
paradigmat a kurikulárních akcentĤ období bouĜlivého rozvoje stejnČ tak
jako období útlumu. Celá tato éra pĜírodovČdného vzdČlávání je
poznamenána hledáním samotného smyslu, zamČĜení a paradigmat tohoto
segmentu vzdČlávání. V prĤbČhu vývoje je tak možné rozlišit paradigma
prakticistního zamČĜení pĜírodovČdného vzdČlávání s primárním cílem
vytvoĜit kompetence potĜebné pro praktický život jedince v dané
spoleþnosti, paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání jako studia pĜírody
s hlavním cílem vytvoĜit u žákĤ pozitivní vztah k pĜírodČ, paradigma
pĜírodovČdného vzdČlávání jako elementární pĜírodovČdy s hlavním
cílem vytvoĜit souvislý program napĜíþ celým základním vzdČláváním se
zamČĜením na vývoj porozumČní významným myšlenkám a teoriím
pĜírodních vČd, pragmatické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání
s orientací na metody systematické vČdecké práce – pozorování,
experimentování, formulaci a ovČĜování hypotéz, polytechnické paradigma
pĜírodovČdného vzdČlávání související s rozvojem vČdy a technických
možností a masivním nástupem techniky a technologií, humanistické
paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání s dĤrazem na rozvoj tvoĜivosti a
scientistické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání orientované na
vysokou míru abstrakce, zevšeobecnČní, matematizace a atomizace.
V našem vzdČlávacím systému šlo v posledních desetiletích zejména
o souboj posledních dvou jmenovaných paradigmat. Koncem 80. let 20.
století však zaþalo jak humanistické tak scientistické paradigma
pĜírodovČdného vzdČlávání procházet krizí. Tato krize mČla pravdČpodobnČ
dvČ hlavní pĜíþiny. Tou první byl postupný rozvoj informaþních
a komunikaþních technologií a spoleþenské zmČny související s pĜechodem
spoleþnosti technické a technizované ve spoleþnost informaþní a uþící se.
Nezbytnými kompetencemi každého þlovČka se stala schopnost práce
130
s informacemi, jejich vyhledávání, tĜídČní a kritické posuzování, a to
v rámci celoživotního vzdČlávání. ObČ hlavní paradigmata pĜírodovČdného
vzdČlávání se stávala již pĜíliš rigidními a v podstatČ nevyhovujícími,
neboĢ neposkytovala absolventĤm kompetence, které od nich byly
v mČnícím se mimoškolním prostĜedí vyžadovány.
Druhá pĜíþina souvisela s faktem, že rozvoj vČdeckého poznání
zejména v prĤbČhu 2. poloviny 20. století postupnČ zcela zmČnil vztah mezi
vČdou a spoleþností. Technologické aplikace vČdeckých poznatkĤ se staly
dominantní souþástí bČžného života a nesmírnČ zvýšily jeho kvalitu.
ZároveĖ znamenají také enormní riziko, které ohrožuje samotnou existenci
lidského rodu. VČda i spoleþnost se zaþínají snažit o zodpovČdnČjší pĜístup
k využívání pĜírodních i lidských zdrojĤ a o trvale udržitelný rozvoj. Zcela
zásadní je pak skuteþnost, že toto úsilí musí být globální. Tento trend
vývoje spoleþnosti reflektuje do jisté míry i pĜírodovČdné vzdČlávání. Již na
konci 80. let 20. století se v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání zaþínají ve
vČtší míĜe diskutovat otázky týkající se spoleþenských a environmentálních
dĤsledkĤ intenzivního vČdeckého a technického rozvoje (Raquepau,
Richards, 2002).
Proto je možné v pĜírodovČdném vzdČlávání období od roku 1990
v podstatČ až do souþasnosti charakterizovat jako urþité hledání identity.
S trochou zjednodušení lze Ĝíci, že dosavadní paradigmata postupnČ
dosluhují, pĜípadnČ se jeví již zcela nevhodnými, aniž jsou však
nahrazována novým paradigmatem odpovídající závažnosti. Charakteristická je i znaþná roztĜíštČnost názorĤ na to, co by mČlo souþasný stav
nahradit a jakým smČrem a za jakými cíli by se mČlo pĜírodovČdné
vzdČlávání ubírat. S postupným rozpadem sovČtského bloku a ukonþením
studené války došlo zejména u nás k obrovskému boomu rĤzných
alternativních a inovativních koncepcí ve vzdČlávání, dochází k hluboké
redefinici potĜeb spoleþnosti a jejich požadavkĤ na vzdČlávání. DĤsledkem
tČchto promČn je ostatnČ i kurikulární reforma, kterou þeské školství
v souþasné dobČ prochází. Nejen þeská vzdČlávací politika, ale i vzdČlávací
politika ostatních zemí, zejména EU a USA, musí þelit aktuálním
problémĤm a požadavkĤm velmi dynamicky se mČnící spoleþnosti, musí
novČ definovat cíle a významy vzdČlávání. PĜírodovČdné vzdČlávání musí
nyní a v nejbližší budoucnosti Ĝešit pĜedevším tato komplexní témata:
x Globální ekologické otázky a problémy. Environmentální problematika se v posledních 15 letech stala celosvČtovČ diskutovaným
tématem pĜedevším v souvislosti s celosvČtovou polemikou o globální oteplování (které chápeme spíše jako spor politický než vČdecký).
PĜírodovČdné vzdČlávání se vČnuje aktuálním problémĤm jako je
131
zneþišĢování ovzduší, ubývání vodních zdrojĤ, globální oteplování,
ozonová díra, odlesĖování, hledání alternativních zdrojĤ energie atd.
Tyto problémy prostupují kurikulem rĤzných pĜírodovČdných (a nejen
tČch) pĜedmČtĤ (srov. Doulík, Škoda, 2007), proto je environmentální
výchova v RVP ZV koncipována jako prĤĜezové téma. Do budoucna
se kurikulum pĜírodovČdného vzdČlávání v této bude zabývat pĜedevším problematikou trvale udržitelného rozvoje.
x Vzájemný vztah mezi vČdou a technikou na jedné stranČ a spoleþností na stranČ druhé. PozĤstatkem jak scientistického tak humanistického paradigmatu je pokles kredibility pĜírodovČdného vzdČlávání,
který je možné vnímat snad s výjimkou rozvojových zemí jako
celosvČtový fenomén. VýmluvnČ o tom svČdþí napĜ. výsledky
projektu ROSE (The Relevance of Science Education) uskuteþĖovaného jako komparaþní studie na vzorku patnáctiletých žákĤ ve 40
zemích celého svČta. Podle Sjøberga (2005) se ukazuje Ĝada
varovných skuteþností. PĜírodovČdné pĜedmČty patĜí ve školách
v prĤmyslových zemích celého svČta mezi nejménČ oblíbené. Jsou
zde patrné navíc znaþné genderové rozdíly (u dívek je obliba
významnČ nižší). PĜírodovČdné pĜedmČty nejsou ze strany
respondentĤ citovaného výzkumu chápány jako dĤležité pro život a
pracovní kariéru žákĤ. Velice nízká je také ochota respondentĤ stát se
v budoucnu pĜírodovČdci. NejpozitivnČjší vztah k pĜírodovČdnému
vzdČlávání projevují respondenti z rozvojových zemí (Bangladéš,
Uganda, Ghana). Naopak v nejvyspČlejších zemích svČta (Japonsko,
Anglie, Dánsko, Norsko) je možné hovoĜit o skuteþné krizi
pĜírodovČdného vzdČlávání (Sjøberg, 2005, Bílek, 2005). Reakcí na
tento stav ve vyspČlých zemích je snaha pĜiblížit pĜeteoretizované
pĜírodovČdné vzdČlávání více bČžnému životu. Objevují se výraznČ
prakticky až popularizaþnČ orientované koncepty jako napĜ. Science
for All Children nebo Chemie všedního dne. PĜírodovČdné
vzdČlávání si klade otázky typu: Jak se pĜírodovČdné vzdČlání váže
ke svČtu žáka? Jak mĤže být prospČšné pro zdravý život a životní
prostĜedí? Jaký je vztah mezi lidskou spoleþností a životním
prostĜedím? Jak mĤže pomoci lidstvu s jeho problémy? Podle DeHart
Hurda (2002) je tĜeba do pĜírodovČdného vzdČlávání vþleĖovat
významné trendy ovlivĖující soudobé vzdČlávání jako jsou
multikulturní pĜístupy, interdisciplinární vazby a práce s koncepþními
tématy.
x Klíþové pojmy a stČžejní témata. Jak vyplývá z celé Ĝady provedených zahraniþních i domácích výzkumĤ, je nezbytnČ nutné redukovat
132
obsah uþiva v pĜírodovČdných pĜedmČtech. U nás se to týká
pĜedevším uþiva vyššího stupnČ víceletých gymnázií, ale i 2. stupnČ
základního vzdČlávání. Výraznou možnost redukce uþiva pĜináší již
probíhající kurikulární reforma. CelosvČtovým trendem ve výuce
pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je rozvíjet pĜedevším kompetence žákĤ
a schopnost Ĝešit problémy na úkor faktografických poznatkĤ. Jak
upozorĖuje Pintó (2005), pozornost pĜi výuce pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ by se mČla vČnovat pĜedevším tématĤm, která jsou schopna
integrovat rĤzná fakta a pojmy do vyšších, komplexnČjších
konstruktĤ, které mají výraznČ interdisciplinární charakter. Tato
komplexní témata by mČla být rovnČž schopna vytvoĜit vazby mezi
pĜírodovČdným vzdČláváním a matematikou, historií, ekonomikou,
umČním, ale i literaturou a dalšími vČdeckými disciplínami
reprezentovanými jednotlivými školními pĜedmČty.
x Interdisciplinární myšlení. Je zpĤsobem nebo lépe strategií, která
umožĖuje žákĤm pochopit význam vzdČlávacího obsahu
pĜírodovČdného vzdČlávání, zvláštČ když je obsah spojen
s každodenními problémy a otázkami. Cegarra-Navarro a RodrigoMoya (2005) napĜ. doporuþují organizování uþitelĤ do
multidisciplinárních týmĤ, které by pĜipravovaly zmČny kurikula,
organizovaly projekty, realizovaly týmovou výuku integrovaných
pĜedmČtĤ atd. Analogickou strategii v sobČ implicitnČ obsahují
i zmČny kurikula v ýeské republice (RVP ZV). VytvoĜení školního
vzdČlávacího programu v podstatČ znamená spolupráci uþitelĤ
v multidisciplinárních týmech, jednak podle vzdČlávacích oblastí, ale
také napĜíþ nimi (realizace vzdČlávacího obsahu prĤĜezových témat).
Od uþitelĤ jsou proto ve zvýšené míĜe vyžadovány rovnČž
kompetence, které umožĖují efektivní Ĝízení kurikula (HajerováMüllerová, Škoda, 2006).
Soudobé paradigma (þi soudobá paradigmata) pĜírodovČdného
vzdČlávání není snadné definovat, neboĢ proces jeho formování ještČ není
definitivnČ ukonþen. To, co je však v souþasnosti charakteristické jak pro
rozvoj pĜírodních vČd, tak pro pĜírodovČdné vzdČlávání je interdisciplinarita
þi ještČ lépe multidisciplinarita. Možné je tedy uvažovat nové paradigma
jako paradigma multidisciplinární (Škoda, Doulík, 2009).
Trendy multidisciplinarity se podobnČ jako ve vČdních oborech
zaþínají projevovat i v pĜírodovČdném vzdČlávání. U nás se možnost
integrace výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ a implementace vzdČlávacího
obsahu tzv. prĤĜezových témat uplatĖuje v RVP a zaþíná prostupovat celou
školskou soustavou.
133
Souþasné multidisciplinární paradigma je možno chápat jako pokus
o kompozitní model, který z porozumČní konceptuálnímu systému a metodám pĜírodovČdného poznávání odvozuje sociální relevanci pĜírodovČdného vzdČlávání (tj. využívání pĜírodovČdného poznání žákem v jeho
praktickém životČ, jako obþana ve spoleþnosti, pĜi orientaci v environmentálních problémech apod.). Tento model by mČl žákovi podle Maršáka
a Janouškové (2007) poskytovat hlavnČ porozumČní fundamentálním
pĜírodovČdným pojmĤm a zákonĤm, jež mu potom umožní lépe a hloubČji
poznávat reálný svČt, který ho obklopuje, a tím i do jisté míry lépe pĜedpovídat výsledky jeho interakcí s ním. Vedle toho klade multidisciplinární
paradigma dĤraz na rozvoj dovedností používání metod vČdeckého zkoumání pĜírodních fenoménĤ (jevĤ, faktĤ, zákonitostí, vlastností, objektĤ,
procesĤ atd.). Tento cíl vedle kognitivní zasahuje významnČ i afektivní
a psychomotorickou složku rozvoje osobnosti žáka.
Prioritní význam je dle Evropského oddČlení Eurydice v EvropČ
þasto pĜikládán i komunikaci pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Diskuse
v pĜírodovČdných pĜedmČtech mĤže nabývat minimálnČ tĜí forem – diskuse
o tom, jakou roli hrají pĜírodní vČdy ve spoleþnosti a jak souvisejí s každodenním životem, diskuse spojené s vyhledáváním informací a diskuse
spojené s provádČním pokusĤ. Klíþovou roli hraje zejména spojitost mezi
vyhledáváním informací (které pĜedstavuje dovednost v nakládání s údaji
a pĜedpokládá urþitou znalost rĤzných zdrojĤ a kvality informací) a diskusí
o širších spoleþenských otázkách. Tato spojitost je jasnČ patrná již na
úrovni primárního vzdČlávání. PĜírodní vČdy ve vztahu ke každodennímu
životu mohou být pochopitelnČ východiskem diskusí založených na
pĜirozeném chápání, pomocí nichž mohou uþitelé zjistit, do jaké míry žáci
problematice rozumČjí, a které uþební þinnosti jsou pro nČ tedy
nejvhodnČjší (Baïdak, Coghlan, 2006).
Velký význam je pĜikládán využití tzv. autentického výzkumu pĜí
výuce (bližší charakteristiky viz napĜ. Chinn, Malhorta, 2006). Podstatou
této metody je, že žáci provádČjí experimenty výzkumného charakteru.
Experiment je obvykle dlouhodobý, probíhá podle pĜedem pĜipraveného
plánu a podílí se na nČm vČtší skupina žákĤ, pĜípadnČ celá tĜída. Žáci
shromažćují výsledky, tĜídí je a uþí se je vyhodnocovat napĜ. formou
grafických závislostí a následnČ interpretovat. Nemusí pĜitom jít vždy jen
o reálný experiment. Jak jsme ukázali v pĜedcházejících kapitolách, je
možné s výhodou využít i virtuální experimenty, neboĢ více umožĖují
soustĜedit pozornost žákĤ od zjevných makrojevĤ ke skrytým mikrojevĤm,
které jsou však nezbytné pro pochopení podstaty daného faktu, jevu þi
procesu. Tato metoda rozvíjí u žákĤ schopnost klást otázky, vyhledávat
134
dĤkazy pro svá tvrzení a vytváĜet racionální argumenty. To žákĤm pomáhá
nejen porozumČt pĜírodním vČdám, ale vybavuje je takovými dovednostmi
a návyky v procesu jejich myšlení, které mají širší využitelnost. Lze také
pĜedpokládat, že zkušenosti žákĤ z aktivní úþasti na výzkumných úkolech
se pĜenesou do vyšších stupĖĤ pĜírodovČdného vzdČlávání a povedou
k redukci pasivity žákĤ pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ, jaké jsme
þasto svČdky napĜ. na gymnáziích.
Jaké perspektivy tedy mĤžeme oþekávat o transformace pĜírodovČdného vzdČlávání, a to zejména v jeho všeobecnČ-vzdČlávací rovinČ?
PostupnČ se formující multidisciplinární paradigma pĜírodovČdného
vzdČlávání odráží rozvoj výzkumných aktivit v jednotlivých vČdních
oborech a formování výzkumných, ale i teoretických problémĤ, které
vyžadují úzkou integraci poznatkĤ a pĜístupĤ rĤzných vČdních oborĤ.
Lidské bádání však pravdČpodobnČ brzy dostane spoleþného jmenovatele,
kterým bude trvale udržitelný rozvoj. Do budoucna je tedy možné uvažovat
o zatím hypotetickém paradigmatu trvale udržitelného rozvoje, které
zasáhne jak všechny vČdní disciplíny (náznaky tohoto vývoje jsou zĜetelnČ
patrné již dnes), tak v pĜeneseném smyslu i oblast vzdČlávání. Vyuþovací
proces se stane individualizovaným a pravdČpodobnČ mnohem více
virtualizovaným. V mnohem vČtší míĜe bude využívat prvkĤ e-learningu,
který se rozšíĜí do všech stupĖĤ vzdČlávání. Vyuþování se bude opírat o
využití neurofyziologických poznatkĤ o pamČti a uþení, a to ve vztahu ke
konkrétnímu uþícímu se jedinci. Bude založeno na využívání optimálních
individuálních strategiích uþení. Je možné uvažovat i o tom, že cíle, rozsah
i obsah pĜírodovČdného vzdČlávání budou urþovány individualizovanČ,
s ohledem na optimální rozvoj každého jedince a s cílem maximálnČ využít
jeho potenciál. VýraznČ se tak zvýší autonomie jedince ve vztahu
k edukaþnímu procesu. Do pĜírodovČdného vzdČlávání proniknou
poznatky, které jsou dosud diskutovány pouze na úrovni vČdních disciplín
(napĜ. využití nanotechnologií, genetické inženýrství, poznatky molekulární
a bunČþné biologie atd.). Virtuální prostĜedí umožní zkoumání jevĤ a
procesĤ, které se vymykají možnosti pozorování a školních experimentĤ
(napĜ. procesy v nitru buĖky, dČje ve vesmíru, geologické procesy atd.). To
s sebou pĜinese znaþnou redukci dosud dominujících slovních
monologických metod výuky. Pozornost se bude pĜesouvat od popisu jevĤ
a faktĤ k vysvČtlování jejich pĜíþin a možnostem jejich ovlivĖování. Velmi
výraznou zmČnou budou muset projít i didaktiky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ.
V mnohem vČtší míĜe než dnes se budou muset zabývat procesem,
prostĜedky a metodami didaktické transformace. Budou muset hledat trvale
udržitelný rozvoj i v oblasti didaktické redukce, která dnes ve svČtle
135
poznatkĤ moderní vČdy nabývá þím dál více rozmČrĤ didaktické primitivizace, která stále více rozevírá nĤžky mezi tzv. „školní vČdou“ a skuteþným
vČdeckým poznáním pĜírodovČdných oborĤ.
Virtuální objekty podporující formování pĜírodovČdné gramotnosti
žákĤ a studentĤ jako souþásti tzv. virtuálního uþebního prostĜedí (Virtual
Learning Environment – VLE) jsou bezesporu aktuálním trendem ICT
podpory pĜírodovČdné výuky. PĜinášejí novou dimenzi nejen do laboratoĜí
ale i do každodenního života žákĤ, studentĤ, uþitelĤ i každého dalšího
zájemce o pĜírodovČdné vzdČlávání. Nové možnosti takĜka kdykoliv nČco
aktuálnČ pozorovat, zmČĜit, ovládat z kteréhokoliv poþítaþe, získat aktuální
data z druhé strany svČta, prozkoumat chování modelovaného jevu za
rĤzných volitelných podmínek ve vztahu k reálnému prostĜedí by mČly být
novou „živou vodou“ pro inovaci pĜírodovČdného vzdČlávání.
ICT a zvláštČ jejich síĢovČ komponované systémy ale nenabízejí
uþitelĤm a žákĤm jen samá pozitiva, jak by se mohlo zdát po výþtu
nejaktuálnČjších trendĤ. Jde jistČ i o prostĜedí rizikové, o prostĜedí
vyžadující þasovČ nároþnou pĜípravu, o prostĜedí se stoupající závislostí na
technologiích (závislost na energetickém zdroji, na provozu serverĤ, na
možnostech a kvalitČ software, na logice, na nástrojích a struktuĜe, na
možnostech komunikace atd.), o prostĜedí se zdravotnČ hygienickými
riziky atd.
DĤvody pro neustálou kritickou evaluaci vytvoĜených a realizovaných prostĜedkĤ virtuální komunikace ve školním prostĜedí a potĜeba
integrace odborného potenciálu informatikĤ a didaktikĤ v našem pĜíkladČ
prezentovaných pĜírodovČdných pĜedmČtĤ a zejména chemie se zdají být
v souþasné dobČ více než zĜejmé.
Marshall McLuhan (1991) psal již v roce 1964 o médiích jako
o prodlouženích a zesíleních lidských smyslĤ. Virtualizace, virtuální
prostĜedí a virtuální výukové objekty mohou výraznČ ovlivnit schopnosti
vnímání a interpretace okolního svČta, tzn. podpoĜit pozitivní promČny
našich školských systémĤ. Jejich aplikace však nemĤže být samoúþelná,
tedy musí být provázena nalezením optimálního zamČĜení þi paradigmatu
pĜírodovČdné výuky jako podstatné složky formování jak všeobecného
vzdČlání tak pĜíslušné specializace.
136
8 Literatura
ÅHLBERG, M. (2004). Varieties of concept mapping. In A. J. Cañas, J. D. Novak, F. M.
Gonzáles (eds.). Concept Maps: Theory, Methodology, Technology. Proc. of the First Int.
Conference on Concept Mapping. Pamplona, 2004.
ÅHLBERG, M., AHORANTA, V. (2002). Two improved educational theory based tools to
monitor and promote quality of geographical education and learning. International Research
in Geographical and Environmental Education, vol. 11, þ. 2, s. 119 – 137.
AIVEZIDAS, C., LAZARIDOU, M., HELLDEN, G., F. (2006). A Comparison Between
Traditional and an Online Environmental Educational Program. The Journal of
Environmental Education, vol. 37, no. 4., s. 45 – 54.
BACKETT – MILBURN, K., MCKIE, L. (1999). A Critical Appraisal of the Draw and Write
Technique. Health Education Research, 14, 387 – 398.
BACON, F. (1990). Nové organon. Praha: Svoboda.
BAÏDAK, N., COGHLAN, M. (2006). Science Teaching in School in Europe. Policies and
Research. Brussels: Eurydice.
BARAN, J., CURRIE, R., KENNEPOHL, D. (2004). Remote Instrumentation for the
Teaching Laboratory. J.Chem. Ed., 81, 1814 – 1816.
BARRON’S EDUCATIONAL SERIES. (2011). Android Market. Painless Chemistry
Challenge. [online] Dostupné na WWW:
<https://market.android.com/details?id=com.CasualGameStore.Chemistry&feature=search_re
sult#?t=W251bGwsMSwyLDEsImNvbS5DYXN1YWxHYW1lU3RvcmUuQ2hlbWlzdHJ5Il
0> [cit. 2011-10-27]
BASTIAN, J., GUDJONS, H., SCHNACK, J. (2001). Theorie des Projektunterrichts.
Bremen: Bergmann & Helbig.
BAUDRILLARD, J. (1996). O SvádČní. Olomouc: Votobia.
BENEŠ, P., PUMPR, V., BANÝR, J. (1993). Základy chemie 1. Praha: Fortuna.
BERTRAND, Y. (1998). Soudobé teorie vzdČlávání. Praha: Portál.
BÍLEK, M. (1991). Stanovení koncentrace potravináĜského octa s využitím mikropoþítaþe
COMMODORE 64, In Chemický experiment a technika, poþítaþe, video, ekologie - Sborník
mezinárodního semináĜe o vyuþování chemii. Hradec Králové: PF, s. 49 – 51.
BÍLEK, M. (1996). Poþítaþová podpora experimentálních þinností ve výuce. [Disertaþní
práce]. Praha: PdF UK.
BÍLEK, M. a kol. (1997). Výuka chemie s poþítaþem. Hradec Králové: Gaudeamus.
BÍLEK, M. (1999a). Metodologické aspekty poþítaþové podpory výuky pĜírodním vČdám s
konkretizací na výuku chemie (Komentovaný soubor prací). [Habilitaþní práce]. Banská
Bystrica: UMB.
BÍLEK, M. (1999b). Vzdálená laboratoĜ pro výuku chemie. In Pregraduální pĜíprava a
postgraduální vzdČlávání uþitelĤ chemie – Sborník pĜednášek. Ostrava: OU, s.107 – 112.
BÍLEK, M. a kol. (2001). Psychogenetické aspekty didaktiky chemie. Hradec Králové:
Gaudeamus.
137
BÍLEK, M. (2003). Didaktika chemie – výzkum a vysokoškolská výuka. Hradec Králové:
Miloš Vognar - M&V.
BÍLEK, M. (2005). ICT ve výuce chemie. Hradec Králové: SIPVZ a Gaudeamus.
BÍLEK, M. (2005a). SIPVZ a další vzdČlávání uþitelĤ chemie ve využívání ICT – Modul PM.
In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie/Actual Questions of Chemistry Education XV.
– Sborník pĜednášek XV. Mezinárodní konference o výuce chemie. Gaudeamus : Hradec
Králové, s. 521 – 524.
BÍLEK, M. (2005b). 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, s. 11 – 14.
BÍLEK, M. a kol. (2007a). Vybrané aspekty vizualizace uþiva pĜírodovČdných pĜedmČtĤ.
Hradec Králové: Miloš Vognar - M&V.
BÍLEK, M. (2007b). Róznice w odbiorze przez uczniów klasycznych modeli a modeli nowej
generacji w nauczaniu chemii. In J. R. PaĞko, M. NodzyĔska, P. CieĞla, P. (eds.).
Komputerowe modele dynamiczne w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych. Krakow: AP i
Fundusz Wyszehradzki, s. 14 – 19.
BÍLEK, M. et al. (2010). Interakce virtuálního a reálného prostĜedí ve všeobecném
chemickém vzdČlávání – pĜíklad mČĜení pH. [Zpráva o realizaci dílþího výzkumu v rámci
Ĝešeného projektu GAýR þ. 406/09/0359], [online] Dostupné na WWW:
<http://lide.uhk.cz/prf/ucitel/bilekma1/moznosti/text/Vyzk_zprava_final.pdf> [cit. 2011-0710]
BÍLEK, M. (2011). Virtualizace ve všeobecném chemickém vzdČlávání: pĜíležitosti a rizika.
Biologie, chemie, zemČpis, roþ. 20, þ. 3x, s. 9 – 16.
BÍLEK, M., KONÍěOVÁ, V., HRUŠKA, L. (2002). Vliv neverbálních prvkĤ didaktických
testĤ z chemie na úspČšnost žákĤ ZŠ. In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie XII.
Sborník mezinárodní konference o výuce chemie, Hradec Králové : Gaudeamus, s. 138 – 142.
BÍLEK, M., KRÁLÍýEK, I. (2007). Názory uþitelĤ pĜírodovČdných pĜedmČtĤ na rozšiĜování
aprobace. In M. Bílek, I. Králíþek, I. Volf (eds.) RozšiĜující studium uþitelství pĜírodovČdných
pĜedmČtĤ. NámČty, souvislosti a návrhy realizace. Hradec Králové: Gaudeamus, s. 63 – 70.
BÍLEK, M., MACHKOVÁ, V., ŠIMONOVÁ, I. (2011). The Virtual World in the General
Chemistry Education – Experience in Developing the Pregraduate Teachers´Competences in
the Czech Republic. In Conference i-Society Proceedings [CD-Rom], London.
BÍLEK, M., PAĝKO, J. R. (2004). Porównanie wyników testu obrazkowego z testem
slownym. In J. R. PaĞko (ed.). Badania w dydaktyce chemii. Kraków: Wydawnictwo
Naukowe Akademii Pedagogicznej, s. 21 – 25.
BÍLEK, M., RYCHTERA, J. (1999). Chemie krok za krokem. Praha : MobyDick.
BÍLEK, M., RYCHTERA, J. (2000). Chemie na každém kroku. Praha : MobyDick.
BÍLEK, M., SLABÝ, A., RYCHTERA, J. (2000). "WEB-BASED" modely vysokoškolské
pĜípravy uþitelĤ chemie. Technológia vzdelávania, 7/2000, roþník VIII., s. 9 – 12.
BÍLEK, M., TURýÁNI, M. (2006). Vzdálené a virtuální laboratoĜe ve výuce a v pĜípravČ
uþitelĤ pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Pedagogika, roþ. LVI, 4/2006, s. 361 – 372.
BÍLEK, M., ULRICHOVÁ, M. (2007). Využití Internetu ve výucena základní škole. Hradec
Králové: Gaudeamus.
138
BLOOM, J. W. (1995). Assessing and extending the scope of children's contexts of meaning:
context maps as a methodological perspective. International Journal of Science Education,
vol. 17, þ. 2, s. 167–187.
BRESTENSKÁ, B. (1988). Možnosti využitia mikropoþítaþov v uþebnom predmete chémia
na základnych a stredných školách. [Kandidátská disertace], Bratislava: PrF UK.
BROCKMEYEROVÁ - FENCLOVÁ, J. (1986). Základní vČdecké oblasti didaktiky fyziky a
jejich metody. Matematika a fyzika ve škole, 16, 1985/86, s. 107 – 116.
BUCAT, B., FENSHAM, P. (eds.) (1995). Selected Papers in Chemical Education Research.
Implications for the Teaching of Chemistry. The Committee on Teaching of Chemistry,
IUPAC, University of Delhi, India.
BUREŠ, J. (2002). Uþení a pamČĢ. In C. Höschl, J. Libiger, J. Švestka (eds.). Psychiatrie.
Praha: Tigris.
BURLEY, J., D., JOHNSTON, H., S. (2007). A Simple Calorimetric Experiment That
Highlights Aspects of Global Heat Retention and Global Warming. J. Chem. Ed., vol. 84., þ.
10., s. 1686.
BUSS, C. D. (1992). Personality and Learning Styles. In Some Issues Concerning Curriculum
and Instruction. Pedagogika, roþ. 42, s. 219 – 221.
BUZAN, T. (2001). The Power Of Creative Intelligence. Harper-Collins.
BYýKOVSKÝ, P. (1982). MČĜení výsledkĤ výuky. Tvorba didaktického testu. Praha: ýVUT.
BYKOV, T., V. a kol. (1983). Stanovljenije chimii kak nauki. Moskva: Izd.Nauka.
CARPENTER, E. T. (1982). Pigetian interviews of college students. Lincoln: University of
Nebraska.
CASHER, O., LEACH, CH., PAGE, CH. S., RZEPA, H. S. (1998). Virtual Reality Modelling
Language (VRML) in Chemistry. Chemistry in Britain, 34, 26.
CEGARRA-NAVARRO, J., G., RODRIGO-MOYA, B. (2005). Learning facilitating factors
of teamwork on intellectual capital creation. Knowledge and Process Management, vol. 12,
no. 1, s. 32 – 42.
CURRY, L. (1990). One critique of the research on learning styles. Educational Leadership,
vol. 48, s. 50 – 56.
CYRUS, P., SLABÝ, A., BÍLEK, M. (1997). Informaþní technologie v pĜípravČ
stĜedoškolských uþitelĤ technických pĜedmČtĤ. Hradec Králové: Gaudeamus.
CYRUS, P., SLABÝ, A., BÍLEK, M (2000). Digital Photography and Image Processing in
Education of Engineering Subjects. In IGIP 2000 – conference proceedinhs, Biel :
Leuchtturm Verlag, p. 245 – 249.
ýÁP, J., MAREŠ, J. (2001). Psychologie pro uþitele. Praha : Portál.
ýERNOCHOVÁ, M. (2003). PĜíprava budoucích e-uþitelĤ na e-instruction. Kladno: AISIS
o.s.
ýERVENKOVÁ, H. (2008). Experimentální þinnosti budoucího uþitele v prĤbČhu
pedagogické praxe; [Diplomová práce], Univerzita Hradec Králové.
ýIPERA, J. (1979). Vybrané kapitoly z didaktiky chemie. Praha: UK.
ýTRNÁCTOVÁ, H. (1982). VýbČr a strukturace uþiva chemie. Praha: SPN.
139
ýTRNÁCTOVÁ, H., BANÝR, J. (1997). Historie a souþasnost výuky chemie u nás.
Chemické listy, roþ. 91, þ. 1, s. 59 – 65.
DAHNCKE, H., BEHRENDT, H. (2001)Taking Action and Learning Physics – Research in
Secondary School Classes in Two Countries Regarding Experiments and Computer
Simulation. In N. Valanides (ed.). Science and technology Education: Preparing Future
Citizens. Proceedings of the 1st OSTE Symposium in Southern Europe, Volume II. Nicosia:
University of Cyprus, p. 324 – 333.
DeBOER, G., E. (1991) A History of Ideas in Science Education: Implications for Practice.
New York: Teachers College Press.
DeHART HURD, S. (2002). Modernizing science education. Journal of Research in Science
Teaching, vol. 39, no. 1, s. 3 – 9.
DOULÍK, P. (2005a). DČtská pojetí vybraných fenoménĤ z oblasti pĜírodovČdného vzdČlávání
na základní škole. [Disertaþní práce]. Trnava : PdF TU.
DOULÍK, P. (2005b). Geneze dČtských pojetí vybraných fenoménĤ. Acta Universitatis
Purkynianae 107, Studia Paedagogica, Ústí nad Labem : UJEP.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001a). Metoda uþení jako aktivní konstrukce poznatkĤ žáka
aplikovaná ve výuce chemie. Biologie, chemie, zemČpis, 3, 125 – 130.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001b). Netradiþní metody výuky chemie. Moderní vyuþování, 4,
8 – 9.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001c). Otázky diagnostiky pĜi výuce chemie metodou aktivní
konstrukce poznatkĤ žáka. Moderní vyuþování. 6, 8 – 9.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2002a). Konstruktivistické metody výuky jako prostĜedek
modernizace práce uþitele chemie. In: M. Bílek (ed.). Profil uþitele chemie II. Sborník
pĜíspČvkĤ z jednání v sekcích XI. Mezinárodní konference o výuce chemie. Hradec Králové:
Gaudeamus, s. 60 – 64.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2002b). Tvorba a ovČĜení výzkumných nástrojĤ kvantitativní
diagnostiky prekonceptĤ. In Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis, Ser. D. Supplementum I,
No. 6, s. 75 – 82.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2005). Výzkumné metody použitelné k diagnostice dČtských
pojetí. In ŠKODA, J. Souþasné trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. Acta Universitatis
Purkynianae þ. 106. Studia paedagogica. Ústí nad Labem: UJEP.
DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2008). Diagnostika dČtských pojetí a její využití v pedagogické
praxi. Acta Universitatis Purkynianae þ. 143. Studia paedagogica. Ústí nad Labem: UJEP.
DOULÍK, P., ŠKODA, J., BÍLEK, M. (2004). Cviþebnice vybraných metod pedagogického
výzkumu – CD-ROM. PdF UJEP, Ústí nad Labem. [on-line] Dostupné na WWW:
<http://cvicebnice.ujep.cz/> [cit. 6.11.2009]
DOULÍK, P., ŠKODA, J., HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ L. (2005). Výzkumné metody
použitelné k diagnostice dČtských pojetí. Technológia vzdelávania, 8/2005, s. 2 – 8.
DOULÍK, S., ŠKODA, J. (2007). UplatnČní prvkĤ environmentální výchovy jako
prĤĜezového tématu RVP ZV v uþebnici chemie pro ZŠ. In A. Tóthová, M. Veselský (eds.).
ScienEdu. Aktuálne trendy vo vyuþovaní prírodovedných predmetov. Bratislava: Univerzita
Komenského, s. 333 – 336.
140
DOVE, J. E., EVERETT, L. A., PREECE, P. F. W. (1999). Exploring a hydrological concept
through children's drawings. International Journal of Science Education, vol. 21, þ. 5, s. 485–
497.
DRIVER, R., NEWTON, P., OSBORNE, J. (2000). Establishing the norms of scientific
argumentation in classrooms. Science Education, vol. 84, pp. 287 – 312.
DUHAJSKÝ, J., HOUFKOVÁ, J., BUREŠOVÁ, J. (2005). Využití Internetu ve výuce –
Fyzika. Metodická pĜíruþka pro základní školy. Brno : CP Books.
DUSCHL, R., A. (1990). Restructuring science education: the importance of theories and
their development. New York: Teachers College Press.
EasyVid 1.5a (2010). [online]. Dostupné na WWW:
<http://www.bastgen.de/schule/physik/physik.htm> [cit. 2011-11-11]
ES, V., KOPER, R. (2006). Testing the pedagogical expressiveness of IMS. Educational
Technology & Society, vol. 9, þ. 1, pp. 229 – 249.
FAJKUS, B. (200). Filosofie a metodologie vČdy. Praha: Academia.
FENCLOVÁ, J. (1992). Úvod do teorie a metodologie didaktiky fyziky. Praha: SPN.
FISCHER, R. (1997). Uþíme dČti myslet a uþit se. Praha: Portál.
FRANK, H. (1996). Bildungskybernetik/Klerigkibernetiko. Bratislava & München: Akademia
Libroservo, Esprima & KoPäd.
FRISCHHERZ, B., SCHÖNBORN, A. (2004). Animations and Simulations as Lerning
Objects. Modelling Process and Quality Criteria. In 6. ICNEE – Proceedings, Neuchatel.
FRISCHHERZ, B., SCHÖNBORN, A., SCHULIN, R. (2003). More than Facts and Figures –
a Typology f E-learning Activities for the Natural Sciences. In 5. ICNEE – Proceedins,
Lucerne.
GALLARD, A. J. (1994). Learning Science in Multicultural Environments. The Impact of
Culture on the Learning and Teaching of Science. In: K. Tobin (ed.). The Practice of
Constructivism in Science Education. Hillsdale – New Jersey : Lawrence Erbaum Associates,
pp. 171 – 7180.
GAVORA, P. (1988). Uþenie sa z textu a metakognitívne procesy. Pedagogika, roþ. 38, s.
661 – 670.
GAVORA, P. (1999). Úvod do pedagogického výskumu. Bratislava: Univerzita Komenského.
GAZZANIGA, M., S. (2000). The New Cognitive Neurosciences. 2nd Edition. Massachusetts
Institute of Technology.
GOODMAN, N. (1996). ZpĤsoby svČta-tvorby. Bratislava: Archa.
GORGHIU, G., GORGHIU, L., M., SUDUC, A., M., BIZOI, M., DUMITRESCU, C.,
OLTEANU, R., L. (2009). Related Aspects to the Pedagogical Use of Virtual Experiments. In
A. Méndez-Vilas, A. Solano Martín, J. A. Mesa Gonzáles, J. Mesa Gonzáles (Eds.).
Research, Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education. Badajoz: Formatex,
pp. 809 – 813.
GRECA, I. M., MOREIRA, M. A. (2000). Mental models, conceptual models and modelling.
International Journal of Science Education, vol. 22, þ. 1, s. 1-11.
GREENBOWE, T. (2009). Animations and Simulations. Iowa State University, [on-line]
[2009-05-14] Dostupné na WWW:
141
<http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animationsindex.htm>
[cit. 2011-11-11]
GULIēSKA, H. (1997). Strategia multimedialnego ksztaácenia chemicznego. PoznaĔ :
Wydawnictwo Naukowe UAM.
HADJ-MOUSOVÁ, Z., DUPLINSKÝ, J. (2002). Diagnostika. Pedagogicko-psychologické
poradenství II. Praha: Univerzita Karlova.
HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ L., DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2005). Základní aspekt Ĝízení
uþební þinnosti žákĤ jako aktivní konstrukce poznání. Technológia vzdelávania, 8/2005, s. 12
– 15.
HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ, L., ŠKODA, J. (2006). Kompetence koordinátorĤ kurikula
školy. In J. Doležalová, D. Vrabcová (eds.). Kompetence uþitele na pozadí souþasné
kurikulární reformy. Hradec Králové: Gaudeamus.
HALÁKOVÁ, Z., KUBIATKO, M. (2008). Sú budúci uþitelia prírodovedných predmetov
tvoriví? Pedagogika, vol. 58, þ. 1, s. 50-60.
HARTL, P., HARTLOVÁ, H. (2000). Psychologický slovník. Praha: Portál.
HARWOOD, W. (2004). An Activity Model for Scientific Inquiry. [online]. Dostupné na
WWW: <http://www.btanj.org/demo/2004/harwood1.pdf> [cit. 2011-11-11]
HASSARD, J. (1999). The Art of Teaching Science. Oxford University Press.
HELD, L., PUPALA, B. (1995). Psychogenéza žiakovho poznania vo vyuþovaní. Bratislava :
PdF UK.
HELLBERG, J. (1978). Vývoj chemie jako vyuþovacího pĜedmČtu vysoké a všeobecnČ
vzdČlávací školy. Hradec Králové: Pedagogická fakulta.
HELLBERG, J. (1983). Elementy metodologie vČdeckého poznávání v didaktickém systému
všeobecnČ vzdČlávací školy. [Doktorská disertace]. Hradec Králové: PF.
HELLBERG, J. et al. (2000). Experimentální Ĝešení problémových úloh v chemii. Hradec
Králové (nepublikovaný rukopis).
HELLBERG, J., BÍLEK, M. (2000). K souþasnému stavu a vývojovým tendencím výuky
chemii ve vybraných zemích Evropské unie. Hradec Králové: Gaudeamus.
HERRON, J. D. (1979). The influence of intellectual development on learning chemistry
concepts. In Materiaá of III International Conference on Chemical Education, Dublin.
HILDEBRAND, J. (1999). Internet: Ratgeber für Lehrer. Köln: Aulis Verlag Deubner.
HOLADA, K. (2000). Pedagogika chemie. Specifické þinnosti uþitele chemie a jeho žákĤ.
Praha: Univerzita Karlova – Pedagogická fakulta.
HOLÝ, I. (1993). Školní chemický experiment ve vysokoškolské pĜípravČ uþitelĤ.
[Kandidátská disertace]. Hradec Králové: VŠP.
HONEY, S., MUMFORD, A. (2001). The Learning Styles Questionnaire. Maidenhead: S.
Honey Publishing. [online]. Dostupné na WWW:
<http://www.vugtk.cz/nzk/c406/berljant.htm> [cit. 2011-11-03]
CHINI, J. J., CARMICHAEL, A., SANJAY REBELLO, N., GIRE, G., PUNTAMBEKAR,
S. (2010). Comparing Students’ Performance with Physical and Virtual Manipulatives in a
Simple Machines Curriculum. [online]. Dostupné na WWW:
<http://web.phys.ksu.edu/papers/2010/chini-aera.pdf> [cit. 2011-11-11]
142
CHINN, C., A., MALHORTA, B., A. (2002). Epistemologically Authentic Inquiry in
Schools: A Teoretical Framework for Evaluating Inquiry Tasks. Science Education, vol. 86,
pp. 175 – 218.
CHRÁSKA, M. Didaktické testy. Brno : Paido, 1999
IEEE Learning Technology Standards Commitee (2002). WG12: Learning Object Metadata.
[on-line], Dostupné na WWW: <http://itsc.ieee.org/wg12> [cit. 2004-05-25]
JANÍK, T. (2009). Didaktické znalosti obsahu a jejich význam pro oborové didaktiky, tvorbu
kurikula a uþitelské vzdČlávání. Brno: Paido, s. 119.
JAROSIEVITZ, B. (2009). ICT use in science Education. In: Méndez-Vilas, A., Solano
Martín, A., Mesa Gonzáles, J., A., Mesa Gonzáles, J. (Eds.) Research, Reflections and
Innovations in Integrating ICT in Education. Badajoz: Formatex, pp. 382 – 386.
JELEMENSKÁ, P., SANDER, E., KATTMANN, U. (2003).
Model didaktickej
rekonštrukcie: Impulz pre výzkum v oborových didaktikách. Pedagogika, roþ. 53. þ. 2, s. 190
– 201.
KANSANEN, P. (2002). Didactics and its relation to educational psychology: Problems in
translating a key concept across research communities. International Review of Education,
vol. 48, þ. 6, pp. 427 – 441.
KAPADIA, R., BOROVCNIK, M. (1991). Chance Encounters: Probability in Educatin.
Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
KAPPENBERG, F. (1988). Computer im Chemieunterricht. Stuttgart: Verlag Dr. Flad.
KATTMAN, U., DUIT, R., GROPENGIEßER, H. (1998). The Model of Educational
Reconstruction - Bringing together Issues of Scientific Clarification and Students'
Conceptions. In ERIDOB. Kiel: Leibniz Institute for Science Education, pp. 253-262.
KING, A. (1997). ASK to THINK-TEL WHY®©: A model of transactive peer tutoring for
scaffolding higher level complex learning. Educational Psychologist (1997), Volume: 32,
Issue: 4, pp. 221 – 235.
KING, A., STAFFIERI, A., ADELGAIS, A. (1998). Mutual peer tutoring: Effects of
structuring tutorial interaction to scaffold peer learning. Journal of Educational Psychology,
vol. 90, þ. 1, pp. 134 – 152.
KOHOUTEK, R. (2008). Kognitivní vývoj dČtí a školní vzdČlávání. Pedagogická orientace,
þ. 3, s. 3 – 22.
RVP ZV (2007). Rámcový vzdČlávací program pro základní vzdČlávání (se zmČnami
provedenými k 1. 9. 2007). Praha: VÚP.
KOLÁě, K., DOLEŽAL, R., MYŠKA, K., DOSTÁL, H. (2004). Informaþní technologie ve
výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 164.
KOLÁě, K., MYŠKA, K., DOLEŽAL, R., MAREK, M. (2006). Poþítaþové modely ve výuce
chemie. Hradec Králové : Gaudeamus.
KOLÁě, K., MYŠKA, K., TOMEýEK, O. (2000). Acta Univ. Matthiae Belli (Chémia), 4,
80.
KOLB, A., KOLB, D., A. (2001). Experiential Learning Theory Bibliography 1971-2001.
Boston: McBer and Co.
143
KOMENSKÝ, J. A. (1999). Orbis Sensualium Pictus. [on-line]. Dostupné na WWW:
<http://www.narodsobe.cz/clovek/kultura/literatura/Autori_CS/Komensky_Jan_Amos/Orbis_Sensualium_Pictus/
Puvodni_vydani/index.htm [cit. 2006-11-04]
KOMENSKÝ, J.,A. (1874). Didaktika analytická. Praha: Nakl. Fr.A.Urbánek, 1874.
KONIECZNA, M. i zesp. (1992). Eksperymentalne rozwiazywanie zadaĔ problemowych w
chemii. Warszawa: WSziP.
KOTARBIēSKI, T. (1972). Praxeologie. Praha: Academia.
KOUBA, L., kol. (1995). Technické systémy ve výuce II. Praha: PdF UK, 1995.
KRIýFALUŠI, D. (2001). Rozvíjení funkþní gramotnosti v pregraduální pĜípravČ uþitelĤ
chemie. In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie X. - sborník pĜednášek, Gaudeamus,
Hradec Králové, s. 68 – 74.
KRNEL, D., WATSON, R., GLAŽAR, S. A. (2005). The development of the concept of
'matter': a cross-age study of how children describe materials. International Journal of
Science Education, vol. 27 þ 3, s. 367–383.
KUKULSKA-HULME, A., TRAXLER, J. (2005). Mobile learning – a handbook for
educators and trainers. New York: Taylor & Fracis Inc, USA.
KULIý, V. (1980). Základní principy a mechanismy uþení In Z. KoláĜ a kol. Pedagogická
psychologie. Praha: SPN.
KULIý, V. (1992). Psychologie Ĝízeného uþení. Academia, Praha.
LAMANAUSKAS, V. (2009). Augmented Reality and Augmented Virtuality in Early
Science/Chemistry Education. In M. Bílek et al. Interaction of Real and Virtual Environment
in Early Science Education: Tradition and Challenges. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 77 –
93.
LANDA, L. N. (1997). Methodological Drawbacks of Current Educational Software and
Ways to Radically Improve It. In M. Bílek, G. Švejda (eds.) Technologické otázky ve
vzdČlávání. DobĜichovice: KAVA-PECH, s. 45 – 51.
LÁNSKÝ, M. (2000). Dynamické pojetí superznakĤ. In J. Sedláþek, J., M. Bílek (eds.).
Kybernetické modely ve vzdČlávání a v mezilidské komunikaci - sborník pĜednášek 8. PKKP,
Hradec Králové: Gaudeamus.
LAWSON, A., E, WORSNOP, W. A. (1992). Learning about evolution and rejecting a belief
in special creation: Effects of reflective reasoning skill, prior knowledge, prior belief and
religious commitment. Journal of Research in Science Teaching, vol. 29, pp. 143 – 66.
LEPIL, O. (2004). Videoanalýza kmitání mechanických oscilátorĤ. Matematika, fyzika,
informatika, roþ. 14 (2004), þ. 4, s. 214.
LEPIL, O. (2010). Teorie a praxe tvorby výukových materiálĤ. Olomouc: UP.
LIM-TEO, S. K., CHUA, K. G., CHEANG, W. K., YEO, J. K. K. (2007). The development
of Diploma in education student teachers’ mathematics pedagogical content knowledge.
International Journal of Science and Mathematics Education, 5(2), 237–261.
LINDGREN, R., SCHWARTZ, D. (2009). Spatial Learning and Computer Simulations in
Science. International Journal of Science Education, vol. 31., þ. 3., pp. 419 – 438.
LOKŠOVÁ, I. (1999). Pozornost, motivace, relaxace a tvoĜivost dČtí ve škole. Praha: Portál.
144
LOWE, J., A. (1997). Scientific concept development in Solomon Island students: a
comparative analysis. International Journal of Science Education, vol. 19., no. 8, pp. 743 –
759.
LUSTIG, F. (2001). Interaktivní internetové laboratorní studio ISES. In E. Mechlová (ed.).
Information and Communication Technology in Education - Proceedings, Ostrava: Ostravská
univerzita, s. 32 – 53.
LUSTIG, F. (2003). Distanþní fyzikální laboratoĜe. In E. Mechlová (ed.). ICTE 2003 –
sborník pĜíspČvkĤ, Ostrava: PĜF OU, s. 27 – 34.
LUSTIGOVÁ, Z., ZELENDA, S. (1997). Vzdálená laboratoĜ pro výuku fyziky. In Poškole
97, Praha: ýVUT, s. 66 – 71.
MACEK, Z. (1997). Obraz jako didaktický prostĜedek. Praha: MVS, 137, s. 453 – 467.
MACHKOVÁ, V., BÍLEK, M. (2010). Využití webové aplikace pĜi výuce chemie. Media4u
magazine, roþ. 7, þ. X3, s. 114 – 117. [online]. Dostupné na WWW: http://www.media4u.cz
MAREŠ, J. (1998). Styly uþení žákĤ a studentĤ. Praha: Portál, 1998.
MARŠÁK, J., JANOUŠKOVÁ, S. (2007). Trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. [online]
Dostupné na WWW: <http://www.rvs.cz/clanek/6/1055> [cit. 2007-07-14]
MARTÍNEZ-JIMÉNES, P., PONTES-PEDRAJAS, A., POLO, J., CLIMENT-BELLIDO, M.
S. (2003). Learning in Chemistry with Virtual Laboratories. J.Chem. Educ., 80, 346 – 352.
MARTON, F. (1994). Phenomenography. In T. Husén, T. N. Postlethwaite (eds.) The
International Encyclopedia of Education. Second edition, vol. 8. Pergamon, s. 4424 – 4429.
[on-line] Dostupné na WWW: http://www.ped.gu.se/biorn/phgraph/civil/main/1res.appr.html
[cit. 6.11.2009].
MATċJģ, P. (2000a). Tisková zpráva k projektu SIALS [online]. Dostupné na WWW:
<http://www.nvf.cz/news/zprava.htm> [cit. 2000-09-03].
MATċJģ, P. (2000b). Jak jsme dopadli ve výzkumu funkþní gramotnosti [online]. Dostupné
na WWW: <http://www.scio.cz/ucitelske_listy/ul98_99/jakjsme.htm> [cit. 2000-09-03].
MATURANA, H., R., VARELA, F., J. (1987). The Tree of Knowledge: The Biological Roots
of Human Understanding. Boston: Shambhala.
MAYER, R. E., ANDERSON, R. B. (1991). Animations need narrations: An experimental
test of dual-coding hypothesis. Journal of Educational Psychology, Vol. 83.
McLUHAN, M. (1991). Jak rozumČt médiím? Praha: Academia.
MECHLOVÁ, E. (1999). Výkladový slovník fyziky pro základní vysokoškolský kurz. Praha:
Prométheus.
MERCER, N., LITTLETON, K. (2007). Dialogue and the development of children's thinking:
A sociocultural approach. London: Routledge.
MILGRAM, P., KISHINO, F. A. (1994). Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays. In
IECE Trans. on Information and Systems (Special Issue on Networked Reality), Vol. E77-D,
no. 12 pp. 1321 – 1329.
MIRANOWICZ, N., MIRANOWICZ, M. (2009) Chemistry education with podcasts.
Strategy and effectiveness. In Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education. 1,
1, s. 338-341. [online]. Dostupné na WWW: <http://www.formatex.org/micte2009/book/338341.pdf> [cit. 2011-11-11].
145
MOLEFE, N. P. J., LEMMER, M., SMIT, J. J. A. (2005). Comparison of learning
effectiveness of computer-based and conventional experiments in science education. South
Africa Journal of Education, vol. 25, þ. 1, s. 50-55.
MOLNÁR, A., REJCHRTOVÁ, N. (1987). Jan Amos Komenský – O sobČ. Praha : Odeon.
MOSS, D., M., ABRAMS, E., D., ROBB, J. (2001). Examining student conceptions of the
nature of science. International Journal of Science Education, vol. 23, þ. 8, s. 771–790.
MÜLLEROVÁ, L., ŠKODA, J., ŠIKULOVÁ, R. (2000). Diagnostika a identifikace uþebních
stylĤ žákĤ jako nezbytný pĜedpoklad pro možnost hledání efektivních uþebních postupĤ.. In
Acta Facultatis Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis. Zborník Pedagogickej fakulty
Trnavskej Univerzity. Séria D - Vedy o vychove a vzdelávání. Trnava: Trnavská univerzita,
Pedagogická fakulta, s. 83 – 87.
MUNDELL, D., W. (2009). Marangoni Flowers and the Evil Eye: Overhead Presentations of
Marangoni Flow. J. Chem. Ed., vol. 86., þ. 7., p. 833.
MYŠKA, K., KOLÁě, K. (2001). Vybrané aplikace poþítaþové grafiky ve výuce chemie. In
II. vedecká konferencia doktorandov, PrF UKF, Nitra, s. 249 – 253.
MYŠKA, K., KOLÁě, K. (2002). Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis, Ser. D., Suppl. I, 6,
53.
MYŠKA, K., KOLÁě, K., MAREK, M. (2006). Vzorce, modely a poþítaþová grafika ve
výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus.
NATIONAL SCIENCE RESOURCES CENTER of the National Academy of Sciences and
the Smithsonian Institution. (1997). Science for All Children. A Guide to Improving
Elementary Science Education in Your School District. Center for Science, Mathematics, and
Engineering Education.
NEWTON, L., D., NEWTON, D., P. (1998). Primary children's conceptions of science and
the scientist: is the impact of a national curriculum breaking down the stereotype?
International Journal of Science Education, vol. 20, þ. 9, s. 1137-1149.
NEZVALOVÁ, D. (2010). Assessing Science for Understanding. Olomouc. UP.
NEZVALOVÁ, D. a kol. (2010). Inovace v pĜírodovČdném vzdČlávání. Olomouc: UP.
NICOLL, G., FRANCISCO, J., NAKHLEH, M. (2001). A three-tier system for assessing
concept map links: a methodological study. International Journal of Science Education, vol.
23, þ. 8, s. 863-875.
NODZYēSKA, M. (2002). K pravidlĤm vyuþování chemie na základČ Piagetovy
konstruktivistické teorie. In: M. Bílek (ed.) Aktuální otázky výuky chemie XII., Gaudeamus :
Hradec Králové, s. 85 – 86.
NOVAK, J. D. (1980). Learning theory applied to the biology classroom. The American
Biology Teacher, vol. 42, þ. 5, s. 280 – 285.
NOVAK, J. D. (1998). Learning, creating and using knowledge. Concept Maps™ as
facilitative tools in schools and in corporations. London: Lawrence Erlbaum.
NOVAK, J. D. (2002). Meaningful learning: The essential factor for conceptual change in
limited or inappropriate prepositional hierarchies leading to empowerment of learners.
Science Education, vol. 86, þ. 4, s. 548 – 571.
NOVAK, J. D., GOWIN, D. B. (1984). Learning how to learn. New York: Cambridge
University Press.
146
OLDANYGROUP
(2011).
Co
je
virtualizace?
Dostupné
na
<http://www.oldanygroup.cz/index-stranek-115/virtualizace/> [cit. 2011-11-11]
WWW:
OLYMPIOU, G., ZACHARIA, Z. C. (2010). Implementing a blended combination of
physical and virtual laboratory manipulatives to enhance students’ learning through
experimentation in the domain of Light and Color. [online] Dostupné na WWW:
<http://www.journaleic.com/article/view/8073> [cit. 2011-11-11]
OSBORNE, R., J., GILBERT, J., K. (1980). A method for the investigation of concept
understanding in science, European Journal of Science Education, vol. 2, þ. 3, s. 311-321.
OSUSKÁ, ď., PUPALA, B. (1996). „To je ako zázrak pĜírody“: fotosyntéza v žiakovom
poĖatí. Pedagogika, vol. XLVI, þ. 3, s. 214-223.
OXFORD, R., L. (1990). Language Learning Strategies: What Every Teacher Should Know.
Boston: Heinle & Heinle.
PACHMANN, E., HOFMANN, V. (1981). Obecná didaktika chemie. Praha: SPN.
PAĝKO, J. R. (2004). Koncepcja tworzenia modeli dynamicznych do stosowania w procesie
ksztaátowania pojĊü dotycących struktury materii na poziome Ğwiata mikro. In K. Myška (ed.)
Informaþní technologie ve výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus.
PEýIVOVÁ, M., ŠKODA, J. (2001). Konkretizace aktivní tvorby poznatkĤ žákem v pĜípravČ
uþitelĤ chemie. [ZávČreþná zpráva o plnČní projektu FRVŠ B0672]. Ústí nad Labem : PF
UJEP.
PETTY, G. (1996). Moderní vyuþování. Praha, Portál.
PIAGET, J. (1977). Dokąd zmierza edukacja. PWN : Warszawa.
PIAGET, J. (1999). Psychologie inteligence. Praha: Portál.
PINTÓ, R. (2005). Introducing curriculum innovations in science: Identifying teachers'
transformations and the design of related teacher education. Science Education, vol. 89, no. 1,
s. 1 – 12.
POPPER, K. R. (1997). Logika vČdeckého zkoumání. Praha: OIKOYMENH.
POSNER, C. J., GERTZOG, W. A. (1982). The clinical interview and the measurement of
conceptual change. Science Education, vol. 66, þ. 2, s. 195-209.
PRALL, B., R. (2008). Phenolphthalein-Pink Tornado Demonstrative. J. Chem. Ed., vol. 85.,
þ. 2., p. 527.
PRģCHA, J. (1984). Nové teorie uþení z textu. ýeskoslovenská psychologie, 28, No. 2,
Bratislava, s. 143 – 151.
PRģCHA, J. (1987). Uþení z textu a didaktická informace. Praha : Academia.
PRģCHA, J. (1997). Moderní pedagogika. Praha : Portál.
PRģCHA, J., WALTEROVÁ, E., MAREŠ, J. (1995). Pedagogický slovník. Praha : Portál.
RANVIC LABS. (2010) Android Market [online]. [cit. 2011-10-27]. Perfect Chemistry Lite.
Dostupné na WWW:
https://market.android.com/details?id=com.ranviclabs.chemistry.lite&feature=search_result#?
t=W251bGwsMSwyLDEsImNvbS5yYW52aWNsYWJzLmNoZW1pc3RyeS5saXRlIl0. [cit.
2011-11-11]
147
RAQUEPAU, C., A., RICHARDS, L. M. (2002). Investigating the environment: teaching and
learning with undergraduates in the sciences. Reference Services Review, vol. 30, no. 4, pp.
319 – 323.
REDISH, E. F., SAUL, J. M., STEINBERG, R. N. (1997). The effectiveness of activeengagement computer-based laboratories. American Journal of Physics, vol. 65, s. 45-54.
REINER, M., GILBERT, J., K. (2004). The symbiotic roles of empirical experimentation and
thought experimentation in the learning of physics. International Journal of Science
Education, vol. 26., þ. 15., pp. 1819 – 1834.
RIDING, R., CHEEMA, I. (1991). Cognitive styles – an overview and integration.
Educational Psychology, No. 3/4, pp. 193 – 212.
RIEDEL, H. (1991a). Neufassung des Modells der Internoperationen. Grkg/Humankybernetik,
Band 32, Heft 2, S. 57.
RIEDEL, H. (1991b). Schwierigkeitsstufung von Internoperationen und unterrichtliche
Maengel. Grkg/Humankybernetik, 3, 32, S. 103 – 114.
RIEDEL, H. (1992). Das Modell der Internperationen als Baustein innerhalb der
Systemischen Didaktik. Grkg/Humankybernetik, Band 33, Heft 3, S. 115.
RIEDEL, H. (1993). Systemisches Modell zur Differenzierung von Lernsituationen.
Grkg/Humankybernetik, 2, 34, S. 51 – 65.
RIEDEL, H. (1994a). Der Unterrichts-Prozess in kybernetisch-paedagogischer und
systemisch-didaktischer Sicht. Grkg/Humankybernetik, 1, 35, S. 13 – 25.
RIEDEL, H. (1994b). Grundgedanken der Systemischen Didaktik. In M. Lánský, I. Fialová
(eds.) Bildungskybernetik in Forschung und Lehre. Praha : KAvaPech, S. 51 – 92.
RIEFOVÁ, S. L. (2007). NesoustĜedČné a neklidné dítČ. Praha: Portál.
RIJLAARSDAM, G., COUZIJN, M., JANSSEN, T., BRAAKSMA, M., KIEFT, M. (2006).
Writing Experiment Manuals in Science Education: The impact of writing, genre, and
audience. International Journal of Science Education, vol. 28., þ. 2 – 3, pp. 203 – 233.
RINGNEY, J. W., LUTZ, K. A. (1976). Effect of graphic analogies of concepts in chemistry
on learning and attitude. Journal of Educational Psychology 68, 3.
ROTBLAT, J. (1999). A hippocratic oath for scientists. Science, vol. 286, no. 5444, p. 1475
RUBINSTEIN, J., S., MEYER, D., E., EVANS, J., E. (2001). Executive Control of Cognitive
Processes in Task Switching. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and
Performance, vol. 27, no. 4, pp. 763 – 797.
RUSEK, M. (2011). Mobilní technologie ve vzdČlávání: výzva i pro didaktiku chemie.
Media4u magazine, roþ. 8, þ. X3, s. 116 – 121. [online] Dostupné na WWW:
http://www.media4u.cz [cit. 2011-12-11]
RYE, J. A., RUBBA, P. A. (1998). An exploration of the concept map as an interview tool to
facilitate the externalization of students' understandings about global atmospheric change.
Journal of Research in Science Teaching, vol. 35, þ. 5, s. 521-546.
RYCHTERA, J. (2003). UplatĖování zpČtnovazebních principĤ v rámci praktické složky
pregraduální pĜípravy uþitelĤ, In Pregraduální pĜíprava a postgraduální vzdČlávání uþitelĤ
chemie. Ostrava: PĜF OU, s. 151.
148
RYCHTERA, J., BÍLEK, M., HLADÍKOVÁ, D., ýERVENKOVÁ, H., ěEHULKOVÁ, R.
(2009). Videotechnika jako prostĜedek zefektivĖování studia i prostĜedek pedagogického
výzkumu. In M. Bílek (ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. – Sborník 19.
Mezinárodní konference o výuce chemie, 1. þást: PĤvodní výzkumné práce, teoretické a
odborné studie. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 229 – 237.
RYCHTERA, J., BÍLEK, M., MYŠKA, K. (2009). PĜíspČvek k vizualizaci chemického
experimentu. In SúþasnosĢ a perspektívy didaktiky chemie II.Banská Bystrica: UMB, s. 67.
RYCHTERA, J., HLADÍKOVÁ, D. (2004). Profesní portfolio uþitele a jeho pĜínos
uþitelskému vzdČlávání; In Profese uþitele a souþasná spoleþnost. Ústí n.L.: UJEP, s. 20.
ěÍýAN, P., VÁGNEROVÁ, M. (1991). DČtská klinická psychologie. Praha: Avicenum.
SADLER, P. M. (1998). Psychometric models of student conceptions in science: reconciling
qualitative studies and distractor-driven assessment instruments. Journal of Research in
Science Teaching, vol. 35, s. 269-296.
SADLER-SMITH, E. (1997). „Learning Style“: Frameworks and Instruments. Educational
Psychology, No. 1/2, pp. 51 – 64.
SANGER, M. J. Using Particulate Drawings to Determine and Improve Students' Conceptions
of Pure Substances and Mixtures. J. Chem. Ed., 2000, vol. 77, þ. 6, s. 762.
SEDLÁKOVÁ, M. (2004). Vybrané kapitoly z kognitivní psychologie. Mentální reprezentace
a mentální modely. Praha: Grada.
SEIFERT, J. W. (2004). Visualisieren, Präsentieren, Moderieren. Das Standardwerk. 21.
vydání. Offenbach : Gabal.
SHULMAN, L., S. (1987). Knowledge and teaching: Foundations of the new reform.
Harvard Educational Review, vol. 57, pp. 1 – 22.
SCHREINER, C., SJØBERG, S. (2004). Sowing the seeds of ROSE. Background, Rationale,
Questionnaire Development and Data Collection for ROSE (The Relevance of Science
Education) - a comparative study of students' views of science and science education. Acta
Didactica. (4/2004) Oslo : Dept. of Teacher Education and School Development, University
of Oslo.
SILVA, R., LIMA, N., COQUET, E., CLÉMENT, P. (2004). Portuguese primary school
children's conceptions about digestion: identification of learning obstacles. International
Journal of Science Education, vol. 26, þ. 9, s. 1111-1130.
SIMPSON, A., J., SHIRZADI, A., BURROW, T., LEFEBVRE, B., CORRIN, T., DICKS, A.
P. (2009). Use of NMR and NMR Prediction Software To Identify Components in Red Bull
Energy Drinks. J. Chem. Ed., vol. 86., þ. 3, p. 360.
SJØBERG, S. (2009). Young people and science. Attitudes, values and priorities. Evidence
from the ROSE project. [online]. Dostupné na WWW:
<http://www.ils.uio.no/english/rose/network/countries/norway/eng/nor-sjoberg-eu2005.pdf>
[cit. 2011-11-11].
SKALKOVÁ, J., SÝKORA, M., DUCHÁýKOVÁ, O. (1980). SovČtská pedagogika a další
rozvoj þeskoslovenské výchovnČ vzdČlávací soustavy. Olomouc: Krajský pedagogický ústav.
SKORŠEPA, M., KMEġOVÁ, J. (2005). Posibilities of Internet in Chemical
Experimentation. In: M. Bílek (ed.) Internet in Science and Technical Education. Hradec
Králové: Gaudeamus, pp. 62 – 65.
149
SLABÝ, A., BÍLEK, M. (2001). Promotion of Geometrical Imagination by Mathematical
Modelling and Visualization in Technical Teacher Training. In IGIP 2001 – conference
proceedings, Klagenfurt : Leuchtturm Verlag.
SLOTTE, V., LONKA, K. (1999). Spontaneous concept maps aiding the understanding of
scientific concepts. International Journal of Science Education, vol. 21, þ. 5, s. 515–531.
SMITH, G. W., PUNTAMBEKAR, S. (2010). Examining the Combination of Physical and
Virtual Experiments in an Inquiry Science Classroom. [online]. Dostupné na WWW:
<http://www.cblis2010.waw.pl/files/SmithCBLIS2010.pdf> [cit. 2011-11-11]
SNIDER, V. E. (1990). What We Know About Learning Styles from Research in Special
Education. Educational Leadership, 47, No.1, p. 53.
SOLÁROVÁ, M. (2009). Metodika výuky chemie na 2. stupni základních škol a stĜedních
školách z pohledu pedagogické praxe. Ostrava: Ostravská univerzita.
SOLÁROVÁ, M., ŠVEC, V. (1998). Styly uþení z textu u žákĤ gymnázia. Pedagogická
orientace. Brno, No. 3, s. 56 – 66.
SONNENWALD. D., H., KIM, S.-L. (2002). Investigating the Relationship between
Learning Style Preferences and Teaching Collaboration Skills and Technology: An
Exploratory Study. In E. Toms (ed.). Proceedings American Society for Information Science
and Technology, pp. 64 – 73.
SOVÁK, M. (1990). Uþení nemusí být muþení. Praha: SPN.
STERNBERG, R. J. (1988). The Nature of Creativity: Contemporary Psychological
Perspectives. London : Cambridge University Press.
STETSON UNIVERSITY (2011) Android Market [online]. [cit. 2011-10-27]. MajhongChem.
Dostupné na WWW:
https://market.android.com/details?id=com.mahjongchem&feature=search_result#?t=W251b
GwsMSwyLDEsImNvbS5tYWhqb25nY2hlbSJd [cit. 2011-11-11].
STEWART, J., VAN KIRK, J., ROWELL, R. (1979). Concept maps: A tool for use in
biology teaching. The American Biology Teacher, vol. 41, þ. 3, s. 171 – 175.
STODDART, T., ABRAMS, R., GASPER, E. (2000). Concept maps as assessment in science
inquiry learning – a report of methodology. International Journal of Science Education, vol.
22, þ. 12, s. 1221–1246.
STÖRIG, H., J. (1993). Malé dČjiny filozofie. Praha: Zvon.
SWELLER, J. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty and instructional design.
Learning and Instruction, vol. 4, sp. 295-312.
ŠIMONOVÁ, I., POULOVÁ, P., ŠABATOVÁ, M. et al. (2009). On Contribution of Modern
Technologies towards Developing Key Competencies. Hradec Králové: Miloš Vognar M&V.
ŠKODA, J. (2005). Souþasné trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. Acta Universitatis
Purkynianae 106, Studia Paedagogica, Ústí nad Labem : UJEP.
ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2005). Popularizace výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ – nová výzva
pro oborové didaktiky? In M. Bílek (ed.) Aktuální otázky výuky chemie/Actual Questions of
Chemistry Education XV. – Sborník pĜednášek XV. Mezinárodní konference o výuce chemie.
Hradec Králové: Gaudeamus, s. 421 – 426.
ŠKODA, J., DOULÍK, P.
(2009a). Vývoj paradigmat pĜírodovČdného vzdČlávání.
Pedagogická orientace, roþ. 19, þ. 3, s. 24 – 44.
150
ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2009b). Lesk a bída školního chemického experimentu. In M.
Bílek (ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. Research, Theory and Practice in
Chemistry Didactics XIX. 1. þást: PĤvodní výzkumné práce, teoretické a odborné studie.
Hradec Králové: Gaudeamus s. 238 – 245.
ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2011). Psychodidaktika. Metody efektivního a smysluplného uþení
a vyuþování. Praha: Grada.
ŠKODA, J., DOULÍK, S., HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ, L. (2005). Implementace prvkĤ
popularizace do výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Technológia vzdelávania, þ. 8, s. 9 – 12.
ŠKODA, J., PEýIVOVÁ, M., DOULÍK, P. (2003). The Importance of Illustrative
Presentations in Teaching Chemistry by Applying Constructivist Methods. In M. Bílek a kol.
Visualization in Science and Technical Education. Gaudeamus, Hradec Králové, s. 13 – 19.
THORNTON, R. K. (1999). Using Results of Research in Science Education to Improve
Science Learning. In International Conference on Science Education, Nicosia, Cyprus, Jan.,
1999, pp. 1 – 9. [online]. Dostupné na WWW:
<http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.114.1832.pdf> [cit. 2011-11-11]
TàACZAàA, W., GORGHIU, G., GLAVA, A., E., BAZAN, P., KUKKONEN, J., MĄSIOR,
W., UĩICKI, J., ZAREMBA, M. (2006). Computer simulation and modeling in virtual
physics experiments. Current Developments in Technology-Assisted Education, Vol. 1, p.
1198.
TRNA, J. (2005). Nastává éra mezioborových didaktik? Pedagogická orientace, þ.1, s. 89 –
97.
TRUJILLO, C., A. (2005). A Modified Demonstration of the Catalytic Decomposition of
Hydrogen Peroxide. J. Chem. Ed., vol. 82., þ. 6., p. 855.
TRUMBO, J. (1999). Visual Literacy and Science Communication. Science Communication
20, 409 - 425.
TURýÁNI, M., BÍLEK, M., SLABÝ, A. (2003). Prírodovedné vzdelávanie v informaþnej
spoloþnosti. Edícía Prírodovedec þ. 115, Nitra: FPV UKF.
URBANOVÁ, A., OROLÍNOVÁ, M. (2004). Priebežné výsledky riešenia projektu
integrovaného vyuþovania prírodných vied pre základnú školu. In J. Šibor (ed.). Mezinárodní
semináĜ didaktikĤ chemie – sborník anotací pĜíspČvkĤ s CD-Rom (full-texty pĜíspČvkĤ), Brno:
MU, s. 102/14.
VÁGNEROVÁ, M. (2001). Kognitivní a sociální psychologie pro žáka základní školy. Praha:
Karolinum.
VARELA, F., J., MATURANA, H., R., URIBE, R. (1974). Autopoiesis: the organization of
living systems, its characterization and a model. Biosystems, vol. 5, pp. 187 – 196.
VERMUNT, J. D., VERMETTEN, Y. J. (2004). Patterns in student learning: relationships
between learning strategies, conceptions of learning, and learning orientations. Educational
Psychology Review, 16(4), 359-384.
VIANA 3.64 (2010). [online]. Dostupné na WWW:
essen.de/viana> [cit. 2011-11-11]
<http://didaktik.physik.uni-
VIDANTOO (2010). [online]. Dostupné na WWW: http://hbecker.sytes.net/vidantoo/ [cit.
2011-11-11]
151
VÍT, J. (1986). Poþítaþové simulace reálných a myšlenkových experimentĤ ve vyuþování
chemii. [Kandidátská disertace]. Hradec Králové: PF.
VORONOVIC, R. (2011). The Influence of Virtual and Real Experiments on Pupils'
Achievements and Attitude towards Chemistry. In A. Krumina (ed.) Chemistry Education –
2011 Scientific Articles Conference Proceedings. Riga: Latvijas Universitate, pp. 182 – 186.
VYGOTSKIJ, L. S. (1971). Myšlení a Ĝeþ. Praha: SPN.
WEBER, B. (1984). Kybernetik der Lernvorgänge. [Dissertation], Universität Hannover.
WEDEKIND, J. (1981). Unterrichtsmedium Computersimulation. Weil der Stadt, S. 69.
WILLIAMS, R. A., ROCKWELL, R. E., SHERWOOD, E., KUBA, P. (1996). Od báboviþek
k magnetĤm: pĜírodovČdné þinnosti s malými dČtmi. Praha.
WOLSKI, R., JAGODZINSKI, P. (2009). Chemistry Experiment and Modern Multimedia
Technologies. In M. Bílek et al. Interaction of Real and Virtual Environment in Early Science
Education: Tradition and Challenges. Hradec Králové : Gaudeamus, pp. 26 – 37.
WOODFIELD, B. F. et al. (2004). The virtual ChemLab Project: A Realistic and
Sophisticated Simulation of Inorganic Qualitative Analysis. J.Chem. Ed., 81, 1672 – 1678.
YAIR, Y., MINTZ, R., LITVAK, S. (2001). 3D-Virtual Reality in Science Education: An
Implication for Astronomy Teaching. Journal of Computers in Mathematics and Science
Teaching, vol. 20, þ. 3., pp. 293 – 305.
YORE, L., D., BISANZ, G., L., HAND, B., M. (2003). Examining the literacy component of
science literacy: 25 years of language arts and science research. International Journal of
Science Education, vol. 25., þ. 4., pp. 689 – 725.
YOUNG, D., B. (1997). Súþasné trendy v reformných procesoch vyuþovania prírodných vied.
In FAST-DISCO. Bratislava: R&D.
ZANKOV, L., V. (1975). Obuþenije i razvitije. Moskva.
ZVOLSKÝ, P. a kol. (1994). Obecná psychiatrie. Praha: UK, 1994.
ŽOLDOŠOVÁ, K. (2004). Detské predstavy o prírodných javoch. In Acta Facultatis
Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis, Séria D: Vedy o výchove a vzdelávaní, s. 66 – 75.
ŽOLDOŠOVÁ, K., HELD, ď. (2000). Chemical laboratory in the nature and pupil´s
motivation. In Science and Technology Education in new Millenium (3rd IOSTE Symposium
for Central and East European Countries). Praha : PĜF UK.
ŽOLDOŠOVÁ, K., PROKOP, P. (2002). Motivaþný vpliv skúsenostného uþenia
v prírodovednom vzdelávaní v teréne (diagnostika detskou kresbou). In M. Bílek (ed.).
Aktuální otázky výuky chemie XII. Gaudeamus : Hradec Králové, s. 319 – 324.
ŽOLDOŠOVÁ, K., PROKOP, P., KIRCHMAYEROVÁ, J. (2000). Prírodovedné predmety
v teréne. UþiteĐské noviny, roþník L, þ. 1, s. 7.
152
9 RejstĜík
ǖhlberg, M. 41
akomodace 20, 34
analýza žákových textĤ a kreseb 43
animace 80, 83
animace a simulace poþítaþové 78, 79,
112
asimilace 20
aspekt dynamický 79
- kinetický 87
- zjednodušovací 79
- zobrazovací 79
Bacon, F. 21
bezprostorovost 8
blokace myšlení 17
Bruner, J. 40
Buzan, T. 39
Byþovský, P. 36
centrum informaþní 90, 124
Curry, L. 68
ýáda, F. 43
þinnosti empirické 13
- teoretické 13
- žákĤ percepþní 123
ýtrnáctová, H. 14
dedukce 11
design pedagogický 89
diagramy þasové 94
didaktiky mezioborové 45
displeje hlavové 100
- prostorové 100
- ruþní 100
dotazník 34
Duplinský, J. 43
efektivita didaktická 33
e-knihy 98
elementarizace 58
Eurydice 134
experiment 11, 17, 19
- demonstraþní 89
- heuristický 64
- kvalitativní 11
- motivaþní 88
- myšlenkový 11
- vČdecký 20
experiment virtuální 26, 60, 68, 82
Experimenta lucifera 21
experimenty efektní 28
- virtuální 6, 29, 74, 75, 78, 134
- webové 83
fenomenologie biologická 22, 64
fokusace 90
funkce didaktická 49
- enkulturaþní 18, 89
- experimentu ilustrativní 18
- - motivaþní 12
- - objevná 12
- - ovČĜující 12
Fyzweb 50
Goodman, N. 72
gramotnost vizuální 8
Greenbowe, T. 104
Hadj-Mousová, Z. 43
Haláková, Z. 36
Harwood, W. 125
Hellberg, J. 10, 14
hledisko ontodidaktické 59
interakce reálného a virtuálního
prostĜedí 77
interview 35, 36
interview klinické 37
ISES 54
Janík, T. 19
jazyk virtuality 61
Kohoutek, R. 70, 73
Kolb, A. 65
Kolb, D. A. 65
kombinace reálného a virtuálního
prostĜedí 48
komunikace rozšíĜená 103
- simulovaná 103
- virtuální ve školním prostĜedí
136
- zprostĜedkovaná 103
koncepce ǖhlbergova 40, 41
- výzkumnČ ladČného
pĜírodovČdného vzdČlávání 26
konstruktivismus 125
- radikální 22
153
konstruktivismus sociální 21
Kubiatko, M. 36
kvalifikace uþitelská 112
kvaziexperiment 20
laboratoĜ virtuální 51, 52
- vzdálená 53
laboratoĜe vzdálené a virtuální 48
LabVIEW 54
Lamanauskas, V. 100
LEGO 54
Lepil, O. 94
Lustig, F. 50
mapa pojmová 39, 42, 66
mapování pojmové 39, 41
mapy konceptuální 38
MatČjþek, Z. 43
McLuhan, M. 136
mČĜení pH 104
- vzdálená 48
- vzdálené 54
- z videozáznamu 94
metaanalýza informaþních zdrojĤ 22
metakognice 21,
metastrategie 59
metoda experimentální 10
- explorativní 34
metodologie 11
Milgram, P. 100
miskoncepce 22
model ekonomiky myšlení 18
- KolbĤv uþení 65
- kybernetický zpracování
informací 15
- mentální 80
modelování poþítaþové 78
modely 3D 100
multitasking 61
myšlení deduktivní konkrétní 15
- ikonické 66
- induktivní konkrétní 15
- interdisciplinární 133
- systémové 67
Novak, J. D. 39
objekty operaþní 87
- virtuální 136
Oxfordová, R. L. 70
Palmtop 96
154
paradigma multidisciplinární 133
- pragmatické 130
perspektivy virtualizace 129
perturbace 22
pH-metr virtuální 51
poþítaþ kapesní 96
podpora internetová základních metod
pĜírodovČdného poznávání 56
pojetí dČtská žákĤ 20
pokus a omyl 10
prezentace virtuální 69
problematika environmentální 27, 131
proces virtualizovaný 135
- vyuþovací 135
procesy percepþní 90, 115
projekt ROSE 132
prostĜedí virtuální 29, 32, 64, 111, 135
- virtuální uþební 50, 136
pĜetížení kognitivní žáka 8
pĜevodníky A/D a D/A 85
pĜístroj mČĜící 17, 85
- virtuální mČĜící 88, 104
pĜístup badatelský 125
pseudoexperiment 20
realita smíšená 99
- virtuální 99, 100
rekonstrukce didaktická 18, 19, 20, 32,
58
rekonstrukce pĜedstav 38
Riedel, H. 14, 87
rozhovor fenomenografický 37, 43
RVP ZP 18, 25, 73, 132
Ĝízení poznávacích þinností žákĤ 123
Sadler-Smith, E. 74
Shulman, L. S. 19
schémata asimilaþní 34
simulace 80, 83
- poþítaþové 92
software pedagogický 115
spoleþnost virtualizovaná 61
stádia rozvoje uþitele 115
Stewart, J. 39
strategie uþební afektivní 70
- - automanažerské 73
- - kognitivní 71
- - kompenzaþní 70
- - metakognitivní 72
strategie uþební pamČĢová uþební 70
- - smyslové a pohybové 71
- - sociální 71
strategie uþení 68
stroj virtuální 129
studio internetové laboratorní 54
styly uþební 61
svČt virtuální 81, 100
technika digitální 45
technologie vzdČlávání 45
teleprojekty 55
teorie Ausubelova 41
testování didaktické 35
Thortnton, R. K. 125
transfer nespecifický 66
- specifický 66
transformace didaktická 33
trenažér experimentální þinnosti 92
trenažéry laboratorní þinnosti 6
trsy Buzanovy 42
uþení objevné 17
- smysluplné 39
uvažování reduktivní 10
Van Kirk, J. 39
variabilita mČĜícího pĜístroje 87
vČda pĜírodní 11
- školní 67
Vermetten, Y. C. 70
Vermunt, J. D. 70
viditelnost aparatury 123
virtualizace 64, 136
vizualizace 29
výzkum autentický 26
vzdČlávání pĜírodovČdné 130
Weber, B. 17, 18
Wedekind, J. 46
zaĜízení mobilní elektronické 96
zmČna konceptuální 38
znalost obsahu didaktická 19
zóna nejbližšího vývoje 21
155
10 PĜílohy
10.1 Pracovní listy pro provedení laboratorního cviþení v reálném
a virtuálním prostĜedí
Pracovní list þ. 1
(Verze s reálným mČĜením)
Téma: Jak jsou kyselé a zásadité rĤzné chemické látky?
Jméno a pĜíjmení:
Datum:
TĜída:
Úkol þ. 1:
V zásobních lahvích máš pĜipravené roztoky kyseliny chlorovodíkové, hydroxidu
sodného a chloridu sodného o koncentracích 0,02 mol/dm3 a 0,06 mol/dm3. Pomocí pHmetru zmČĜ postupnČ pH všech roztokĤ pĜi laboratorní teplotČ a namČĜené hodnoty pH
zapiš do tabulky.
PomĤcky a chemikálie:
Kádinka 100 ml, pH-metr, stĜiþka s destilovanou vodou.
Postup:
Do kádinky odmČĜ 100 ml roztoku HCl o nižší koncentraci (0,02 M). MČĜící elektrodu
pĜipraveného pH-metru ponoĜ dle instrukcí uþitele do kádinky, nech ustálit pH na
displeji pHmetru a zmČĜenou hodnotu zapiš do tabulky. Potom mČĜící elektrodu
pHmetru vyndej z roztoku a omyj ji destilovanou vodou. Dále postupuj tak, že zmČĜíš
pH roztoku HCl o vyšší koncentraci a dále všechny roztoky hydroxidu sodného a
chloridu sodného. NamČĜené hodnoty zapisuj do pĜíslušných políþek tabulky.
Roztok/koncentrace (mol/dm3)
HCl
NaOH
NaCl
156
0,02
0,06
Úkol þ. 2:
Pokus se odpovČdČt na otázky v tabulce s pomocí získaných údajĤ v úkolu þ. 1. Své
odpovČdi zapiš do tabulky.
Otázka
TvĤj odhad
Jaké pH bude mít 100 ml roztoku
kyseliny chlorovodíkové o koncentraci
0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ?
......................................., protože (doplĖ)
.................................................
.............................................................
Jak se zmČní pH hydroxidu sodného o
3
koncentraci 0,06 mol/dm a laboratorní
teplotČ, když zmČníme jeho objem ze
100 ml na objem 50 ml?
Zakroužkuj svĤj odhad správné odpovČdi.
a) pH zĤstane pĜibližnČ stejné,
b) pH se sníží,
c) pH se zvýší,
protože (doplĖ)
.................................................
Jaké pH bude mít ve srovnání
Zakroužkuj svĤj odhad správné odpovČdi.
s roztokem hydroxidu sodného roztok
Roztok hydroxidu draselného bude mít
hydroxidu draselného o stejné
a) pH pĜibližnČ stejné,
koncentraci, stejném objemu a stejné
laboratorní teplotČ?
b) pH nižší,
c) pH vyšší,
jako/než roztok hydroxidu sodného za daných
podmínek, protože (doplĖ)
.................................................
157
(Verze s reálným mČĜením)
Datum:
TĜída:
Úkol þ. 3
Své odpovČdí z úkolu þ. 2 ovČĜ pomocí mČĜení s pHmetrem.
Otázka
Tvé odpovČdi zjištČné mČĜením
kyseliny chlorovodíkové o koncentraci
0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ?
Zakroužkuj správnou odpovČć.
Jak se zmČní pH hydroxidu sodného o
koncentraci 0,06 mol/dm3 a laboratorní
a) pH zĤstalo pĜibližnČ stejné
(nezmČnilo se o více než 0,1),
teplotČ, když zmČníme jeho objem ze
100 ml na objem 50 ml?
b) pH se snížilo (o více než 0,1),
PĜesnost mČĜení pH s použitým
c) pH se zvýšilo (o více než 0,1).
pHmetrem je 0,1.
Jaké pH bude mít ve srovnání
s roztokem hydroxidu sodného roztok
hydroxidu draselného o stejné
Roztok hydroxidu draselného má
a) pH pĜibližnČ stejné (nezmČnilo se
o více než 0,1),
koncentraci a laboratorní teplotČ?
b) pH nižší (o více než 0,1)
PĜesnost mČĜení pH použitým pHmetrem
je 0,1.
c) pH vyšší (o více než 0,1)
jako/než roztok hydroxidu sodného.
158
Úkol þ. 4:
Navrhni další úlohy v tomto laboratorním uspoĜádání. Popiš zadání a výsledky dalších
úloh, které bys mohl s pĜipravenými pomĤckami a chemikáliemi také provést. PĜi
návrzích mĤžeš požádat uþitele o poskytnutí dalších chemikálií nebo dalších pomĤcek.
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………
Kde všude se mĤžeš setkat s pH a jeho mČĜením:
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………
159
(Verze s poþítaþovou simulací)
TĜída:
Datum:
Úkol þ. 1:
Na poþítaþi máš pĜipravené simulované mČĜící prostĜedí pHmetru. Pomocí tohoto
prostĜedí urþi postupnČ pH roztokĤ kyseliny chlorovodíkové, hydroxidu sodného a
chloridu sodného o koncentracích 0,02 mol/dm3 a 0,06 mol/dm3 a namČĜené hodnoty pH
zapiš do tabulky.
PomĤcky:
Poþítaþ s internetem, internetová adresa:
<http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/acidba
sepH/ph_meter.html>
Postup:
Nejprve urþi hodnotu pH roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,02 mol/ dm3
a objemu 100 ml. V nabídce roztoky (Solutions) zvol (nebo zkontroluj zvolení) druh
mČĜené látky, nejprve to budou kyseliny (Acid). Poté vyber kyselinu chlorovodíkovou
(HCl). Koncentraci jejího roztoku (Molarity) nastav na první mČĜenou hodnotu (0,02 M,
tj. 2 x 10-2). Objem roztoku (Volume) nastav na 100 ml. Tlaþítkem Vložit elektrody
(Insert Probes) ponoĜ pH-metr do roztoku. Po ustálení hodnoty pH ji zapiš do
pĜíslušného políþka tabulky. Elektrody vysuĖ z roztoku pomocí tlaþítka Odebrat
elektrody (Remove Probes). Dále stejným zpĤsobem urþi pH roztoku HCl o vyšší
zadané koncentraci. Po urþení obou zadaných koncentrací roztoku HCl a jejich zápisu
do tabulky, urþi stejným zpĤsobem hodnoty pH roztokĤ hydroxidu sodného (Base –
NaOH) a chloridu sodného (Salt I – NaCl).
Roztok/koncentrace (mol/dm3)
HCl
NaOH
NaCl
160
0,02
0,06
Úkol þ. 2:
Pokus se odpovČdČt na otázky v tabulce s pomocí získaných údajĤ v úkolu þ. 1. Své
odpovČdi zapiš do tabulky.
Úkol
TvĤj odhad
kyseliny chlorovodíkové (Acid – HCl) o
koncentraci 0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní
teplotČ?
Jak se zmČní pH hydroxidu sodného
......................................., protože (doplĖ)
.................................................
.............................................................
Zakroužkuj svĤj odhad správné
(Base – NaOH) o koncentraci 0,06
odpovČdi.
mol/dm3 a laboratorní teplotČ, když
a) pH zĤstane pĜibližnČ stejné,
zmČníme jeho objem ze 100 ml na objem
50 ml?
b) pH se sníží,
c) pH se zvýší,
protože (doplĖ)
.................................................
Jaké pH bude mít ve srovnání s roztokem
Zakroužkuj svĤj odhad správné
hydroxidu sodného (Base – NaOH)
odpovČdi.
roztok hydroxidu draselného (Base –
Roztok hydroxidu draselného bude mít
KOH) o stejné koncentraci, stejném
objemu a stejné teplotČ?
d) pH pĜibližnČ stejné,
e) pH nižší,
f) pH vyšší,
jako/než roztok hydroxidu sodného za
stejných podmínek, protože (doplĖ)
.................................................
161
(Verze s poþítaþovou simulací)
Datum:
TĜída:
Úkol þ. 3
Své odhady z úkolu þ. 2 ovČĜ pomocí mČĜení s pHmetrem.
Otázka
OdpovČdi zjištČné mČĜením
Jaké pH bude mít 100 ml roztoku kyseliny
chlorovodíkové o koncentraci 0,1 mol/dm3
pĜi laboratorní teplotČ?
Jak se zmČní pH hydroxidu sodného
3
o koncentraci 0,06 mol/dm a laboratorní
teplotČ, když zmČníme jeho objem ze 100
ml na objem 50 ml?
a) pH zĤstalo pĜibližnČ stejné,
b) pH se snížilo,
c) pH se zvýšilo.
Jaké pH bude mít ve srovnání s roztokem
hydroxidu sodného roztok hydroxidu
Roztok hydroxidu draselného má
draselného o stejné koncentraci, stejném
a) pH pĜibližnČ stejné,
objemu a stejné teplotČ?
b) pH nižší,
c) pH vyšší
jako/než roztok hydroxidu sodného za
stejných podmínek.
162
Úkol þ. 4:
Navrhni další úlohy v tomto simulovaném laboratorním uspoĜádání. Popiš zadání a
výsledky dalších úloh, které bys mohl s pĜipravenými pomĤckami a chemikáliemi také
provést. PĜi návrzích mĤžeš požádat uþitele o radu k dalšímu postupu.
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………
Kde všude se mĤžeš setkat s pH a jeho mČĜením:
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………
163
10.2 Vstupní test (pretest)
Vstupní test – pH
Jméno a pĜíjmení: ...............................................
TĜída: ........................
1) Kyselé vodné roztoky mají pH:
a) vČtší než 7 a menší než 14,
b) menší než 7,
c) vČtší než 14.
2) Zásadité vodné roztoky mají pH:
a) menší než 7,
b) vČtší než 7 a menší než 14,
c) 7.
3) Zda je vodný roztok kyselý nebo zásaditý mĤžeme urþit pomocí (zaškrtnČte
všechny správné možnosti):
1. univerzálního indikátorového papírku,
2. pHmetru,
3. digitálních vah,
4. šĢávy z þerveného zelí,
5. poþítaþe,
6. indikátoru lakmusu,
7. teplomČru,
8. laboratorních vah.
164
4) Co jsou to acidobazické indikátory?
a)
Jsou to látky, které se zbarvují rĤznČ v kyselých a zásaditých roztocích.
b)
Jsou to látky, které urychlují chemické reakce.
c)
Jsou to látky, které zpĤsobují kyselost nebo zásaditost vodných roztokĤ.
d)
Jsou to látky, které zpĤsobují zbarvení kyselé nebo zásadité látky.
5) V následující nabídce zakroužkuj všechny látky, které ve vodných roztocích
odštČpují H+:
a) chlorid sodný,
b) hydroxid sodný,
c) kyselina sírová,
d) hydroxid vápenatý,
e) zinek,
f) oxid kĜemiþitý,
g) kyselina chlorovodíková,
h) kyselina octová.
odštČpují OH-:
a) chlorid sodný,
b) hydroxid sodný,
e) zinek,
165
7) V následující nabídce je mnoho vČcí, které znáš z bČžného denního života.
Koleþkem | pĜed názvem oznaþ ty, které obsahují látky, které podle Tebe mají pH
menší než 7.
KĜížkem pĜed názvem oznaþ ty, které obsahují látky, které podle Tebe mají pH
vČtší než 7.
zralé jablko
þaj
zelí
kopĜivy
malta
hnojivo na kvČtiny
citrón
voda
vápno
acylpyrin
pomeranþ
mléko
sádra
mouka
roztok mýdla
ocet
sodovka
náplĖ akumulátoru v autČ
vápenec
tabletka vitamínu C
kostka cukru
sliny
popel ze spáleného dĜeva
prášek do peþiva
8) Dokonþi uvedenou vČtu – jakkoli, na základČ zkušeností z bČžného života,
znalostí ze školy....
Pod slovem (symbolem) pH si pĜedstavím....
166
10.3 VČdomostní test „Co už vím o pH a jeho mČĜení“ (posttest)
Co už vím o pH a jeho mČĜení
Milé žákynČ a žáci,
pĜed nČkolika dny jste mČli možnost v laboratorním cviþení z chemie mČĜit
kyselost a zásaditost vodných roztokĤ rĤzných látek. MČĜili jste veliþinu, která se
nazývá pH a podle její hodnoty jste urþovali, zda šlo o látku kyselou nebo zásaditou a
usuzovali jste také na její koncentraci a další souvislosti. K mČĜení jste používali mČĜicí
pĜístroj, který se nazýval pH metr. MČli jste možnost mČĜit buć s ruþním pHmetrem
nebo s pHmetrem na monitoru poþítaþe (poþítaþovou simulací pHmetru). PĜipravili
jsme pro Vás nČkolik otázek, na které chceme získat Vaše odpovČdi. Zajímá nás, co už
víte o pH a jeho mČĜení.
Nejprve vyplĖte své jméno a pĜíjmení, potom svoji tĜídu a pak odpovídejte na
jednotlivé otázky buć zaškrtnutím správné odpovČdi, nebo jejím doplnČním do
pĜipraveného volného místa.
Jméno a pĜíjmení: ...............................................
TĜída: ........................
1) Kyselé vodné roztoky mají pH:
a) vČtší než 7 a menší než 14,
b) menší než 7,
c) vČtší než 14.
2) Zásadité vodné roztoky mají pH:
a) menší než 7,
b) vČtší než 7 a menší než 14 ,
c) 7.
3) Zda je vodný roztok kyselý nebo zásaditý mĤžeme urþit pomocí (zaškrtnČte
všechny správné možnosti):
1. univerzálního indikátorového papírku,
2. pHmetru,
3. digitálních vah,
167
4.
5.
6.
7.
8.
šĢávy z þerveného zelí,
poþítaþe,
indikátoru lakmusu,
teplomČru,
laboratorních vah.
4) Co jsou acidobazické indikátory?
a) Jsou to látky, které se zbarvují rĤznČ v kyselých a zásaditých roztocích.
b) Jsou to látky, které urychlují chemické reakce.
c) Jsou to látky, které zpĤsobují kyselost nebo zásaditost vodných roztokĤ.
d) Jsou to látky, které zpĤsobují zbarvení kyselé nebo zásadité látky.
odštČpují H+:
a) chlorid sodný,
b) hydroxid sodný,
e) zinek,
odštČpují OH-:
a) chlorid sodný,
b) hydroxid sodný,
e) zinek,
168
10.4 Dotazník „Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?“
Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?
Milé žákynČ a žáci,
pĜed nČkolika dny jste mČli možnost v laboratorním cviþení z chemie mČĜit
kyselost a zásaditost vodných roztokĤ rĤzných látek. MČĜili jste veliþinu, která se
nazývá pH a podle její hodnoty jste urþovali, zda šlo o látku kyselou nebo zásaditou a
usuzovali jste také na její koncentraci a další souvislosti. K mČĜení jste používali mČĜicí
pĜístroj, který se nazýval pH metr. MČli jste možnost mČĜit s ruþním pHmetrem a také
s pHmetrem na monitoru poþítaþe (poþítaþovou simulací pHmetru). PĜipravili jsme pro
Vás nČkolik otázek, na které chceme získat Vaše odpovČdi. Zajímají nás Vaše názory na
provedená mČĜení, která jste nedávno v laboratorních cviþeních absolvovali.
Nejprve vyplĖte své jméno a pĜíjmení, potom svoji tĜídu a pak odpovídejte na
jednotlivé otázky buć zaškrtnutím správné odpovČdi, nebo jejím doplnČním do
pĜipraveného volného místa.
Jméno a pĜíjmení: ............................................... TĜída: ........................
1) Oznaþ, která verze laboratorní práce se ti více líbila?
a)
MČĜení pH s pomocí poþítaþové simulace.
b)
MČĜení pH s pomocí ruþního pHmetru.
c)
ObČ laboratorní práce se mi líbily stejnČ.
2) Domníváš se, že poznatky z laboratorní práce s využitím poþítaþové simulace
budeš moci nČkdy využít?
a)
Ano, v dalším studiu chemie.
b)
Ano, v praktickém životČ.
c)
Ne.
d)
Nevím.
3) Domníváš se, že poznatky z laboratorní práce s využitím ruþního pHmetru budeš
moci nČkdy využít?
a) Ano, v dalším studiu chemie.
b) Ano, v praktickém životČ.
c) Ne.
d) Nevím.
4) U které verze laboratorní práce se ti lépe mČĜily hodnoty pH?
169
a)
b)
c)
dobĜe.
d)
V laboratorní práci s ruþním pHmetrem.
V laboratorní práci s poþítaþem simulovaným pHmetrem.
ObČ mČĜení byla jednoduchá, mČĜilo se mi v obou pĜípadech stejnČ
ObČ mČĜení byla obtížná, mČl jsem potíže v obou pĜípadech.
5) Kde bys využil v životČ mČĜení pH?
…………………....................................................................................................
…………………...................................................................................................
6) Jaký pĜínos pro tebe mČla laboratorní práce s využitím poþítaþem simulovaného
pHmetru? (MĤžeš oznaþit více možností)
a)
Získal jsem nové vČdomosti.
b)
OvČĜil jsem si vČdomosti o kyselosti a zásaditosti chemických látek.
c)
Upevnil jsem si vČdomosti z hodin chemie.
d)
Už vím, co je to pH.
e)
Už umím pH mČĜit.
f)
Nic nového jsem se nedozvČdČl.
g)
Nic nového jsem se nenauþil.
7) Jaký pĜínos pro tebe mČla laboratorní práce s využitím ruþního pHmetru?
(MĤžeš oznaþit více možností)
a) Získal jsem nové vČdomosti.
b) OvČĜil jsem si vČdomosti získané z výuky o kyselosti a zásaditosti
chemických látek.
c) Upevnil jsem si vČdomosti z hodin chemie.
d) Už vím, co je to pH.
e) Už umím pH mČĜit.
f) Nic nového jsem se nedozvČdČl.
g) Nic nového jsem se nenauþil.
8) Která verze laboratorní práce byla podle tvého názoru více spojená s látkami
využívanými v bČžném životČ?
a)
Laboratorní práce s ruþním pHmetrem.
b)
Laboratorní práce s poþítaþem simulovaným pHmetrem.
c)
ObČ laboratorní práce mČly pro mČ stejné spojení s látkami využívanými
v bČžném životČ.
d)
ObČ laboratorní práce se podle mého názoru spojení s látkami
využívanými v bČžném životČ netýkaly.
9) ChtČl bys mít doma ruþní PHmetr?
a) Ruþní pHmetr doma máme, mČĜíme s ním (doplĖ):
.............................................................................................................
b) Ruþní pHmetr bych chtČl mít doma, mohl bych napĜ. mČĜit (doplĖ):
............................................................................................................
c) NechtČl, nemČl bych ho na co použít.
170
10) Vrátil ses už pĜi své práci s poþítaþem a Internetem k poþítaþové simulaci
pHmetru?
a) Ano už nČkolikrát.
b) Zkoušel jsem to, ale nepodaĜilo se mi to.
c) Rád bych to nČkdy zkusil.
d) Ne, nezajímá mČ to.
Volná odpovČć – pokud máš nČjaké doplĖující poznámky k obČma možnostem
provedení laboratorní práce s tématem „MČĜení pH“, napiš nám je sem:
.............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
171
10.5 Vybrané poþítaþové simulace a animace dostupné na Webu
Portály poþítaþových animací a simulací
x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownl
oad/index4.html – široká nabídka animací a simulací chemických jevĤ,
experimentĤ a dalších objektĤ na portálu Thomase Greenbowa
x http://www.xtec.cat/~erodri24/pagina_quimica/pagina2quimicap.htm#14 –
soubory animací španČlského portálu Eleny Rodrigo
x http://is.muni.cz/elportal/estud/prif/ps07/taraba/animace01.html – animace
vybraných chemických výrob Jana Taraby
x http://www.walter-fendt.de/ph14cz/ – fyzikální Java-applety Waltera Fendta
Simulace laboratorních þinností
x http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/acidba
sepH/ph_meter.html – simulátor práce s pH-metrem
x http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/brownian/brow
nian.html – simulace Brownova pohybu
x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/e
lectroChem/voltaicCellEMF.html – simulace galvanického þlánku
x http://www.virtlab.com/index.aspx – simulátor titrace kyselin zásadou
x http://www.colorado.edu/physics/2000/isotopes/radioactive_decay3.html –
simulace poloþasu rozpadu rĤzných nuklidĤ
x http://phet.colorado.edu/en/simulation/soluble-salts – rozpustnost NaCl ve vodČ
x http://www.cez.cz/cs/vyzkum-a-vzdelavani/pro-studenty/materialy-kestudiu/pocitacove-programy/4.html – simulace jaderné elektrárny
x http://www.walter-fendt.de/ph14cz/gaslaw_cz.htm – simulace základních dČjĤ
v ideálním plynu
x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/e
lectroChem/electrolysis10.html – simulace elektrolýzy
x http://www.modelscience.com/ – software pro modelování laboratorních þinností
Animace pĜírodovČdných jevĤ a þinností
x http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/galvan5.swf –
animace fungování galvanického þlánku
x http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/vitr/flash-model-jakfunguje-vetrna-elektrarna.html – animace Jak funguje vČtrná elektrárna na linku
x http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu//powersof10/index.html
– animovaná sekvence obrázkĤ, které postupnČ ukazují svČt od jeho vesmírných
mČĜítek (vzdálenosti srovnatelné s velikostí Mléþné dráhy) až po mikrokosmos
(rozmČr menší než je jádro atomu)
x http://www2.nl.edu/jste/bonds.htm – jednoduché animace vzniku kovalentní a
iontové vazby
x http://mathworld.wolfram.com/TruncatedIcosahedron.html – animace rĤzných
struktur fullerenu a síĢ fullerenu C60
172
x http://biomodel.uah.es/en/water/p3.htm – animace zmČn v soustavČ „voda - led“
x http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons9.ht
m - animace titrace slabé kyseliny silnou zásadou
x http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio210/chem1a.htm – animace
vzniku chemické vazby
x http://old.lf3.cuni.cz/chemie/cesky/animace.htm – animace prĤbČhu osmózy
x http://atomovejadro.wz.cz/stranky/radioaktivita_4.html – animace z Webu
Fyzika atomového jádra
x http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/dissolve.
html – rozpouštČní soli ve vodČ
výroby železa v nístČjové peci
výroby kyseliny sírové
x http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_diffusion_
works.html – animace difúze
Modelování molekul
x http://www.molecules.org/ – modelování chemických struktur
x http://www.uwsp.edu/chemistry/pdbs/ – modely molekul
x http://www.colby.edu/chemistry/OChem/DEMOS/EAS.html – simulace
s chemickou tématikou
x http://pdf.uhk.cz/kch_old/modely – modely molekul
173
Abstract
Towards Virtualization of School Experimental Activities
Real and Virtual Experiment – Possibilities and Limits of Its
Combination Using in Early Science Education
(Examples from Chemistry Instruction)
The ICT implementation to the process of instruction does not mean
eliminating real school experiments from school laboratory practice. The
real living environment makes us face more and more items of virtual
environments, worlds, mediated by infinite possibilities of computer
networks. The mediated perception through virtual images has become an
important cognitive channel for pupils. Real information from the existing
reality is steadily replaced by virtual information. Is the remote (by
computer network mediated) and virtual (by computer simulated)
experiment able to meet requirements of the best school laboratory
practice? How to blend an effective and meaningful application of real,
indirect and simulative observation, measuring and experimenting
according to didactic principles?
Researching these fields leads, or not, to proving intuitive
estimations, which is important, as well as answering other questions
resulting from this area of potential assets and threats. It is obvious that
nowadays, in the period of creating and applying remote, especially virtual,
laboratories and their accessibility also in extra-curricular conditions via
Web, there is an increasing demand for new researches (mainly
pedagogical and pedagogical-psychological ones) in this field.
This monograph introduces results of the research project, supported
by the Czech Science Foundation (Project GAýR N. 406/09/0359), which
started in 2009 and finished in 2011, oriented to analysing possibilities and
limits of the virtual environment in experimental activities learners and
teachers especially in chemistry, which serves as an example of natural
science instruction. This subject provides wide space for application of
information technologies to support empirical (observation, measuring,
experiment) and theoretical (modelling, comparing) cognitive methods.
The technology development is very fast but as for its influence on learning
in various stages of pupil’s development in the field of knowledge
processing, there are only few applicable principles, rules and natural
relations. One of the main objectives was to express the role of modern
174
technical equipment and technology in forming so called visual literacy,
current and important part of which the work with computed simulations is.
Modern technical equipment plays a contradictory role in this type of
learning. On one hand, various processes and technologies of visualisation
(mainly of 3-D objects) lead to using software products strengthening
spatial skills, if properly used. On the other hand, both TV and computer
screens may provide incorrect imaginations and habits, e.g. virtual
experience which does not prove exact, but biased, misrepresented or
incorrectly formed spatial skills, understanding weights, forces, energies,
solidity, as well as emotions and feelings.
In the three parts of the mentioned project we obtained few
interesting results relating to chemistry education supported by ICT on
lower secondary education and on chemistry teachers´ training. The
research activity on secondary chemistry education was oriented to
working with real and virtual (simulated) pH-meter. After measurements
learners were tested on their level of knowledge and asked to express their
opinion on other possibilities of pH measuring with laboratory devices.
Pupils working with real devices (manual pH-meters) related their
proposals to their practical applications which frequently appear in
everyday life. On the contrary, pupils working with virtual devices (Webapplets) were kept fully engaged in this virtual environment. Either
situation, i.e. whether they belong to the real or virtual world, influenced
learners´ opinion substantially. In case of work in virtual environment their
relation to the real environment was restricted by the computer screen and
keyboard to a large degree.
Reaching the above mentioned types of targets in science, education
is classified to be progress in the process of developing the science
literacy. The irtual environment supported by ICT is penetrating both
human and school life. All kinds of our activities can be supported by
technologies. According to Marshall McLuhan (1964) it can be said
“...technologies are enhancing our senses...” and they can support our
understanding of nature and improving our being. In our opinion, the
necessity to research this field, especially in situations where the initial
relation to natural science and technical subjects is formed, is currently
very topical and desirable.
Results and findings described in this monograph can be a big
motivation for continuing similar research projects, examining other
examples of virtual worlds (different animations and simulations in
different didactical scenarios) and next examples of their use in different
types of instructional design.
175
Název:
K virtualizaci školních experimentálních þinností
Podtitul:
Reálný a virtuální experiment – možnosti a meze
využití jejich kombinace v poþáteþní
pĜírodovČdné výuce (s pĜíklady z výuky chemie)
Rok a místo vydání:
Vydání:
Náklad:
DTP:
2011, Hradec Králové
první
200
Lukáš Vacek
Vydal WAMAK CZ s.r.o. pro nakladatelství M&V Hradec Králové
ISBN 978-80-86771-47-2

s pĜíklady z výuky chemie - Lide na UHK

Transkript

Podobné dokumenty

teorie a praxe tvorby výukových materiálů

PDF (PC, iPad) - E-knihy.knihovna.cz

Studijní obor: 53-41-M/007 Zdravotnický asistent

VZDċLÁVACÍ PROGRAM ZÁKLADNÍ ŠKOLA

Vysoká škola báská - Technická univerzita Ostrava