MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA

MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA

Bakalářská práce

Brno 2011

Karel Špalek

MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA

KATEDRA TECHNICKÉ A INFORMAČNÍ VÝCHOVY

Kreativita a rozvoj technického myšlení Bakalářská práce

Brno 2011

Vedoucí diplomové práce: Ing. Karel Stibor, CSc.

Vypracoval: Karel Špalek

„Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů.“ V Brně dne 17.4.2011 ........................ Podpis

Chtěl bych touto cestou poděkovat Ing. Karlu Stiborovi, CSc. za vedení této Bakalářské práce a cenné rady při jejím sestavování. Dále bych pak chtěl velmi poděkovat svojí sestře Mgr. Kateřině Špalkové, za pomoc při překladu některých anglicky psaných materiálů. A minimálně stejný dík připadá i rodičům za jejich podporu při studiích na všech stupních škol.

Obsah Úvod.. ....................................................................................................................................... - 5 Předmluva ................................................................................................................................. - 6 1.

2.

3.

Teoretická část................................................................................................................ - 8 1.1.

Kreativita ................................................................................................................ - 8 -

1.2.

Technické myšlení ................................................................................................ - 12 -

1.3

Historie tvořivosti ................................................................................................. - 19 -

Praktická část................................................................................................................ - 23 2.1.

Stavebnice ............................................................................................................. - 23 -

2.2.

Využití pomůcek ve výuce odborných předmětů ................................................. - 29 -

2.3.

Návrh tvořivých hodin s využitím stavebnic ........................................................ - 35 -

Závěr: ........................................................................................................................... - 53 -

Použitá literatura ..................................................................................................................... - 55 Elektonické zdroje .................................................................................................................. - 59 Přílohy: ................................................................................................................................... - 60 -

Úvod Tato práce se zabývá využíváním stavebnic jako učebních pomůcek jak na základních, tak středních školách. Měla by zaplnit jedno z bílých míst v pedagogice jak technických, tak i přírodovědních předmětů. V teoretické části se práce zabývá kreativitou a technickým myšlením, které jako pojem je dosud v české republice málo užívané. Práce proto bude víceméně vycházet ze zahraniční literatury, která se problematikou technického myšlení zabývá o poznání více než literatura tuzemská. Vysvětlí pojem učební pomůcka, rozebere využití pomůcek ve výuce a význam těchto pomůcek pro pedagoga (učitele). Provázaností a shodnými prvky všech těchto kapitol, pak budeme mít kvalitní teoretický základ pro vytvoření didaktického materiálu pro tvořivé hodiny technických předmětů. V teoretické části bude našim cílem, najít vhodné stavebnice, které lze snadno aplikovat jako didaktickou pomůcku, rozebrat jejich klady a zápory a sestavit kvalitní didaktický materiál s jejich využitím. Dalším z cílů práce je také rozvoj technického myšlení u žáků, právě za podpory stavebnic. V tomto bodě se práce bude opírat o výsledky usnesení konfederace švédských podniků z roku 2002, kde bylo uznáno, že pro podnikovou sféru je důležitější aby absolvent střední odborné školy uměl přemýšlet a byl znalý a fundovaný k řešení problému, nebo nového technicko-technologického postupu, než samotná znalost definic, pojmů… Tento dokument tedy bude v závěrečné části nabízet materiály (přípravy učitele na výuku), s využitím všech poznatků, pro zefektivnění výuky rozvoji technického myšlení a kreativity žáka. Zaměříme se na to, aby žák učivo opravdu chápal. Využijeme stavebnice, jako prostředku k praktickému cvičení žáků tak, aby na nich aplikovali poznatky z hodiny a názorně demonstrovali funkčnost zadaného stroje, nebo fyzikálního jevu.

-5-

Předmluva Když jsem si toto téma vybíral, viděl jsem všechno velmi jednoduše, měl jsem v hlavě pár poznatků z pedagogiky, didaktiky odborných předmětů, psychologie… a myslel jsem si, že to dostačuje k tomu, abych napsal podobnou práci. Nicméně když jsem do problematiky kreativity, a technického myšlení zabředl poněkud víc, otevřel se přede mnou úplně nový svět. A dost možná se změnil i celkový můj pohled na podporu výuky a to ať už zde demonstrovaných hodin fyziky, tak jiných technických předmětů. Důvod, proč jsem v této práci chtěl psát o rozvoji technického myšlení za podpory stavebnic, byl ten, že na základní škole, kde jsem studoval, sice pomůcky pro výuku byly, nicméně většina jich byla porouchaných, zastaralých, laboratorní práce se konaly v malém množství a byly zaměřené na výpočty a ne k tomu, aby žák učivo opravdu pochopil. Pokud jde o finanční stránku školství, nové pomůcky jsou drahé, a hodně škol na ně prostě nemá peníze. Já jsem se touto prací tedy hlavně snažil jít trochu jinak, než je tomu dnes zvykem, a to formou, že si žáci pomůcky sestrojí sami, s minimálními náklady pro školu a navíc jím fakt, že tento „přípravek“ museli, byť ve skupině, sestrojit napomáhá pochopit podstatu „stroje“ jeho části a funkčnost. Samozřejmě se nic nezměnilo na tom, že žáci se musí opírat o teoretickou část vyučování. Ale jak jsem psal v minulém odstavci, myslím, že počítat v teorii i při laboratorních úlohách je zbytečné. Pro učitele, by mělo být hlavní odměnou, to že se žáci na jeho předmět těší, a právě podobné metody, kdy se žáci učí tím, že si prostě hrají, jsou pro ně myslím velmi atraktivní a to i v předmětech, které nejsou považovány za tzv. „Odpočinkové“, jako je např. fyzika. Když jsem se zabýval tím, jaké stavebnice jsou u nás na trhu, byla jich veliká spousta, nicméně bylo velmi těžké najít ty, které by se daly (a to nezpochybnitelně) použít ve výuce. Nejvhodnější, a to jistě pro nikoho nebude překvapením, je podle mého názoru Merkur. Ve svém principu velice jednoduchá stavebnice, ale možnostmi prakticky neomezená. Ať si vzpomenete na prakticky jakýkoliv fyzikální pokus z mechaniky, dá se po chvíli úvah velmi jednoduše a rychle sestrojit. Další dvě stavebnice zde rozebrané jsou Lego a Cheva, které se od sebe liší vzhledově nepatrně a systematicky vůbec. Tyto stavebnice by byly vhodné pro realizaci stavebních modelů návrhu… Bohužel stavebnictví není mým silným oborem a tak zůstaneme pouze u návrhu na využití při zpracovávání ročníkové práce na SPŠ Stavební.

-6-

Pro přípravy jsem zvolil metodu problémových úloh, protože právě ta dává žákům dostatečný prostor pro rozvoj jejich kreativity a technického myšlení. Většina úkolů tedy začíná slovy „Sestrojte“, tím má žák jasně definovaný úkon, ale chybí definice „Jak“. Žák tedy podle všech poznatků, které má doposud k dispozici je nucen ať už sám, nebo v kolektivu úkol analyzovat, utříbit si myšlenky, které mu byly sděleny v teoretické výuce. Tato analýza je velmi důležitá pro pochopení problému a také pro pochopení funkčnosti stroje. Možná Vám to může připadat jako nepodstatná věc, aby žák dokonale pochopil například funkci kladky, ale když se s ní pak v praktickém životě setká, nebude potřebovat výpočty, ale spíše zdravý selský rozum. A to je právě to pochopení problému. Následně tedy udělá syntézu, kterou bude i realizace. K podobným úvahám, dospěla i v roce 2002 Konfederace švédských podniků, která hned v prvním bodě vyzdvihuje důležitost schopnosti u žáků reflektovat vlastní zkušenosti a dojmy, vyvozovat závěry a konfrontovat je s praktickými pokusy. V souladu s tímto prohlášením jsem se snažil vypracovat přípravy pro tvořivé hodiny. Další důležitou vlastností pro absolventy škol měla být podle Konfederace schopnost pracovat ve skupinách a navzájem využít zdrojů k řešení úkolů, což se my v přípravách podle mého názoru také povedlo. Jako poslední bod, kterému přikládám velkou důležitost, je právě chuť k učení, kterou z mého pohledu žáci dostanou právě řešením takovýchto úkolů.

-7-

1. Teoretická část 1.1. Kreativita 1.1.1 Definice kreativity Kreativita nebo chcete-li českým názvem tvořivost, je definována zejména jako duševní proces, který zahrnuje generování nových myšlenek (nápadů), nebo pojetí nových vztahů mezi existujícími nápady a představami. Samotné slovo kreativita je potom odvozeno z latinského slova „Creo“, které znamená „Tvořím“. Produkt tvořivé myšlenky je obvykle nazýván originalita a užitečnost. 1.1.2 Klasifikace tvořivosti Stupně tvořivosti 1 •

Tvořivost expresivní (spontánní) – živelné produkty vznikající z náhlého vnuknutí, ze silného nutkání

•

Inovativní – inovace, obnovení, novinka ve vztahu k běžnému úzu, záměrné úsilí vykonat něco netradičního

•

Inventivní – vysoká originalita, objektivně uznávaný přínos, zcela nové řešení

•

Emergentní – projev génia

Tvořivost lze také rozčlenit na základě lidské činnosti, v níž je uplatňována. Tradičně je tvořivost členěna na tvořivost uměleckou a vědecko-technickou, přičemž se upozorňuje na společné znaky tvořivosti v obou oblastech: „Umělecká tvorba je projevem téhož tvůrčího potenciálu jako jiná tvorba, ale zatím co výsledky vědy a techniky pronikají do lidské činnosti ve smyslu objektivního zkoumání a přetváření světa i člověka, umění hledá především lidské rozměry tohoto pronikání. Umění završuje vývoj člověka a jeho díla, započatý vědeckými a technickými prostředky.“2 Autor také upozorňuje, že umělecké dílo více než vědecké a technické vyvolává tvůrčí proces i u recipienta. 1.1.3 Technická kreativita Technická kreativita, nebo chcete- li technická tvořivost je zcela závislá nejen na výsledcích vědy a technologie v daném oboru, ale také na úrovni vědeckého myšlení a teoreticky zdůvodněné praxi a metodice technické tvorby.

1 2

MAŇÁK, Josef. Stručný nástin metodiky tvořivé práce ve škole. Brno : Paido, 2001. 46 s. ISBN 8073150026. HLAVSA, Jaroslav. Psychologické základy teorie tvorby. Vyd. 1. Praha : Academia, 1985. 353 s.

-8-

Pod pojmem technická kreativita si můžeme představit práci, jejíž výsledek je vyjádřen neotřelými kombinacemi technických postupů, konstrukcí, nebo myšlenek. Tento proces vyžaduje nápady, jejich kombinaci a vysokou motivaci. Výsledkem tohoto tvůrčího procesu je pak vytvoření něčeho originálního. Na rozdíl od vědy, kde je výsledkem práce „objev“, odkrytí jiné zákonitosti v přírodě existující je výsledkem práce technika (vynález, zlepšovací návrh). Zatímco výsledky vědy jsou brány jako vlastnictví všech, což znamená, že objev nelze přímo zpeněžit, tak na vynálezy a zlepšovací návrhy existuje ochrana na autorství. Vynález můžeme jednoduše patentovat a pokud vynález chce někdo průmyslově využít musí vynálezci odvést jistou finanční autorskou odměnu. (Je to stejné jako v hudební branži, někdo složí písničku a pokud je zaregistrován v ochranném svazu autorském dostává za vysílání v rádiích, televizích i reprodukci při veřejných akcích odměnu.) Proces technické tvořivosti je podporován metodikou tvůrčí činnosti. Obecně metodikou rozumíme souhrn metod, postupů a pravidel, jejichž používání a dodržování napomáhá k dosažení správného výsledku. Znalost této metodiky tvůrci napomáhá, ale nemůže nahradit znalost problému, vzdělání v technické oblasti a tvůrčí myšlení. Tato metodika je i výchovným prostředkem, který napomáhá při rozvoji osobnosti. Základní etapy tvůrčí práce:3 1. Stanovení technického problému, nebo úkolu 2. Shromažďování znalostí (sběr, klasifikace a hodnocení informací o problému) 3. Hledání řešení problému 4. Konstrukční nebo technické řešení problému 5. Implementace řešení 6. Znalost přírodních zákonů (umožňuje vynálezci orientovat se v jeho bádání rychleji a předvídat výsledky jeho tvůrčího procesu) Z historie je patrné, že některé neřešitelné problémy v době nedávné jsou dnes vyřešeny a některé jdou stále kupředu až za hranice chápání. Je to zejména tím, že za posledních 100 let došlo k obrovskému teoretickému rozvoji, byly nalezeny nové materiály, přístroje (počítače) a metody výzkumu, které umožňují problém řešit.

3

BENEŠ, P.; VALÁŠEK, M. Metody tvůrčí práce zvyšující tvůrčí potenciál. Praha : BEN - technická literatura, 2008. ISBN 9788073001926.

-9-

Také se ukazuje, že úspěch má pouze ten vynález, který předvídá skutečné potřeby, neobává se potíží při hledání jejich řešení a jde těmto potřebám vstříc. Příkladem z historie: Parní stroj, který doslova obrátil život v 19. století, je spojován téměř výhradně se jménem James Watt. Dokonce i na základních školách se ve fyzice mylně označuje za vynálezce parního stroje právě on. Nicméně zvídaví lidé vědí, že on jej pouze zdokonalil. Vzal Newcomennův parní stroj a navrhl zlepšení oddělením kondenzátoru od pracovního válce, tím se jeho účinnost zvýšila. Vzhledem k tomu, že se po praktické stránce stal mnohem použitelnějším, došlo k jeho masovému rozšíření. Vynálezce také může svojí prvotní myšlenku modifikovat, jako tomu bylo například u Rudolfa Diesela. Ten chtěl původně zkonstruovat motor na spalování uhelného prachu, nicméně tuto myšlenku opustil a zkonstruoval motor na naftu. Tak vznikl dnes známý a hojně rozšířený vznětový motor. Velmi důležitým znakem správného stanovení a důležitosti technického problému je připravenost vynálezce tento problém řešit. Je to jeho zaujetí problémem, správné zaměření, hluboké poznání vyvinutá obrazotvornost a schopnost úsudku. Hlavními prameny shromažďování informací jsou:4 1. Vlastní představy a zkušenosti 2. Zkušenosti a znalosti kolektivu 3. Zkušenosti a znalosti společnosti Zásady hodnocení shromážděných materiálů: Po předběžném zhodnocení oddělit důležitější fakta a informace od „druhořadých“; ani ty však nepřehlížet, protože při tvůrčím hledání řešení problému není vyloučeno, že „bezvýznamná“ fakta a informace, které si zdánlivě nezaslouží zvláštní pozornosti, mohou být rozhodující. Nepřejímat všechny fakty a tvrzení jako prokázané a použitelné. Význam a smysl každého faktu je třeba odhalit, zjistit, je-li ojedinělý, náhodný, zastaralý apod.

4

MURAKAMI, T. Creativity and Innovation Management. [trans.] Autor. Creativity and the Next Generation of Japanese-Style Management. s.l. : Blackwell Publishing Ltd, 1994, Vol. III, pp. 211–220.

- 10 -

Nespokojovat se s hotovými vysvětleními faktů a jevů, která podali jiní, i když byli autoritami. Je známo, že jeden a týž fakt mohou různí lidé vysvětlovat různě. Abychom jakýkoliv předmět nebo proces pochopili, musíme si odpovědět na otázku, nejsou-li analogické s jinými procesy nebo předměty, to znamená, že musíme srovnávat neznámé se známým. Analogie však nedává vždy správné závěry a neukazuje vždy nejkratší cestu k cíli. Někdy je proto užitečné hledat cestu k řešení opakem analogie - protikladem. Při řešení technických problémů se využívá analýzy a syntézy, kterou Benjamin Bloom (1913-1999) ve své taxonomii výukových cílů jí řadí mezi vzdělávací okruh. Analýza (rozčlenění, rozbor) je metodou, při níž poznáváme nebo zkoumáme objekt rozdělením na jeho jednotlivé části. Syntéza (spojení) je potom metodou zkoumání objektu, při níž pohlížíme na jeho celistvost a vzájemných vztahů jeho částí. Analýza je tedy jakýmsi prostředkem zkoumání, který umožňuje v rozmanitosti jevů, vlastností a specifických stránek objektu odhalit to zásadní, nebo základní stavební kameny jeho podstaty. Analýza a syntéza jsou dva ostře oddělené a zdánlivě opačné způsoby myšlení, nebo zkoumání, ve skutečnosti je to však trošku jinak, protože v každém cyklu logického myšlení tvoří jednotu. Syntézu objektu nelze učinit bez předešlé analýzy!5 Dalším z pojmů je Abstrakce (vzdálení, odtažení). Je to taková metoda poznávání, u které se snažíme odpoutat se od množství zřejmých, ale nepodstatných jednotlivých nahodilých znaků nebo vlastností objektu a snažíme se zaměřit pouze na to nejdůležitější. A jak říkával již Jan Amos Komenský, posléze je nutné se zase vrátit od abstraktního ke konkrétnímu. Zobecňování je jednou z nejdůležitějších vlastností lidí, kteří objevují nebo vynalézají. Každý velký vynález, nebo objev shrnuje výsledek celé etapy v rozvoji jednoho nebo druhého odvětví ve vědě a technice. Zobecňování není možné bez třídění! Pojem třídění si lze představit jako logický přechod od širšího pojmu k užšímu. Jako poslední pojem v technické kreativitě je Fantazie (představa). Fantazie v technickém slova smyslu se dá vyjádřit jako psychické vytváření nových představ na

5

PECINA, Pavel. Tvořivost ve vzdělávání žáků. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, 2008. 99 s. ISBN 9788021045514.

- 11 -

základě zpracování dřívějších pojmů. Fantazie, nebo chcete- li českým ekvivalentem obrazotvornost, je nekonečným zdrojem původních myšlenek. Jakékoliv poznání, které je však založeno na intuici, musí být logicky dokázáno a prověřeno praxí nebo experimentem. Logika sama přitom nedává dohromady zákony správného myšlení ani je nepředepisuje. Zabývá se výhradně dokazováním pravd. [Kropáč, 2010]

1.2.

Technické myšlení

Technické myšlení a jeho rozvoj je klíčovým stavebním kamenem při výuce technických předmětů a didaktice předmětů technického zaměření. Významným úkolem právě těchto předmětů je vhodný způsob rozvíjení myšlení dospívajícího jedince. V české republice se tento pojem běžně používá, nicméně knižní prameny musíme hledat více či méně v zahraniční literatuře. Pojem technické myšlení se u nás často nahrazuje pojmem kreativita, nebo technická kreativita. 1.2.1 Charakteristika pojmu6 K člověku neodmyslitelně patří touha měnit svoje okolí za pomoci techniky. Člověk to vlastně dělal už v pravěku, když pazourky používal jako nůž, nebo sekerku. Tedy už odedávna klade mezi sebe a přírodu uměle vytvořené prostředí. Pro techniku platí, že je dána jak subjektivními cíli jednotlivce, tak celé společnosti a vymezena objektivními možnostmi. To vše vyžaduje specifické postupy, metody a způsoby myšlení, které jsou také předmětem výuky technických předmětů. Obsahem toho pojmu lze mimo jiné vymezit také tvůrčí a kritické myšlení. Na základě informací jsou v tomto myšlení vytvářeny znalosti o rozdílech a shodách předmětu myšlení, o základech tohoto předmětu, o jeho podstatě a souvislostech. Tyto vědomosti mohou být posléze využity tvůrčím způsobem, například pro stanovení hypotézy, nebo nové situace, které budou kritickým myšlením posouzeny. Technické myšlení je jistou specifickou formou myšlení. Je vymezeno předmětem (jímž se zabývá) a jeho specifiky. Obsahově je tento pojem velmi široký ostatně jako pojem technika sama, ale navíc ještě můžeme rozlišovat stupně, jako například laik, amatér, nebo profesionál. Samozřejmě že úroveň se mění také v průběhu toho co nám čas a technika přináší. Jako příklad by mohlo sloužit porovnání vědomostí o elektronice například pana 6

ŠKÁRA, Ivan. Úvod do teorie technického vzdělávání a technické výchovy žáků základní školy. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1993. 33 s. ISBN 8021007435.

- 12 -

vynálezce Křižíka a absolventa střední průmyslové školy elektrotechnické. Technické myšlení a požadavky na ně kladené musí být v praktických situacích blíže vymezeno. Dále by úroveň technického myšlení žáka základní školy měla dosahovat minimálně hranice „technické gramotnosti“. Technické myšlení má také řadu specifik, které vyplývají z charakteru techniky. Jedním s takovýchto specifik je neustálá souvislost teoretických i praktických složek, dalším pak spočívá v relaci účel – prostředek. Jde zde o jakýsi optimální způsob jak dosáhnout cíle, či účelu. Zde tedy také vidíme význam jedné ze základních stránek techniky a technického myšlení. Při činnosti s technikou nelze zanedbat žádné podstatné souvislosti. Při činnosti s technikou nelze zanedbat žádné technické či netechnické souvislosti. Pro splnění účelu nebo cíle je možné použít nejrůznější prostředky nebo technické znalosti. Je zde tedy výhradně uplatňováno hodnotícího a kritického myšlení. Podobně jako v předchozí kapitole využívá se i pojmu technické myšlení analýzy, syntézy, abstrakce, konkretizace, klasifikace a analogie. Důležitý je pohled na celek, protože celek tvoří rámec pro jeho části. Nejčastějším autorem z českých luhů a hájů, kteří se pojmem Technické myšlení zabývali, bývá citován I. Škára.7 Škára považuje technické myšlení v návaznosti na technickou představivost za jistou kvalitu myšlenkových operací (žák si umí vybavit dosud neexistující výrobek. Zároveň vidí jeho konečnou podobu funkci…). Je to víceméně analýza představy výrobku a aktivování dosavadních „vědomostí, dovedností a zkušeností, které mohou být využity k vyřešení dílčích problémů konstrukce i postupu výroby výrobku a konečná syntéza všech použitelných realit, jíž řešitel dospěje k vytvoření projektu, tj. k úplnému vyřešení konstrukce i postupu výroby výrobku“. I. Škára je ve svých úvahách bohužel, stejně jako jiní autoři z této doby, zaměřen na oblast vytvoření výrobku. Bohužel dnešní technický svět nám neumožňuje přemýšlet o technice pouze jako o nástroji na výrobu techniky, ale musíme také přemýšlet o tom, jak ji správně užívat, udržovat, nebo také následně po životnosti likvidovat. Otázkami technického myšlení se hluboce zabýval polský autor a psycholog E. Franus. U nás jeho práci prezentoval slovenský autor I. Krušpán. Ten přeložil do slovenštiny Franusovu definici pojmu technické myšlení. „Technické myslenie je proces odrážania a

7

ŠKÁRA, Ivan. Úvod do teorie technického vzdělávání a technické výchovy žáků základní školy. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1993. 33 s. ISBN 8021007435.

- 13 -

využívania prírodných zákonov a technických princípov v technických výtvoroch a v technologických procesoch.“ 8 Tato definice nám ukazuje dvě související stránky technického myšlení (proces poznávací a proces konstruktivní). 1.2.2 Dvojí povaha technického myšlení souhrn9 •

Kognitivní myšlení má vždy analytický charakter, zatímco kreativní myšlení (konstrukčního typu) má vždy syntetický charakter.

•

Při řešení problémů má kognitivní myšlení vždy pomocnou funkci přípravy intelektu na kreativní syntézu. Kreativní myšlení tedy navazuje na „obsah“ kognitivního myšlení. Oba procesy tak hrají roli při řešení problémů, nejsou ovšem identické.

•

Je-li analýza základní rys kognitivních procesů ve vědě i v technologii, a syntéza je základní rys kreativních procesů, znamená to, že existuje psychologická hranice mezi kognitivními a kreativními procesy probíhajícími při myšlení, mezi analýzou a syntézou a to jak při vědeckém, tak technickém myšlení. Je to prostupná, přechodová hranice, která rozděluje proces myšlení na dvě části: na kognitivní, analytickou část a na kreativní (konstrukční) část.

•

Prostupná, přechodová hranice je druhem Rubikonu překonávaným při myšlení (vědomě nebo nevědomě) pro získání nové kvality. To nastává, když myšlení shromáždí dost informací a reflexí, tzn. produktivní obsahy, které v souladu se zákony dialektiky umožňují přechod kvantity v kvalitu. Tato nová kvalita i nadále „požaduje dodávání“ detailů, ale už vytváří náznak řešení problému. Proto je výše uvedená přechodová hranice současně symbolem přechodu od analýzy k syntéze, od kvantity ke kvalitě, od kognitivního ke kreativnímu procesu, od zjišťování k tvořivé akci. Otázka přechodu je tedy otázkou splnění podmínek nezbytných pro řešení problému.

8

KRUŠPÁN, I. Rozvíjanie technického tvorivého myslenia v procese technickej záujmovej činnosti. In Rozvíjanie tvorivých činností v pracovnej výchove. Banská Bystrica : Pedagogická fakulta, 1985, s. 47 – 58. 9

FRANUS, E. The Dual Nature of Technical Thinking. In Technology as a challenge for school curricula.The Stockholm Llibrary of Curriculum Studies. Stockholm : Institut of Education Press, 2003, s. 141 – 144. ISSN 1403-4972. ISBN 91-7656-543-2.

- 14 -

•

Myšlení jako kognitivní proces ustává jen při efektivním ukončení průběhu činnosti. Proto jsou definice popisující myšlení jen jako kognitivní proces klamné, jsou barierou výzkumu tvořivého myšlení ve všech disciplínách vědy a technologie.

•

Myšlení zaměřené na řešení problémů může být dvojí struktury:

- homogenní struktura pouze kognitivního typu, jde-li o neproduktivní (bez nového výsledku) proces, limitovaný znalostmi obsahu problému a nevedoucí k vyřešení nového problému, - duální struktura, tzn. má kognitivní, kreativní stránku a tedy produktivní výstup. •

Myšlení u jednoduchých problémů má vždy duální strukturu a nejjednodušší alternativu: být obeznámený s obsahem problému a jeho řešením.

•

U komplexních, komplikovaných a produktivních (přinášejících nový výsledek) problémů má myšlení také duální strukturu, ale jeho průběh je komplexní a obsahuje mnoho pokusů nebo špatných řešení, oprav, přerušení – až do odhalení a akceptování správného řešení, které proběhlo syntézou.

•

9. Naznačená existence takto „prostupující analýzy“ ukazuje, že mentální práce na složitém problému nenásleduje podle jednoduchého modelu (nekopíruje jednoduchý model) krok za krokem, ale obsahuje mnoho syntetických mikročástí (mikrosyntéz), které jako spoje v řetězci tvoří komplex konečné kreativní makrosyntézy. Kromě toho, v případech multikomponentního problému mentálně poznávací kreativní či konstrukční struktura vyvíjí „mozaiku“ složenou z mnoha mikrosyntetických částí.

•

10. Technické myšlení, jako jakýkoliv jiný druh kreativního myšlení, není jen kognitivní myšlení, ale komplexní proces dvojí podstaty s respektováním jak jednoduchých, tak i složitých problémů, s respektováním struktur jak mikrosyntéz tak makrosyntéz.

•

11. V současnosti věda a technologie představují dva protipóly, vzájemně spolupracující a doplňující se systémy naší civilizace. Pratyp těchto spojení může být jednota „homo cogitans“ a „homo technicus“, kterou je možné nalézt u primitivního člověka, který se v drsných podmínkách vyvinul do „homo sapiens“. Primitivní kyj, pazourek nebo sekera, které byly používány jako nástroje, nebyly také nic jiného než překročení dosavadních mezí u pračlověka, stejně jako žárovka vynalezená Edisonem nebo dokonce navržení principu jaderné elektrárny Fermim.

- 15 -

•

Kreativní syntéza ve vědeckém myšlení je jádrem vytváření teorií při vědeckém objevování, zatímco v technologii je jádrem vynalézání a vytváření struktury technických objektů. V obou případech se zabýváme konkrétními či konkretizovanými (objektově zaměřenými) procesy kreativního myšlení, ačkoliv jde o procesy hodně odlišné kvality. Oba se rozvíjejí ve sféře pojmů a představ, ale první uvedené procesy vždy zahrnují tvar slov a vět, zatímco druhé uvedené předpokládají zobrazení a konkrétní materiální substanci.

•

Kognitivní myšlení představuje různé funkce v průběhu kreativních i analytických procesů. Ve vědecké tvorbě slouží jako výzkumný proces připravující soubory informací pro formování teorie nebo jako poznávací proces pro seznámení s obsahem řešených problémů V netvořivých situacích má různé funkce v každodenním životě: rozlišovací funkce v prostředí, řídící funkce při ovládání vozidla či používání nástrojů, dále pozorovací a kontrolní funkce. V technické tvorbě to platí alespoň pro čtyři obecné situace: zajištění informací pro seznámení se s obsahem problémů; poznání vědeckých teorií, technologických principů, pravidel atd.; kontrola průběhu výrobních činností; kontrola činnosti dokončeného objektu. V každé z těchto situací výsledky poznání (volby, rozhodnutí) jsou aktem tvořivé syntézy, klíčové elementy pro dokončení kreativního procesu.

•

Technické myšlení jako konkretizovaný proces je odlišné od jiných konkretizovaných procesů tím, že se zabývá vytvářením umělého světa, konstruováním objektů a technologií v nejširším smyslu. Avšak s ohledem k procesním, psychologickým aspektům je to charakterizováno typicky duální kognitivní a kreativní (konstrukční) strukturou (stejně jako jiné konkretizované procesy – hudební, umělecké, literární).

•

V komplexních vědách (např. ergonomie) dvojí podstata duševních procesů zůstává nezměněna. Došlo k obohacení empirické metody, která usnadňuje mnohoaspektové poznání skutečnosti a adaptace tvorby technologie a techniky pro očekávání společnosti.

- 16 -

1.2.3 Členění obsahu technického myšlení10 1. Praktické myšlení (practical thinking) •

jednoduché rutinní aktivity řízené myšlením - manipulace s nářadím, jednoduchá výroba,

•

manipulativní myšlení - montáž a demontáž technických zařízení,

•

zjišťování - diagnostika, zkoumání nových výrobků. 2. Vizuální myšlení (visual thinking)

•

reproduktivní myšlení - čtení technických nákresů,

•

tvořivé myšlení - plánování, konstruktivní práce od jednoduchého náčrtu k nákresům, modelům. 3. Intuitivní myšlení (intuitive thinking)

•

vylepšení existujících nebo utvoření nových konstrukcí. 4. Koncepční myšlení (conceptual thinking)

•

založeny převážně na myšlenkových operacích obsahujících slova a popisy,

•

postaveno na systémech pojmů nebo technických kategorií vyskytujících se ve vysvětleních, důkazech a v plánování. Analytický a syntetický způsob myšlení. 1.2.4 Rozvoj technického myšlení Proces řešení technických problémů a s tím související metody příslušné k jednotlivým

krokům řešení od výchozího k cílovému stavu jsou proto samy o sobě předmětem výuky, která tak má být blízká heuristické metodě. Existence nevyřešeného, nebo neznámého, má ve výuce motivační vliv a žáky tak výuka i baví. Pokud dětem servírujeme jako učitelé jen hotová fakta, vede ke ztrátě jejich pozornosti. Podle J. Piageta vědomost sama o sobě není kopie reality, poznat objekt předpokládá manipulování, modifikaci porozumění souvislostem a podstatě. Myšlenka rozvíjet technické myšlení formou problémových úloh je patrná v mnoha publikacích. Dnes rozlišujeme hlavní dva druhy technického myšlení, technické konstrukční a technické funkční. Technické konstrukční se zaměřuje na již existující objekty a pomocí přestavby, nebo zjednodušení vymýšlí objekty nové. Ve výuce tedy můžeme vytvářet objekt podle libovolně 10

FRANUS, E. The Dual Nature of Technical Thinking. In Technology as a challenge for school curricula.The Stockholm Llibrary of Curriculum Studies. Stockholm : Institut of Education Press, 2003, s. 141 – 144. ISSN 1403-4972. ISBN 91-7656-543-2.

- 17 -

abstraktního vzoru, doplňovat chybějící prvky, přestavovat ho, nebo pro žáka vytvořit objekt nový. Přitom žákovi by měl být poskytován široký prostor pro kombinování. Technické funkční se zaměřuje na chápání například pohybového, nebo i jiného působení v objektu. Zde užíváme pojmů jako je způsob působení, místo působení, spolupůsobící členy, podmínky působení, princip funkce a chování. Požadavky na technické myšlení jedince přímo souvisí s požadavky, které klade podniková sféra vzdělávání. S toho je patrné, že je povinností škol rozvíjet u studentů dovednosti tak, aby mohli v budoucnu úspěšně zvládat situace, kterým budou čelit. Usnesení konfederace švédských podniků 200211 U studentů je důležité rozvíjet: •

schopnost reflektovat vlastní zkušenosti a dojmy, vyvozovat závěry a konfrontovat je s praktickými pokusy

•

důvěru ve vlastní myšlení, která dodává důvěru vlastním závěrům a současně otevřenost jiným názorům a získávání poznatků z výzkumu, z různých zdrojů vědomostí a tradic

•

schopnost komunikovat, vstřebat a analyzovat informace z různých zdrojů při použití různých způsobů jejich získávání

•

schopnost pracovat ve skupinách a navzájem využít zdrojů k řešení úkolů

•

schopnost komplexního řešení problémů, tj. identifikace, interpretace a řešení aktuálních problémů samostatně a ve skupinách

•

schopnost reflektovat vlastní způsob učení, rozpoznat vlastní styl učení a schopnost hodnotit skutečné dovednosti a schopnosti a mít prospěch z vlastního způsobu učení

•

chuť k učení.

Jak je tedy z předešlého textu patrné, řešení technických problémů je významným faktorem při rozvíjení technického myšlení. Tyto problémové metody jsou prostředkem i

11

Usnesení konfederace švédských podniků 2002. In Swiss code of best practice forcorporate governancef [online]. Zurich : Visuelle Gestaltung, 2002 [cit. 2011-03-05]. Dostupné z WWW: .

- 18 -

cílem výuky, ať už jde o charakter poznávací, nebo aplikační. C. Gilbert12 poukazuje na podobu postupu řešení problémů a procesu výroby, nebo chcete-li technologickým procesem. Postup řešení technických problémů ve výuce podle C. Gilberta:13 •

rozpoznání, popř. nalezení problému;

•

zkoumání - hledání potřebných údajů;

•

návrh řešení;

•

vlastní řešení;

•

zhodnocení - v případě úspěchu by měl být „výsledek“ zapamatován - jde o „naučení obsahu“, v případě neúspěchu nebo jen částečného úspěchu se postup „opakuje“ od fáze zkoumání Obr. č. 1 – grafické znázornění postupu řešení technických problémů

1.3

Historie tvořivosti

Tvořivost je stará jako lidstvo samo a nebýt jí, tak asi právě teď a tady nepíši tuto práci. Kreativitu vlastně projevuje člověk už od počátku, nevěděl, co to je štětec, nevěděl, co je barva a nikdo před ním obraz nenamaloval. Přesto ho jednoho dne napadlo vzít kousek ohořelého klacku a vyzdobit si stěny svého obydlí… 12

GILBERT, C. Technika dla najmlodszych. 1. vyd. Warszawa : Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1995. ISBN 83-02-05612-X. 13 GILBERT, C. Technika dla najmlodszych. 1. vyd. Warszawa : Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1995. ISBN 83-02-05612-X.

- 19 -

1.3.1 Zkoumání tvořivosti v minulosti14 Nejstarší výzkum kreativity můžeme nalézt v souvislosti s analýzami biografií význačných osobností. Diskuse byly tehdy vedeny hlavně o tom, jestli hraje roli pozice dědičnosti vloh a úloha prostředí při jejich rozvíjení. V meziválečném období se pánové C. M. Cox a M. Terman zabývali výzkumem dětí s vysokým IQ (130+). Největší rozdíly sledovali u žen, ze kterých jen 10% dosáhlo stejného gradusu na vysoké škole jako muži. Chalupa (2005) poukazuje na to, že tento fakt svědčí o existenci dalších podmínek společenského a ekonomického rázu při uplatnění. Psychologií vynálezců věnoval své dílo roku 1931 J. Rosmann. Dalším z řady vědců, kteří mezi válkami publikovali díla o tvořivosti, byl E. T. Bell (1938), ten zkoumal osobnosti matematiků. Po skončení druhé světové války navázala na studie svých předchůdců E. Roeová. Ta použila standardizovaných testů, projekčních metod a rozhovorů pro zjišťování osobnostních rysů mezi vědci. Bylo jí vytýkáno, že zdůrazňuje zkušenosti nabyté v raném dětství. V roce 1962 na univerzitě v Kalifornii v Institute of Personality Assessment and Research vedl výzkum o osobnostních rozdílech tvořivých matematiků, spisovatelů a architektů W. D. Mackinnon. V Cattellově škole vedli pánové Cattell a Drewdahl výzkum který spočíval ve vyplnění dotazníku 16 P. F. (šestnáctifaktorový dotazník) skupinou významných pracovníků v oborech biologie, fyzika a psychologie , kteří pak byli srovnáni s výsledky administrátorů, spisovatelů, učitelů a umělců. Tento výzkum zjistil, že je podobnost mezi fyziky, biology a psychology. V padesátých letech minulého století se nad stavem a výsledky psychologického bádání o tvořivosti zamýšlel J. P. Guilford. Zjistil, že za období 23 let, kdy byl vydán první seznam důležitých psychologických studií, se jen 186 z celkového počtu 121 tis. psychologických publikací věnovalo kreativitě. Od té doby se situace v publikacích o kreativitě radikálně změnila. Proto také padesátá léta označují někteří vědci za dobu zrodu novodobého zkoumání tvořivosti. Z tohoto období existuje mnoho a mnoho děl ať už z oblasti pedagogiky, nebo z oblasti psychologie, které se jí zabývají. V dnešní, moderní pedagogice má pojem tvořivost zásadní význam, je důležitým činitelem z pohledu efektivity realizace komplexního rozvoje žáka ve V-V procesu. Během

14

PECINA, Pavel. Tvořivost ve vzdělávání žáků. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, 2008. 99 s. ISBN 9788021045514.

- 20 -

posledních pár desetiletí jde s pedagogikou ruku v ruce i psychologie, která se významně podílí na výzkumu tvořivého myšlení. Úloha psychologie jako vědy podílející se na tomto výzkumu, je podrobně rozpracovat psychologii tvořivosti, jejíž zrod se datuje k počátku 50. let minulého století. Pedagogika využívá při vypracovávání koncepcí výchovy podstatu rozvoje tvořivosti žáků ve výuce, kterou jí psychologie objasnila. Od roku 1995 se u nás začíná psát spousta děl, které je možno velmi dobře využít v praxi. Jmenujme zejména autory, Maňáka, Švece, Lokšovou a Lokšu, Pecinu, Skalkovou… Problematikou specifického druhu technické kreativity se v České republice zabývá víceméně jeden autor a to M. Wimmer. Jak jsem již uvedl v jiné kapitole dokumenty jak o technické tvořivosti, tak i technickém myšlení se shánějí v české republice velmi složitě, jinak je tomu například na slovensku, kde se technickou kreativitou zabývá hned několik autorů, nebo v Polsku. Pecina (2008) poukazuje také na fakt, že problematika rozvoje technické tvořivosti žáků na 2. Stupni ZŠ není v literatuře stále dostatečně rozpracována, s čímž nezbývá než souhlasit. S kreativitou je úzce spjata také problematika problémové výuky. Toto téma zpracovávali jak polští autoři W. Okoň a Kupisiewicz a potom také východněji situovaní autoři Machmutov a Maťuškin. V české republice vydali díla o problémových úlohách například Maláč, Holubová a Hlavsa. Hlavsa poukazoval na to, že pro rozvoj tvořivosti žáků je problémová výuka velmi důležitá. V odvětví technické výchovy žáků se problémovou výukou ve svých pracích zabývají Okoň a Kožuchová. V oblasti fyziky pak problémovou výuku prezentuje E. Kašpar a M. Kličková. V druhé polovině 20. Století bylo i na našem území několik experimentů, které zkoumaly, jestli jsou problémové úlohy ve vztahu k tvořivosti opravdu kreativní. Ve školním roce 1961/62, provedl ve městečku Zelená Hora svůj experiment H. Pochanke. Ten si jím chtěl ověřit přednost využívání problémové výuky jako novou metodu v hodinách technického vyučování. Výzkum Pochanke prováděl ve čtyřech 6. ročnících. Tři skupiny používali moderní problémovou výuku, čtvrtá, kterou označoval jako skupinu kontrolní, používala klasické metody. Jeho výsledky prokázaly lepší znalosti žáků s prvních tří tříd (s experimentální výukou), než ze čtvrté kontrolní skupiny. [Pecina, 2008] Co se týče stavebnic, chtěl jsem zde zachytit, jestli se objevovaly v nějaké formě už například v době kamenné a oslovil jsem kvůli tomu i brněnské archeologické kapacity pana prof. PhDr. Vladimíra Podborského, DrSc. a pana doc. PhDr. Martina Olivu, Ph.D. Oba - 21 -

shodně naznali, že existovaly nějaké hry, jako jsou kostky, nebo vrchcáby, ale vyloženě jestli existovalo něco, co by připomínalo skládanku, nebo stavebnici mi potvrdit nedokázali. Údajně jedny z prvních her, které by připomínaly skládačku, se vyskytovaly až daleko ve středověku.

- 22 -

2. Praktická část Praktická část, jak již bylo zmíněno v úvodu, se bude zabývat jednotlivými typy stavebnic, stručně se zaměří na historii, vyzvedne některé klady, které lze využít při výuce technických předmětů ať už na středních, tak případně i na základních školách. Našim cílem pak budou samostatné návrhy tvořivých vyučovacích hodin ve formě příprav na výuku, ve kterých budou tyto stavebnice hrát klíčovou roli. Dle mého názoru měl Komenský pravdu, když říkal „Škola hrou“. Já sám jsem zastáncem toho, že je pro dítě lepší když problém chápe a neumí přesné znění výroku, než když umí nazpaměť přesnou definici, ale její význam svými slovy vysvětlit neumí…

2.1.

Stavebnice

2.1.1 Merkur Začneme stavebnicí, kterou zná asi každý kluk v české republice. Jde o původní českou stavebnici, která dobila svět, a její možnosti jsou prakticky nekonečné. Nedávno dokonce na jedné univerzitě z merkuru postavili stroj, který mechanickou cestou počítá integrální počty. Historie stavebnice15

„Počátky jsou datovány k roku 1920, kdy pan Jaroslav Vancl založil firmu Inventor. Ještě před založením si nechal pan Vancl patentovat originální konstrukci dětské kovové stavebnice pod názvem Inventor. Dnes již těžko zjistíme, zda to byla jeho myšlenka nebo zda byl inspirován vzorem jiné stavebnice. Původně byly kovové díly stavebnice Inventor navzájem spojovány kovovými háčky, podobný systém, jaký se dnes používá u stavebního lešení „haki“. Kovová stavebnice pod názvem Inventor nepřežila, přesto se tento název v Polici užívá a zlidověl.

15

Www.merkurtoys.cz [online]. 2004 [cit. 2011-16-03]. Oficiální stránky stavebnice Merkur. Dostupné z WWW: .

- 23 -

V roce 1925 přechází výrobce na nový systém, který se zachoval v nezměněné podobě až dodnes. Kovové části stavebnice jsou již spojovány šroubky a matičkami velikosti M3,5. Tímto krokem se stavebnice velmi přiblížila reálnému konstruování a umožnila tak větší možnosti pro hru a tvořivou práci dětí. S přechodem na nový systém byla pro stavebnici registrována nová ochranná známka - Merkur, pod kterou byla prodávána. První řada stavebnic zaujímala rozpětí od č. 1 do č. 3. Na přelomu třicátých a čtyřicátých let minulého století se řada stavebnic rozrůstala až po velkou stavebnici č. 7. Nastal boom stavebnic MERKUR. V té době vznikla dnes už zapomenutá stavebnice budov METROPOL a doplňující stavebnice POPULAR, kde byly použity zcela nové dílce. V roce 1933 se začala vyrábět stavebnice s možností stavby některých elektrických modelů MERKUR ELEKTRUS. Vývoj pokračoval až do počátku druhé světové války již jen drobnými úpravami krabic, návodů a součástek. Kolem roku 1930 začal vývoj plechových elektrických vláčků MERKUR. Původně byla železniční vozidla koncipována jako doplněk ke stavebnici Merkur, vyráběly se ve formě stavebnicových dílů, které se spojovaly šroubky a matičkami. Zvolena byla tehdy v Evropě rozšířená velikost „O“. Protože na trhu byly požadovány výrobky již smontované, byla urychleně vyvinuta samostatná výroba vláčků. Hlavním konstruktérem byl pan František Jirman, zeť pana Vancla. Předlohou pro první lokomotivu byla tehdy velmi populární rychlíková lokomotiva Mikádo. Ve skromných podmínkách byl model značně zjednodušen. K lokomotivě byly dodávány dvounápravové vozy služební, osobní a nákladní. Ukázalo se, že i tento zjednodušený model se na trhu velmi dobře ujal a proto konstruktér F. Jirman v roce 1935 navrhl již vetší typ rychlíkové lokomotivy o uspořádání náprav 1C1, která byla oproti skutečnosti zkrácena pouze o jednu nápravu na předním podvozku. Lokomotiva byla doplněna tendrem a společně s čtyřnápravovými podvozkovými vozy tvořila velmi zdařilou rychlíkovou soupravu. To byl i začátek úspěchu vláčků Merkur, které se později staly nejrozšířenějším a nejoblíbenějším typem elektrických vláčků u nás. V roce 1940 byla výroba zastavena v souvislosti s válečným nedostatkem barevných kovů. V té době byla vyrobena limitovaná série vozů s dvojjazyčným protektorátním označením ČMD/BMB.

- 24 -

Výroba byla obnovena po válce v roce 1947. Postupně byl sortiment doplněn o nové typy vozů jako např. plošinový, klanicový, otevřený a zavřený nákladní, cisternový a chladící. V posledním období byla nahrazena původní parní lokomotiva zkrácenou verzí v uspořádání B1 ve světle modré barvě. Změna nastala po znárodnění, které postihlo ve své druhé vlně také střední a malé výrobce a živnostníky. Počátkem 50. let byla zrušena soukromá firma pana Vancla a výroba se stala roku 1953 součástí Okresního kombinátu v Broumově. Až v únoru roku 1955 byla podána nová žádost k registraci ochranné známky MERKUR na stavebnici a vláčky s kolejnicemi a transformátorem. Výroba stavebnice pokračovala v takřka celém předválečném sortimentu. Výroba vláčků MERKUR byla definitivně zastavena v roce 1968. V dalších letech byly bohužel zlikvidovány nástroje na výrobu vláčků. Stavebnice MERKUR byla od 60. let Kovopodnikem Broumov exportována přes Pragoexport do celé Evropy. Velice zajímavé bylo, že v angličtině byla stavebnice v návodu označována jako systém meccano. Původní význam tohoto slova v angličtině byl „stavebnice“ tento název byl v devadesátých letech zpochybněn právě firmou MECCANO, která se dožadovala u mezinárodního soudu v Haagu odškodnění. K soudnímu sporu nedošlo z důvodu zániku Kovopodniku a Komebu. Došlo k další změně v číslování stavebnic a vznikly tak stavebnice M310, M320, M330 a M340. Po historické sametové revoluci v roce 1989 dochází počátkem 90. let k privatizaci Kovopodniku v Broumově. Každý rok přichází firma na trh s novým typem stavebnic. V roce 2003 to byla stavebnice Merkur KITTY HAWK vyrobená ke stému výročí prvního letu bratří Wrightů. V roce 2004 jsme pro Vás připravili stavebnici MERKUR SAFARI Set. Také byly vyvinuty a dohotoveny po vzoru slavného MERKUR ELEKTRUS nové stavebnice MERKUR Elektro E1 , Electronic E2 pro pokusy z elektřiny, magnetizmu a elektroniky. Mimoto firma vyrábí elektrickou demonstrační stavebnici EMA v rámci vzdělávacího programu „Energie pro každého“ firmy ČEZ. Vlajkovou lodí je stavebnice M8, která obsahuje 1405 součástek včetně - 25 -

elektromotorku. V posledních dvou letech jsme se zaměřili na zdokonalování manuálů ke stavebnicím MERKUR. Ty jsou nyní kresleny ve špičkovém počítačovém programu Solid Edge.“ Vynálezy a zajímavosti Myslím, že výčet vynálezů, při kterých tato stavebnice figurovala, by vydal více než 100 000 znaků a sám osobě by vydal na celou publikaci, protože každý kdo si potřebuje jen něco vyzkoušet, a má po ruce tuto stavebnici, neváhá a použije ji. Mluvím teď z vlastní zkušenosti, nedávno jsem z Merkuru dělal držák na panelovou anténu pro příjem Wifi, a z provizorního řešení se stala stálá záležitost. Ale nebudeme řešit primitivní stojánek a připomeneme si známý vynález pana Otty Wichterleho. Tento absolvent vysoké školy chemicko-technologického inženýrství proslul na poli výzkumu umělých hmot, lépe řečeno od roku 1952 se zabýval syntézou síťovaných hydrofilních gelů, které boptnají vodou a dali by se tak využít jako materiál pro oční implantáty. Bohužel po politických čistkách v roce 1958, byl jeho výzkum zastaven, zlikvidován a on sám propuštěn. Dne 4. prosince téhož roku byl však jmenován vedoucím laboratoře makromolekulárních látek Československé akademie věd. Vzhledem k tomu, že budova jeho ústavu byla ještě rozestavěná, nezbylo mu než většinu pokusů s převedením hydrogelů do tvaru vhodného udělat doma. A tak se tedy na Vánoce roku 1961 zrodil první prototyp odstředivého odlévacího zařízení…

- 26 -

Byl to přístroj, který jako jediný v té době uměl zpracovat takzvaný HEMA gel do správného tvaru, a navíc s minimálními náklady na výrobu. Stroj, jak je vidět na obrázku, byl sestaven hlaně ze stavebnice merkur, poháněn byl dynamem z jízdního kola, které bylo připojené na zvonkový transformátor. A takto se rodily první kontaktní čočky. Závěr Osobně neznám univerzálnější stavebnici, možnosti, které nabízí, jsou opravdu nekonečné. Jak později uvidíte v přípravách, hodí se skvěle do hodin fyziky (laboratorních prací), popřípadě se dá použít pro řešení problémových úloh ve strojírenství. 2.1.2 Lego Druhou stavebnici, kterou v této práci uvádím, určitě také nemusím dlouze představovat. Sice není z českých luhů a hájů, ale i na našem trhu je velmi populární a žádaná. Osobní zkušenost s ní mám jen malou a to více méně díky psaní této práce. Historie firmy16 Historie lega se začala psát v roce 1932, kdy chudý dánský tesař Ole Kirk Christiansen z městečka Billund začal vyrábět dřevěné hračky. Samotná kostička Lego se však zrodila až po válce a to v roce 1949. Samotný název lego je složen z dánského výrazu „Leg godt!“ („Hraj si dobře“). Christiansen však sám Lego nevymyslel. Nechal se inspirovat vynálezem britského psychologa Hillary Harryho Fishera Page, který vyráběl samojistící kostky Kiddcraft. V roce 1947 Ole Kirk a jeho syn obdrželi vzorek právě těchto kostek a tak se řekněme nechali inspirovat. V roce 1949 tedy opouští továrnu v Billundu podobné kostičky, takzvané automaticky spojitelné kostky. Tyto kostky byly vyrobené s celuloidu a připomínaly tradiční dřevěné kostky. Na rozdíl od nich měli jedno podstatné vylepšení a to výstupky, díky kterým kostky držely pohromadě. I přes fakt, že se jednalo o novinku, nebyl zaznamenán zájem z pozice veřejnosti, někteří prodejci dokonce zboží vraceli. Podstatným převratem pro firmu Lego Group byl rok 1954, kdy se stal výkonným ředitelem Christiansen Jr. Ten při jednání se zámořskými zákazníky dostal nápad na nový typ hračky. Lego kostky nebyly špatným nápadem, ale narážely na spoustu technických nedostatků. Zaklapávání jejich kostek bylo do jisté míry omezené, proto byly přepracovány a vznikla tak lego kostka jakou známe dnes. 16

Http://cs.wikipedia.org [online]. 2011 [cit. 2011-03-05]. Lego (Wikipedia). Dostupné z WWW: . [webová stránka]

- 27 -

V roce 2000 firma lego začala vyrábět i na území české republiky, a to otevřením závoru v Kladně. Další zajímavostí je, že každou sekundu vyrobí firma Lego Group 600 nových dílků stavebnice. Vynálezy a zajímavosti Jako zajímavost, kterou zde uvedu, zná asi každý a je to sen mnoha dětí na celém světě. Je to samozřejmě Legoland. Ten nejstarší je ve městě kde Lego vzniklo a stojí tu už od roku 1968. Billundský Legoland navštíví ročně přes 1,6 milionu turistů, což z něj dělá druhé nejnavštěvovanější místo v Dánsku, hned po Kodani. Další Legolandy můžeme najít i ve Windsoru, Californii, nebo u našich sousedů v Německu. Závěr Lego, je velmi oblíbená hračka, nicméně svojím charakterem je značně vyhraněná ve školách by se z něj snad dali podobně jako třeba s Chevy, kterou si představíme jako další, dělat makety domů. Nicméně z mého pohledu je Lego finančně náročnější a tím, že se jedná o zahraniční firmu je značně omezen i prodej jednotlivých dílů. Proto bych jej i přes velkou oblibu jako pomůcku nedoporučil. 2.1.3 Cheva Cheva je česká stavebnice na první pohled velmi podobná legu, její kostky jsou pouze o trochu větší a uchycení kostek do sebe je odlišné. Nemá zdaleka tak velkou tradici, jedná se o mladou firmu, proto historii firmy shrnu hned zde do úvodu. Chevu začala v roce 1991 vyrábět Brněnská firma Chemoplast. Firma založená téhož roku navázala na zkušenosti svých předchůdců, kteří vyvíjeli podnikatelskou činnost již od roku 1945. Vynálezy a zajímavosti Pokud by jste podobně jako u Lega hledali někde Chevoland, musím vás zklamat, žádná taková zajímavůstka se nekoná. Cheva je však, i když se to o ní málo ví, velmi oblíbenou didaktickou pomůckou na školách se stavebním zaměřením. Její kostky mají vhodné rozměry podobající se stavebním materiálům, najdeme v ní kostky, které odpovídají například cihle, jinou lze považovat za tvárnice YTONG nebo PORFIX, je tudíž ideální na sestrojení základních maket obvodových zdí, nebo celkového rozložení bytové jednotky. Závěr Cheva je velmi mladá stavebnice, která má jisté postavení na trhu, nicméně se prakticky nemění a tak trochu zaostává za konkurencí. Jde však o stavebnici, která se mi zdá - 28 -

vhodnou pro stavební školy jako pomůcka při stavbě maket. Její výhodou oproti Legu je její nízká cena a dostupnost náhradních dílků. Dokonce jsem slyšel, že si jde objednat samostatně například 1000 kusů kostky 0,5 x 1 x 2 dílku, což by odpovídalo poměru klasické cihly 7,5 x 15 x 30 cm. Podobným způsobem lze objednat libovolné množství libovolného dílu stavebnice.

2.2.

Využití pomůcek ve výuce odborných předmětů

Dnešní styl výuky vyžaduje po učitelích, aby nejen předávali žákům zkušenosti a vědomosti, ale také aby žáky, kteří mají v poslední době čím dál více problémy s pozorností, zabavili. Ani učitel sám nechce, aby celý přednes látky byl odkázán na jeho verbální či neverbální dovednost. Proto se aplikují nejrůznější pomůcky, které zefektivňují výukové metody, a výuka sama je pestřejší jak pro učitele, tak pro žáka. Je tedy mnohem snažší a dostupnější dosahovat učitelem stanovených a studenty akceptovaných cílů. Žáci nejsou vedeni k pouhému naslouchání výkladu a posléze jeho interpretaci při zkoušení, ale mohou např. manipulovat s předměty, či jejich maketami atd. Žáky tím mnohdy vhodně aktivizují. Je to tedy zejména zásluhou toho, že žákovi umožní bezprostřední cílevědomé zkoumání objektů a experimentování. Takto tomu je i v případě různých stavebnic. 2.2.1 Definice pojmu „Učební pomůcka“ Pojem učební pomůcka definujeme podle pedagogického slovníku J. Průchy a kol. následovně:

„učební pomůcky jsou předměty zprostředkující nebo napodobující realitu,

napomáhající větší názornosti nebo usnadňující výuku „17 nebo podle pedagogického slovníku B. Kujala a kol.: „učební pomůcky jsou přirozené objekty nebo předměty napodobující skutečnost nebo symboly, které ve vyučování a učení přispívají jako zdroje informací k vytváření, prohlubování a obohacování představ a umožňují vytvářet dovednosti v praktických činnostech žáků, slouží k zobecňování a osvojování zákonitostí přírodních a společenských jevů. Používají se především proto, aby se vytvořily podmínky pro intenzivnější vnímání učební látky, aby do celkového procesu bylo zapojeno co nejvíce receptorů, především zrakových a sluchových“ 18

17

PRŮCHA, J; WALTEROVÁ, E; MAREŠ, J. Pedagogický slovník. 4. aktualizované vyd. Praha : Portál, 2003. 322 s. ISBN 80-7178-772-8. 18

KUJAL, Bohumír. Pedagogický slovník. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1967. 533 s.

- 29 -

2.2.2 Učební pomůcky ve výuce S pohledu osoby s pedagogickým vzděláním, je výuka značně provázaný a velmi složitý proces. Kvůli snazšímu pochopení se musí provádět jistá zjednodušení, jichž bude posléze rovněž využito. Jak uvádí J. Maňák19 po dlouhou dobu byla výuka chápána jako celek skládající se ze tří složek – obsah, učitel a žák. Ze současného pohledu se výuka obecně vyznačuje vzájemným působením čtyř složek, jsou to: •

obsah výuky, učivo, jeho struktura,

•

učitel, vyučování, tj. zprostředkování učiva žákům, řízení jejich učební činnosti,

•

žák, učení, tj. proces osvojování učiva žáky,

•

didaktické prostředky, tj. učební pomůcky a technické vybavení, umožňující zefektivnit výchovně vzdělávací proces.

Obr. č. 2 - Komponenty v grafické podobě (MAŇÁK, J.; 2003, str. 69) Dnes se občas setkáváme s pojmem „didaktické prostředky“. Je to však termín používající se pro skupinu materiálních didaktických prostředků, J. Maňák20 uvádí, že analytický přístup k pedagogickým kategoriím vyžaduje, abychom pojem didaktické prostředky (v užším smyslu) vztahovali jen na předměty a jevy materiální povahy.

19

MAŇÁK, Josef. Nárys didaktiky. 3. vyd. Brno : Masarykova Univerzita, 2003. 104 s. ISBN 80-210-3123-9.

20

MAŇÁK, Josef. Nárys didaktiky. 3. vyd. Brno : Masarykova Univerzita, 2003. 104 s. ISBN 80-210-3123-9.

- 30 -

V současnosti existuje nepřeberné množství učebních pomůcek pro různé obory, a to jak od českých, tak zahraničních specializovaných firem, i vybavenost škol (pokud to jejich rozpočet umožní) roste. Není již žádná škola bez počítačové učebny, na středních školách se hojně rozmáhá používání interaktivních tabulí. Rozdíl učebních pomůcek je zejména v jejich kvalitě a kvantitě. Učitel tedy musí při přípravě na výuku vybírat z pomůcek uvědoměle a odůvodněně, na základě určitých hledisek. Doporučení postupu při volbě vhodné učební pomůcky je podle J. Skalkové21 vzhledem: •

k cíli, který jeho vyučování sleduje,

•

k věku a psychickému vývoji žáků, jejich dosavadním zkušenostem a vědomostem,

•

k podmínkám realizace (vybavení třídy a školy) i zkušenostem a dovednostem učitele.

Výběr správných učebních pomůcek je souhrnem klasifikace a úvahy nad řadou faktorů. Tyto faktory pozitivně, nebo negativně ovlivňují výchovně vzdělávací proces a jeho efektivnost. Systém faktorů dle J. A Romisziwského uvádí P. Bohony ve své publikaci „Didaktická technológia“ z roku 2003.22

Obr. č. 3 – Systém faktorů pro výběr učební pomůcky dle J. A. Romisziwského

21

SKALKOVÁ, Jarmila. Obecná didaktika. Praha : ISV, 1999. 292 s. ISBN 80-85866-33-1.

22

BOHONY, P. Didaktická technológia. 1. vyd. Nitra: UKF, 2003. 176 s. ISBN 80-8050-653-1.

- 31 -

Při používání pomůcek by se měl učitel řídit jistými zásadami. Tyto zásady však nemusejí mít všeobecnou platnost: •

nepopisujeme slovem to, co je žákům z pomůcky zřejmé,

•

podle druhu pomůcky zvolíme didaktickou techniku, kterou připravíme tak, aby se daná pomůcka realizovala nejúčinnějším způsobem, bez časových ztrát nebo naopak podle přístupné didaktické techniky zvolíme adekvátní učební pomůcky,

•

aktivizujeme žáky a snažíme se o to, aby sami získali co nejvíce informací vložených do pomůcky,

•

doprovodné slovo volíme tak, aby usměrňovalo žákovu pozornost a jeho učení zamýšleným směrem,

•

pomůcku předkládáme žákům až v době, kdy chceme zaměřit pozornost na dané učivo,

•

tam, kde je nutno zdůraznit složitost jevů, genezí, vzájemné vztahy a souvislosti, dynamiku procesu, necháváme možnost pro dotváření pomůcky během výkladu,

•

přenosový kanál volíme podle požadavku na efektivnost přenosu informací

•

a interakce mezi vyučujícím a žákem, ale i z hlediska hygieny duševní práce.

Základní znaky, kterými se vyznačují učební pomůcky: •

podstatu pomůcek tvoří signály, které jsou výsledkem látkové povahy pomůcek,

•

do těchto signálů jsou vložené zprávy s učivem, určené na zpracování informací,

•

pomůcky simulují objektivní skutečnost (s výjimkou, jestliže pomůcka představuje skutečný předmět),

•

vyžadují (až na výjimky) realizaci pomocí vyučovací techniky,

•

rozumové zpracování zpráv s učivem ulehčují předcházejícím smyslovým kontaktem prostřednictvím všech smyslových orgánů,

•

předpokládá se, že budou do výuky včleněny ve formě demonstrace, nebo budou objekty bezprostřední manipulace žáků,

•

některé pomůcky nejsou účinné bez uvedení do souladu s metodami a dalšími pomůckami, - 32 -

•

vytvářejí společný jazyk mezi učitelem a žákem, což urychluje styk mezi nimi a dělá ho výkonnějším,

•

silně motivují edukanta k učení,

•

vysoce aktivizují, vytvářejí přechod od neúmyslné k úmyslné pozornosti,

•

pomáhají překonávat útlum, který je často přirozenou obranou organizmu proti nadměrnému vyčerpání anebo reakcí na jednotvárnost a nudu.

Učební pomůcky jsou velmi odlišnou oblastí s velkou rozmanitostí, která může být funkční, nebo také například tvarové povahy. Proto je vhodné tyto pomůcky klasifikovat a vytvořit přehledný systém. Při jejich klasifikaci lze užít několika hledisek: •

pedagogicko-didaktické – podle funkce, působnosti a způsobu začlenění do vyučování, podle toho, jak aktivizují edukanta apod.,

•

psychologicko-fyziologické – např. podle smyslů, na které pomůcky působí (vizuální, auditivní, audiovizuální, dotykové anebo smíšené), podle stupně poznávacího procesu se pomůcky mohou opírat o konkrétní názor, skutečnost může být upravená (symbolické pomůcky),

•

materiálně-praktické – podle druhu použitého materiálu, obsahu, formy, (např. pomůcky kovové, dvojrozměrné, trojrozměrné apod.).

Členěním pomůcek se zabývá ve své knize „Technické výukové prostředky“ V. Rambousek. Členění učebních pomůcek dle V. Rambouska23: originální předměty a reálné skutečnosti •

přírodniny:

v původním stavu upravené

•

výtvory a výrobky – v původním stavu (vzorky výrobků, přístroje, umělecká díla)

•

jevy a děje – fyzikální, chemické, biologické aj.

zobrazení a znázornění předmětů a skutečností •

modely – statické, funkční, stavebnicové

•

zobrazení:

prezentovaná přímo prezentovaná pomocí didaktické techniky (statické, dynamické)

23

RAMBOUSEK, V. a kol. Technické výukové prostředky. 1. vyd. Praha: SPN, 1989. 302 s.

- 33 -

•

zvukové záznamy – magnetické, optické

textové pomůcky •

učebnice – klasické, programované

•

pracovní materiály – pracovní sešity, studijní návody, sbírky úloh, tabulky, atlasy

•

doplňková a pomocná literatura – časopisy

pořady a programy prezentované didaktickou technikou •

pořady – diafonové, televizní, rozhlasové

•

programy – pro vyučovací stroje, výukové soustavy či počítače

speciální pomůcky •

žákovské experimentální soustavy

•

pomůcky pro tělesnou výchovu Dalším, kdo se zabýval systémem a kasifikací učebních pomůcek je také J. Pavelka.

Ten stanovil systém učebních pomůcek pro technickou výchovu, který publikoval ve své knize „Vyučovacie prostriedky v technickej výchove“ v roce 1999. Hlavní body uvedl následovně24: 1) skutečné předměty

5) zobrazení

9) zvukové pomůcky

2) modely

6) audiovizuální pomůcky

10) speciální pomůcky

3) panely

7) literární pomůcky

4) stavebnice

8) vyučovací programy

Problematikou materiálních didaktických prostředků se systematicky zabývá didaktika materiálních prostředků. Je to důležitá interdisciplinární oblast, má vztah s technikou, ergonomií, teorií informace, kybernetikou a jinými příbuznými vědními obory. Tím, že se váže na technický rozvoj a různé vědní obory, vytváří nejprogresivnější část didaktiky. Využívá výsledky jiných odvětví a tím se neustále vyvíjí, současně dává podněty pro modernizační snahy (přestavbu a reformy školství).

24

PAVELKA, J. Vyučovacie prostriedky v technickej výchove. 1. vyd. Prešov: FHPV PU, 1999. 199 s. ISBN 80-88-722-68-3.

- 34 -

V souvislosti s učebními pomůckami je vhodné uvést ještě jeden širší pojem a to je pojem „Didaktický prostředek“. Didaktický prostředek nemá pevně ustálený obsah, a proto je možné pozorovat jisté terminologické nesrovnalosti. Didaktické prostředky si lze jednoduše vyložit jako všechny prostředky, které má učitel k dispozici na dosahování vytyčených výukových cílů. Jsou nástroji pedagoga v řízení, usměrňování a regulaci vyučovacího procesu. Pokud budeme chápat výchovně vzdělávací cíl jako nejvyšší pedagogickou kategorii, potom jako prostředky můžeme označit všechny předměty a jevy sloužící k dosažení těchto cílů. O.Obst25 uvádí, že v didaktice rozumíme prostředkem vše, čeho učitel a žáci mohou využívat k dosažení výukových cílů. Lze sem tedy zařadit veškerá média, jako jsou metody výuky, vyučovací formy, didaktické zásady, dosažení dílčího cíle, ale i učební prostory, vizuální nebo auditivní techniku, učební pomůcky aj.

Obr. č. 4 – Systém didaktických prostředků (Kalous, Obst, 2002, str. 39)

2.3.

Návrh tvořivých hodin s využitím stavebnic

V této kapitole budeme realizovat cíl bakalářské práce. Formou příprav na hodinu za využití problémových úloh, budeme rozvíjet tvůrčí myšlení žáků. Přípravy budeme připravovat pro různé vyučovací předměty a různé stupně škol. Nejvíce se budeme opírat o podporu výuky s použitím stavebnice Merkur, dále pak vytvořím návrh ročníkového projektu pro střední školy stavebního zaměření a využitím Chevy nebo Lega.

25

KALHOUS, Zdeněk; OBST, Otto. Školní didaktika. Vyd. 2. Praha : Portál, 2009. 447 s. ISBN 9788073675714.

- 35 -

2.3.1 Příprava na hodinu k tematickému celku „Jednoduché stroje“ (1) Identifikační údaje: Fyzika, 7. ročník Tematický celek: 2. Newtonův zákon Téma hodiny: Rovnováha na páce Hodinová dotace: 1 hod. teorie, 2 hod. laboratorní práce žáků Výukové cíle hodiny: Vzdělávací cíl: Žák zná definici druhého Newtonova zákona, umí zapsat rovnici síly dle druhého Newtonova zákona, sestrojí a vysvětlit princip jednoduché páky. Výchovná možnost: Rozvoj aktivní myšlenkové činnosti, zručnosti, rozvoj technického myšlení, kreativity žáka, vedení žáků k slušnému a ukázněnému chování… Použité metody: vysvětlování, nákres, zápis do sešitu, metoda řešení problémových úkolů Pomůcky: učebnice fyziky pro 7. ročník ZŠ, sešit, siloměr, sada závaží a stavebnice merkur. Fáze vyučovací hodiny: 1. Opakování Z předešlé Hodiny by žáci měli mít osvojeny tyto poznatky: -

Síla, jednotky síly

-

1. Newtonův zákon

2. Expozice nové látky Učitel seznámí žáky s novým učivem, řekne podstatu 2. Newtonova zákona. Nakreslí na tabuli přímku s osou uprostřed, která bude představovat rovnoramennou váhu, vyznačí na obou stranách dva dílky s hodnotami 1 a 2, analogicky na tomto modelu žákům vysvětlí podmínky rovnováhy na páce. Příkladně zavěsíme na rameno do bodu 1 (jednotka není při demonstraci podstatná) závaží s hodnotou například 2 kg. Bude pokračovat aktivizací žáků, kterých se zeptá, jaká hodnota závaží musí být v bodě označeném jako 2. Žáci odpoví na otázku, v případě špatných odpovědí učitel opět vysvětlí podmínky rovnováhy. Z příkladu je patrné, že dvojnásobné rameno = poloviční zatížení a naopak.

- 36 -

3. Zápis do sešitu Páka je jednoduchý stroj, jehož 3 nejdůležitější části jsou osa rotace, rameno břemene a rameno síly. Páka se otáčí kolem osy otáčení, rameno břemene působí na těleso (břemeno), na rameno síly působí člověk nebo stroj. Páka se využívá nejčastěji pro zmenšení síly, protože velikost potřebné síly je nepřímo úměrná délce ramene. Čím delší rameno, tím potřebujete menší působící sílu. V obecnějším případě může na páku působit více sil. Páka může mít různé tvary – od rovné tyče podepřené v jednom místě (páčidlo), přes dvě páky spojené kloubem (kleště), přes zahnutý tvar (klika), k tvaru kola (volant). Páka je skrytá i v kladce a kole na hřídeli. Podle umístění ramen páky vzhledem k ose otáčení lze páky rozdělit na: dvojzvratné – ramena jsou na opačných stranách od osy rotace, jednozvratné – obě ramena jsou na stejné straně od osy rotace. Mezi předměty jednozvratné páky patří například stavební kolečko, otvírák na skleněné láhve (například láhev piva), louskáček (na ořechy), drtič česneku, štípadlo na nehty, otvírák na konzervy, otvírák na PETlahve či kleště. Podle délky ramen se páky dělí na: rovnoramenné – rameno síly je stejně dlouhé jako rameno břemene, nerovnoramenné – délka ramena síly je různá od ramene břemena.

Podmínka rovnováhy na páce: Páka je v rovnováze, jestliže výsledný moment sil působících na páku je nulový. V případě, že na rameno a1 působí síla F1 a na rameno a2 působí síla F2, pak podmínku rovnováhy na páce vyjadřuje vzorec: F1 . a1 = F2 . a2

- 37 -

4. Skupinová laboratorní práce žáků s využitím stavebnice Merkur Žáci utvoří trojce nebo čtveřice (podle počtu žáků ve třídě). Každá tato čtveřice dostane jedno balení stavebnice Merkur, s této stavebnice libovolně sestrojí funkční model váhy. Učitel jim ukáže již sestrojený přípravek, popřípadě nechá na stole laboratorní váhu (nikoliv sestrojenou ze stavebnice, která bude sloužit pro lepší pochopení zadání, nicméně ji po nějaké době zase schová a nechá veškerou tvůrčí aktivitu na žácích, tato metoda je velmi prospěšná, zúročí se v ní práce v kolektivu a žáci jsou nuceni problém analyzovat. Po analýze problému žáci udělají syntézu, tzn., že sestrojí funkční model váhy libovolného vzhledu. Na laboratorní práci jsem vymezil dotaci dvě hodiny, aby žáci měli dostatek prostoru pro analyzování, nicméně sestrojení jednoduché váhy z Merkuru trvá přibližně 10 – 15 minut, podle zručnosti konstruktéra. Tento postup by žáci měli zvládnout během jedné vyučovací hodiny. Druhá hodina laboratorní práce pak bude spočívat ve vyvěšování závažíček různých hodnot do dírek ve stavebnici, žáci si tak ověří funkci a pravdivost teoretického základu. Tři libovolné měření, ověří jednoduchými výpočty. (Obrazová dokumentace viz příloha 1) 5. Hodnocení laboratorní práce, kontrola výsledků, shrnutí důležitých poznatků, zhodnocení práce v hodině, pochvala za aktivitu. 2.3.2 Příprava na hodinu k tematickému celku „Jednoduché stroje“ (2) Identifikační údaje: Fyzika, 7. ročník Tematický celek: 2. Newtonův zákon Téma hodiny: Kladka volná, pevná, jednoduchý kladkostroj Hodinová dotace: 1 hod. teorie, 2 hod. laboratorní práce žáků Výukové cíle hodiny: Vzdělávací cíl: Žák zná definici druhého Newtonova zákona, umí aplikovat tento zákon u kladek, sestrojí a vysvětlit princip kladek volné, pevné a jednoduchého kladkostroje. Výchovná možnost: Rozvoj aktivní myšlenkové činnosti, zručnosti, rozvoj technického myšlení, kreativity žáka, vedení žáků k slušnému a ukázněnému chování… - 38 -

Použité metody: vysvětlování, nákres, zápis do sešitu, metoda řešení problémových úkolů Pomůcky: učebnice fyziky pro 7. ročník ZŠ, sešit, siloměr, sada závaží a stavebnice merkur. Fáze vyučovací hodiny: 1. Opakování Z předešlé Hodiny by žáci měli mít osvojeny tyto poznatky: -

Síla, jednotky síly

-

1. a 2. Newtonův zákon

-

Podmínky rovnováhy na váze 2. Expozice nové látky Učitel seznámí žáky s novým učivem, na tabuli nakreslí kruh s tečkou uprostřed, který bude znázorňovat kladku, tato kladka bude ukotvena nahoře do pevného tělesa. Učitel znázorní provaz vedení přes kladku. Na jednom konci bude panáček, na druhém například pytel cementu (25kg dle EU). Dále bude aktivizovat žáky. Učitel se zeptá žáků, kolik kilo zvedá panáček na druhém konci. Učitel vyvolá některého z žáků, kteří se budou hlásit. Nejde o zkoušení něčeho, co ještě nebylo probráno, jen jde o aktivizaci žáků, aby zkusili přijít na analogii s rovnoramennou váhou. V případě správné odpovědi učitel žáka pochválí a vyzve ho, aby zkusil ostatním žákům vysvětlit proč tomu tak je. (Podle mého názoru děti raději přijímají informace od svých vrstevníků, učitel je pro ně autorita a jeho výkladu někdy neradi naslouchají). V případě špatných odpovědí učitel žákům vysvětlí, jak tomu je. Kladka je vlastně rovnoramenná váha, kde na jednom konci závaží s hmotností 25Kg a působí na něj svislá gravitační síla Fg = 10N/Kg, tudíž síla, která bude u tohoto tělesa působit svisle dolů je 250N. Tedy člověk aby alespoň pytel cementu vyvážil, musí vynaložit stejnou sílu. Učitel pokračuje vysvětlením principu kladky volné a jednoduchého kladkostroje, který bude předmětem jejich následné laboratorní práce. 3. Zápis do sešitu Kladka Kladka je jednoduchý stroj, jehož hlavní částí jsou kolečko a provaz. Je používána především k zvedání těles, a to pro změnu směru působení síly.

- 39 -

Podle upevnění kolečka nebo provazu se kladka dělí na dva druhy: pevnou kladku a volnou kladku. Spojením pevné kladky a volné kladky (nebo více kladek) vznikne kladkostroj. Pevná kladka Pevná kladka je druh kladky, kdy je upevněné kolečko, a to v ose, kolem které se otáčí, a provaz je provlečený přes kladku, na jednom jeho konci je zavěšeno těleso (břemeno), na druhý konec působí síla člověka nebo stroje. Pevná kladka neušetří sílu, na rozdíl od volné kladky. Aby byla pevná kladka v rovnováze, musí na oba konce provazu působit stejně velká síla. Výhodou je změna směru síly, např. zvedání břemene se děje táhnutím provazu směrem dolů, nikoliv nahoru. Volná kladka Volná kladka je druh kladky, kdy je upevněný jeden konec provazu, na provaze se pohybuje kolečko, na jehož ose je zavěšeno těleso (břemeno), na druhý konec provazu působí síla člověka nebo stroje. Volná kladka ušetří asi polovinu síly. Aby byla volná kladka při zvedání břemene v rovnováze, musí na provaz působit síla o poloviční velikosti, než je tíha břemene a kladky. Nevýhodou volné kladky při zvedání je, že je nutné zvedat samotnou kladku a působit směrem vzhůru stejně jako bez kladky. Toto lze odstranit spojením volné a pevné kladky do kladkostroje. Kladkostroj Kladkostroj je jednoduchý stroj, který vznikne spojením pevné kladky a volné kladky, příp. více kladek. Kladkostroj kombinuje výhody volné kladky - ušetření poloviny síly - a pevné kladky - změna směru síly. Např. těleso o tíze lze zvednout kladkostrojem s 1 volnou a 1 pevnou kladkou silou asi směřující dolů. Při použití více kladek se potřebná síla, tíha břemene + volných kladek, je počet provazů, na kterých volné kladky visí.

- 40 -

Zajímavosti: Před více než 2000 lety vyzval syrakuský král Archiméda, aby ukázal, co jednoduché stroje dovedou. Řecký vědec vybudoval soustavu kladek a bez cizí pomoci vytáhl loď na břeh. Kdy byly použity poprvé stavební jeřáby? Jeřáb, což je stroj na zvedání břemen užívající princip kladky, zavedli Římané. Jejich jeřáby byly poháněny šlapacími mlýny. Otroci chodící ve šlapacím mlýnu vytvářeli vstupní sílu potřebnou ke zdvihnutí zátěže stavebního kamene. 4. Skupinová laboratorní práce žáků s využitím stavebnice Merkur Žáci utvoří trojice nebo čtveřice (podle počtu žáků ve třídě). Každá tato čtveřice dostane jedno balení stavebnice Merkur, z této stavebnice libovolně sestrojí funkční model kladkostroje. Učitel jim ukáže již sestrojený přípravek, který žáci uvidí z dálky a jen na 5 minut, jedinou dílčí oporou pro žáky bude nákres kladkostroje na tabuli, ze kterého bude patrné, jak má kladkostroj fungovat, nicméně aktivita, kreativita a estetická složka je vyloženě na straně žáků. Sestrojení zabere zhruba jednu vyučovací hodinu, proto výsledek měření bude pouze jeden. Skupina si zvolí závaží dle velikosti přípravku a na volný konec provázku kladkostroje upevní siloměr, tento siloměr by jim měl ukázat poloviční vynaložení síly na zvedání. Nicméně žáci by měli pochopit, že nic není zadarmo a že proto, abychom zvedali o polovinu méně, musíme vytáhnout dvojnásobnou délku lana a tak si práci neulehčíme, jen usnadníme. Nejrychlejší skupina tedy potom dostane za úkol kladkostroj přepracovat (velmi jednoduše) jen na kladku pevnou, kde jasně uvidí, že sice siloměr ukazuje jednou takovou sílu než u kladkostroje, nicméně stačí poloviční provázek. Aktivita členů této skupiny bude potom klasifikována tzv. malou jedničkou za aktivitu. (Obrazová dokumentace viz příloha 2) 5. Hodnocení laboratorní práce, kontrola výsledků, shrnutí důležitých poznatků, zhodnocení práce v hodině, pochvala za aktivitu.

- 41 -

2.3.3 Příprava na hodinu k tematickému celku „Kinematické mechanismy“ Identifikační údaje: Strojírenství, 2. ročník Tematický celek: Klikový mechanismus Téma hodiny: Kladka volná pevná, jednoduchý kladkostroj Hodinová dotace: 1hod. – teoretická část + 1 hod. – samostatná práce žáků Výukové cíle hodiny: Vzdělávací cíl: Žák zná definici pojem klikový mechanismus, umí vysvětlit princip nejjednoduššího klikového mechanismu, sestrojí model klikového mechanismu, zná a umí formulovat vzorce. Výchovná možnost: Rozvoj aktivní myšlenkové činnosti, zručnosti, rozvoj technického myšlení, kreativity žáka, vedení žáků k slušnému a ukázněnému chování… Použité metody: vysvětlování, nákres, zápis do sešitu, metoda řešení problémových úkolů Pomůcky: skripta Strojírenství, odborné texty, sešit, rýsovací potřeby a stavebnice merkur. Fáze vyučovací hodiny: 1.

Opakování

Z předešlých hodin by žáci měli mít osvojeny tyto poznatky: -

Šroubový mechanismus teorie a vzorce

-

Pákový mechanismus teorie a vzorce

-

Kloubový mechanismus teorie a vzorce 2.

Expozice nové látky Učitel seznámí studenty s tématem hodiny. Na tabuli nakreslí schéma klikového

hřídele, na kterém dále bude demonstrovat jeho části a princip. 3.

Nákres Žáci podle tabule provedou nákres a popíší ho přesně podle předlohy na tabuli (viz. Obrazová příloha) - 42 -

4.

Zápis do sešitu Pod nákres klikového mechanismu provedou žáci následující zápis:

Kinematické mechanismy Charakteristika úplného klikového mechanismu 26

Tento mechanismus přeměňuje otáčivý pohyb na přímočarý - stroje hnané (u pístových čerpadel a kompresorů) anebo naopak - stroje hnací (u spalovacích motorů). Klikový mechanismus je důležitým ústrojím všech pístových strojů. Je to ústrojí dosti komplikované, drahé a náročné na údržbu. V praxi bývají dva druhy klikových mechanismů: úplný klikový mechanismus - klikový

mechanismus s křižákem a zkrácený klikový mechanismus. (viz obrazová příloha) Popis jednotlivých částí úplného a zkráceného klikového mechanismu27

Části klikového ústrojí jsou: Úplného:

Zkráceného:

1. píst s pístní tyčí 2. křižák ve vedení 3. ojnice spojující klikový a křižákový čep 4. klikový hřídel

1. píst s pístním čepem není - vedení obstarává píst 2. ojnice spojující klikový a pístní čep 3. klikový hřídel

Popis klikových ústrojí: a) úplného klikového mechanismu (klikový mechanismus s křižákem) b) zkráceného klikového mechanismu 1 - píst. 2 - pístní čep, 3 - pístní tyč, 4 - ucpávka, 5 - křižák, 6 - křižákový čep, 7 - oj nice,

8 - klikový čep, 9 - čelní klika, 10 - klikový hřídel, 11 - setrvačník, 12 - válec, 13 - rám stroje, kliková skříň, 14 - hlavní ložiska Příklady použití úplného a zkráceného klikového mechanismu

Klikový mechanismus je důležitým ústrojím všech pístových strojů. Je to ústrojí dosti komplikované, drahé a náročné na údržbu.

26

BEDNAŘÍK, Milan; ŠIROKÁ, Miroslava. Fyzika pro gymnázia : mechanika. 3. přeprac. vyd. Praha : Prometheus, 2000. 288 s. ISBN 8071961760. 27 LEINVEBER, Jan; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky : pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 4., dopl. vyd. Úvaly : Albra, 2008. 914 s. ISBN 9788073610517.

- 43 -

Úplný klikový mechanismus

používá se dnes již málo, a to zejména u velkých pomaloběžných strojů. Parní stroje, pístová čerpadla atd. Zkrácený klikový mechanismus

používá se zejména u menších rychloběžných strojů, např. automobilových spalovacích motorů, pístových kompresorů a čerpadel atd. Výhody a nevýhody zkráceného klikového mechanismu Výhody: (oproti úplnému mechanismu) 1. menší konstrukční složitost (nemá křižák a pístní tyč), 2. menší rozměry (je kratší o pístní tyč), 3. může být rychloběžný, 4. menší setrvačné síly (zmenšené o hmotnost křižáku a pístní tyče, proto může být rychloběžný).

Nevýhody: (oproti ostatním mechanismům) 1. komplikovaný, 2. drahý, 3. náročný na údržbu, 4. větší namáhání pístu oproti úplnému, protože nahrazuje křižák, síla působí nejen ve směru axiálním, ale i radiálním.

Písty s příslušenstvím Písty

Pracovní prostor pístového stroje je vytvořen válcem, víkem válce a posuvnou příčnou stěnou určitého tvaru - pístem. Na píst tlačí u motorů tlak média, píst vykonává posuvný pohyb a přenáší jej na pístní oko ojnice (u zkráceného mechanismu). Požadavky na píst: a) velká pevnost, u tepelných strojů i za tepla, a odolnost proti korozi, b) dobré kluzné vlastnosti i při ztížených mazacích podmínkách a odolnost proti otěru a

opotřebení, c) přiměřená tvrdost a přitom uspokojivá vrubová houževnatost, d) malá hustota; zejména u rychloběžných strojů lehký píst zmenšuje velikost setrvačných sil

se všemi důsledky pro vyvážení, zatížení ložisek, ojnice atd.,

- 44 -

e) malá tepelná roztažnost (pokud možno stejná nebo menší než roztažnost materiálu válce) a

dobrá tepelná vodivost (pro zamezení místního přehřátí), f) dobrá slévatelnost (u litých pístů) nebo tvárnost (u lisovaných pístů), g) snadná obrobitelnost, h) nízká cena, i) chemické složení bez deficitních kovů.

Používají se zejména dvě skupiny materiálů: 1. litiny a oceli (na odlitky nebo výkovky), 2. lehké slitiny (lité do kokil nebo lisované). Pístní čepy

Přenášejí tlak plynů ve válci i setrvačné síly pístu na ojnici. Bývají zpravidla duté, z cementačních ocelí 12020, 14220 Pístní čepy jsou normalizovány. Jsou namáhány na ohyb a otlačení. Pístní čep se maže olejem rozstříkaným v klikové Utěsnění pístů - pístní kroužky

Nejlépe a nejčastěji se písty utěsňují kovovými rozříznutými samočinně pružícími kroužky. Pístní kroužky jsou: a) těsnicí, které zamezují pronikání plynů z pracovního prostoru válce nad pístem do klikové

skříně b) stírací, které zamezují pronikání oleje z klikové skříně do pracovního prostoru, ale mají

propustit určité množství oleje nutné k mazání kluzné plochy válců Pístní kroužky se vyrábějí z jemnozrnné speciální šedé litiny. V poslední době se vyrábějí též pístní kroužky ze spékané oceli, které mají vyšší odolnost proti otěru a i ostatní mechanické vlastnosti mají lepší než litinové kroužky. Protože se vyrábějí převážně lisařskou technikou, jsou tyto kroužky i levnější. Rozměry kroužků se volí podle ČSN (viz ST).

- 45 -

Ojnice Spojuje klikový čep s pístním čepem. Skládá se z dříku a dvou ojničních hlav, klikové a pístní (v pístní je zpravidla bronzové pouzdro, bývá nedělená, v klikové je pánev (kompozice nebo bronz), bývá zpravidla dělená. Hlavy mohou být nedělené (zavřené) nebo dělené. Pístní hlava koná přímočarý pohyb, kliková hlava rotační, ojnice jako celek koná kývavý pohyb. Ojnice je namáhána na vzpěr, ohyb a otlačení. Klikové hřídele Jsou to hřídele se zalomením pro víceválcové pístové stroje, zejména spalovací motory, zemědělské stroje a kompresory. Vyrábějí se buď jednodílné, nebo složené z několika dílů. 5. Vzorce

Obvodová rychlost klikového čepu na klice


    

Střední rychlost pístu


  2    2

Rychlost přímočarého pohybu pístu




 

    #

Úhel mezi ojnicí a směrem přímočarého pohybu β  arcsin sin α $

6. Skupinová samostatná práce žáků s využitím stavebnice Merkur

Žáci si do skupinek rozeberou stavebnice, jejich úkolem bude libovolným způsobem sestrojit funkční model jednoduchého klikového mechanismu. K sestrojení jim bude sloužit pouze nákres na tabuli. Na tuto práci mají žáci zhruba 30 minut, což by na této úrovni a typu školy mělo být více než dostačující, učitel tak bude mít kvalitní zpětnou vazbu, že žáci problému rozumí. (Obrazová dokumentace viz příloha 3) 7. Zhodnocení práce v hodině, kontrola práce, shrnutí důležitých poznatků, zhodnocení, pochvala za aktivitu.

- 46 -

2.3.4 Příprava na hodinu k tematickému celku „Dynamika“ Identifikační údaje: Fyzika, 1. ročník SOŠ Tematický celek: Setrvačnost Téma hodiny: Odstředivá a dostředivá síla Hodinová dotace: 1hod. – teoretická část + 1 hod. – samostatná práce žáků Výukové cíle hodiny: Vzdělávací cíl: Žák zná definici pojmu odstředivá a dostředivá síla, dokáže definovat inerciální a neinerciální vztažnou soustavu, sestrojí model odstředivého Wattova regulátoru, zná a umí formulovat vzorce. Výchovná možnost: Rozvoj aktivní myšlenkové činnosti, zručnosti, rozvoj technického myšlení, kreativity žáka, vedení žáků k slušnému a ukázněnému chování… Použité metody: vysvětlování, nákres, zápis do sešitu, metoda řešení problémových úkolů Pomůcky: učebnice fyziky pro Střední odborné školy, sešit, rýsovací potřeby a stavebnice Merkur. Fáze vyučovací hodiny: 1. Opakování

Z předešlých hodin by žáci měli mít osvojeny tyto poznatky: -

Třetí Newtonův pohybový zákon- teorie a vzorce

2. Expozice nové látky Učitel seznámí studenty s tématem hodiny. Vysvětlí pojmy inerciální a neinerciální soustava, zopakuje 3. Newtonův zákon, který se bude v této hodině uplatňovat, uvede příklad odstředivé a dostředivé síly, například jezdec na motorce v zatáčce…

- 47 -

3. Zápis do sešitu Vztažné soustavy Neinerciální vztažná soustava •

Jako neinerciální vztažná soustava se ve fyzice označuje taková vztažná soustava, v níž neplatí 1. Newtonův pohybový zákon ani 3. Newtonův pohybový zákon, tzn. že těleso, ačkoliv na ně nepůsobí žádná síla nebo výslednice sil je nulová, mění svůj pohybový stav (rychlost), tzn. pohybuje se s nenulovým zrychlením.

•

Změna pohybového stavu se vysvětluje setrvačnou silou, jejíž původ je mimo neinerciální vztažnou soustavu.

•

Neinerciální vztažné soustavy se vzhledem k inerciálním vztažným soustavám pohybují nerovnoměrně (s nenulovým zrychlením). Stejně velké zrychlení, ale opačného směru, mají všechna tělesa v neinerciální vztažné soustavě (nepůsobí-li na ně další síla).

Inerciální vztažná soustava •

Jako inerciální vztažná soustava se ve fyzice označuje taková vztažná soustava, v níž platí 1. Newtonův pohybový zákon, tj. těleso, na které nepůsobí žádná síla nebo výslednice sil je nulová, je v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně přímočaře. Platí zde zákon setrvačnosti. Platí zde, že každá vztažná soustava, je-li vzhledem k dané inerciální soustavě v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, je rovněž inerciální. Jako příklad můžeme uvést například stěny vagonu, který se pohybuje po přímé trati stálou rychlostí

Setrvačné síly Setrvačná (zdánlivá) síla je síla způsobující změnu pohybového stavu (změnu rychlosti) těles v neinerciálních vztažných soustavách. Přitom je to síla, která v této soustavě nemá svůj původ, pouze účinek. Zrychlení, které udílí setrvačná síla tělesům, je pro všechna tělesa stejně velké (nezávisí na jejich hmotnosti) a jeho velikost se rovná zrychlení dané neinerciální vztažné soustavy vzhledem k některé inerciální vztažné soustavě, má však opačný směr.

- 48 -

Setrvačná síla se označuje jako zdánlivá, protože se ve skutečnosti o žádnou sílu nejedná. Newtonovy pohybové zákony platí jen pro inerciální vztažné soustavy a proto pokud je chceme použít k výpočtu v soustavě neinerciální, musíme je upravit, a to právě přidáním setrvačné síly. Poznámka: Setrvačné síly existují jen v neinerciálních vztažných soustavách. Galileiho princip relativity Klid a rovnoměrný přímočarý pohyb jsou dva rovnocenné pohybové stavy, které lze rozlišit jen relativně, tj. ve vztahu k okolí. Všechny inerciální vztažné soustavy jsou z mechanického hlediska ekvivalentní. Žádným mechanickým pokusem uvnitř IVS nelze jednoznačně určit, zda a jakou rychlostí se soustava pohybuje vzhledem k jiné inerciální soust. Odstředivá síla Odstředivá síla označovaná jako Fo, nebo Fod, je reakce (reakční síla podle Třetího Newtonova zákona) vzniklá při působení dostředivé síly v inerciální vztažné soustavě. Jedná se o odpor hmoty vůči normálovému (dostředivému) zrychlení. Velikost odstředivé síly je stejná jako velikost dostředivé síly. Směr odstředivé síly je od středu křivosti trajektorie tělesa (od středu kružnice). Tato síla ovšem nepůsobí na těleso, na které působí dostředivá síla, jak se často chybně uvádí. Kdyby tomu tak bylo, součet odstředivé a dostředivé síly by byl nulový a těleso by se pohybovalo podle Prvního Newtonova zákona rovnoměrně přímočaře, což je však spor s předpokladem, že se těleso pohybuje křivočaře. Je důležité uvědomit si, že jakýkoli pohyb je vždy buď přímočarý, nebo dostředivý. Odstředivá síla působí vždy jen jako reakce a je tedy nazývána též silou zdánlivou. Dostředivá síla Dostředivá (centripetální) síla označovaná Fd je síla, která má směr do středu křivosti trajektorie tělesa při křivočarém pohybu (při pohybu po kružnici do středu kružnice). Má směr normály k trajektorii v daném místě, je tedy kolmá na vektor rychlosti. Dostředivá síla způsobuje změnu směru vektoru rychlosti (dostředivé zrychlení), a tím zakřivení trajektorie, velikost vektoru rychlosti však nemění.

- 49 -

Praktické využití: Wattův odstředivý regulátor Wattův odstředivý regulátor jsou dvě koule umístěné na společné ose a zároveň na posuvných ramenech fixovaných na stejné ose. Regulátor umístíme do odstředivého stroje a ten uvedeme do pohybu. Koule se na ramenech regulátoru při rotaci začnou vzdalovat od osy. Tohoto pohybu, závisejícím na rychlosti otáčení, bylo využíváno k uzavírání přívodu páry do pracovního válce parního stroje.

4. Vzorce +

Dostředivé zrychlení

&'  () * ; &' 

Odstředivá a dostředivá síla

-'  -.  /() * ; -'  -. 

,

 + ,

5. Skupinová laboratorní práce žáků s využitím stavebnice Merkur Žáci si do skupinek rozeberou stavebnice, jejich úkolem bude sestrojit funkční model Wattova regulátoru, na kterém si názorně ověří účinky odstředivé síly. K sestrojení jim bude sloužit nákres na tabuli a přípravek. Na tuto práci mají žáci zhruba 40 minut, což by na této úrovni a typu školy mělo být více než dostačující. Žáci by si měli zejména všimnout, že velikost odstředivé síly je závislá na rychlosti otáčení, při zachování stejné hmotnosti. (Obrazová dokumentace viz příloha 4) 6. Zhodnocení práce v hodině, kontrola práce, shrnutí důležitých poznatků, zhodnocení, pochvala za aktivitu. 3.2.5 Návrh zadání ročníkové práce pro studenty 3. ročníku SPŠ Stavebních Zaměření: Ročníková práce je navržena pro žáky 3. ročníku středních průmyslových škol. Jejich práce se bude opírat o vědomosti, dovednosti a návyky získané během uplynulých dvou let a v průběhu třetího ročníku v rámci předmětů: Odborné kreslení, Technická dokumentace staveb, Architektura, Stavitelství, Stavební materiály, Geodézie, Projektování staveb a CAD systémy. Žáci budou tuto práci zpracovávat jak formou domácí přípravy, ale také v rámci hodin cvičení z předmětu Pozemní stavby, kde budou žáci vypracovávat výkresovou - 50 -

dokumentaci pod odborným dohledem a budou mít samozřejmě možnost konzultovat vyskytlé problémy s učitelem. Zadání práce: Žáci v rámci ročníkového projektu navrhnou jedno podlaží rodinného domu. Zvolí jak vhodné materiály k realizaci stavby, tak vypracují kompletní výkresovou dokumentaci a model stavby v CAD systému. Dále vypracují Technickou zprávu pro dům (seznam potřebných operací k realizaci stavby). Práci dle možností doplní o model sestavený ze stavebnice (Cheva, nebo Lego). Tuto činnost budou provádět v hodinách cvičení z předmětu Pozemní stavby ve třetím čtvrtletí školního roku. Formální náležitosti práce: 1. Úvod – žák zde rozebere, jakou stavbou se bude zabývat, jedná-li se o dům, nebo byt,

jakou rozlohu bude tento objekt mít, popíše rozčlenění místností, popíše možnosti technických řešení. 2. Charakteristika objektu – Zde žák popíše využití jednotlivých místností (například

pokud se jedná o přestavbu, popíše úpravu příček v objektu), situování objektu v rámci města (obce), dále popíše, zda se jedná o novostavbu, nebo přestavbu a dostupnost inženýrských sítí. 3. Technická zpráva pro dům- bude obsahovat seznam a obsah úkonů: výkopové práce, základy, svislé konstrukce, strop, podlahy, výplně otvorů (v případě přízemního domku zpracuje žák ještě železobetonové věnce, klempířské práce…) 4. Výkresová dokumentace - Výkresová dokumentace bude zpracována v CAD systému a bude obsahovat: Půdorys, půdorys okótovaný, půdorys nábytek, řez A-A‘, pohled jih, pohled sever, pohled východ, pohled západ. V případě podsklepení vypracují žáci ještě výkres půdorys sklepa a v případě podkroví také půdorys podkroví. 5. Model - Žáci vypracují model za pomoci stavebnice, která je ve škole k dispozici,

podle použitých materiálů si stanoví velikost kostky stavebnice (např. cihla pálená odpovídá poměrem 0,5x1x2, cihla dutá vysoká 1x1x2…). Pomocí této stavebnice vyprojektují model obvodových zdí s příčkami. 6. Obhajoba – Žák svoji práci bude prezentovat a obhajovat u komise učitelů

z odborných předmětů. Předloží práci v tištěné podobě, Výkresová dokumentace bude zvlášť a žák ji předloží učiteli z odborného kreslení, který bude posuzovat korektnost návrhu.

- 51 -

7. Hodnocení – hodnocení práce navrhne učitel předmětu Pozemní stavby, po

vyslechnutí připomínek od kolegů k jednotlivým částem projektu. Hodnocení práce bude slovní, toto hodnocení bude bráno v potaz při celkovém hodnocení předmětu Pozemní stavby.

- 52 -

3. Závěr: Práce již ve své podstatě poukázala na nedostatek materiálů týkajících se oblasti technického myšlení, které na rozdíl od kreativity lze stále považovat za bílé místo v oblasti psychologie žáka, didaktiky odborných předmětů i principů výuky technických předmětů jako celek. Byla prokázána souvislost mezi rozvojem technického myšlení, kreativitou jedince a využíváním stavebnic. Všechny tyto prvky lze snadno propojit výukovou metodou řešení problémových úkolů žáky. Co se týče vhodných stavebnic pro tvořivou výuku, byly vybrány tři stavebnice (Merkur, Cheva, Lego), které dokáží splnit požadavky jak na kvalitní didaktickou pomůcku, tak zároveň jako prostředku pro řešení problémových úloh žáky. S toho jen jedna z nich a to Merkur, byla prací vyhodnocena jako univerzální (lze ji použít ve více odborných předmětech). Byla provedena realizace didaktického materiálu, pro odborné předměty jak na základních, tak středních školách. Materiál pro střední školy se od základu opírá o výsledky usnesení asociace švédských podniků a měl by tudíž připravovat žáka, tak aby byl jako absolvent schopný přemýšlet o problému, řešit ho a dnes se již hodně také mluví o důležitosti práce v týmu. Materiál, který je určen základním školám dbá na rozvoj technické gramotnosti žáků tak, aby byli dobře připraveni pro pokračování na středních školách technického směru.

- 53 -

Resumé

Tato práce se zabývá problematikou kreativity a technického myšlení, jeho rozvojem a využitím ve výuce. Tuto problematiku v praktické části vztahujeme na využití stavebnic jako učebních pomůcek při řešení problémových úkolů žáky, rozvoji technického myšlení a technické gramotnosti u žáků různých typů škol. Důraz je tedy kladen na pochopení principu probírané látky, využití práce v kolektivu, rozvoj zručnosti, uvědomělosti a aktivní mozkové činnosti. Formou příprav jsou zde nastíněny úlohy, nebo laboratorní práce, které se opírají o využívání stavebnic jako učebních pomůcek pro žáky. Žáci jich potom využívají jako prostředek při řešení problémových úkolů.

Resume

This thesis is dealing with the phenomenon of creativity and critical thinking, its development and application in teaching. In the Practical Part, these concepts are further linked with the construction kits usage, these being used as teaching aids for problem assignments solving and development of critical thinking and technical literacy in students of various types of schools. The main focus is thus given to students´ understanding to the core of the subject matter taught, using the groupwork, craftsmanship development, consciousness development and active brain processing. The tasks and laboratory assignments for students are illustrated here in the form of teaching plans and preparations. The tasks make use of applying of construction kits as teaching aids for students. The students use such kits as a tool for problem assignments solving.

- 54 -

Použitá literatura

BEDNAŘÍK, Milan; ŠIROKÁ, Miroslava. Fyzika pro gymnázia : mechanika. 3. přeprac. vyd. Praha : Prometheus, 2000. 288 s. ISBN 8071961760. BENEŠ, P.; VALÁŠEK, M. Metody tvůrčí práce zvyšující tvůrčí potenciál. Praha : BEN technická literatura, 2008. ISBN 9788073001926. BLÁHOVÁ, Krista. Hry pro tvořivé vyučování : zásobník 146 her a cvičení pro rozvoj osobnosti. Vyd. 1. Praha : Agentura Strom, 1997. 47 s. ISBN 8090195474. BOHONY, P. Didaktická technológia. 1. vyd. Nitra: UKF, 2003. 176 s. ISBN 80-8050-6531. CARTER, Philip J; RUSSELL, Ken; JUNGMANN, Vilém. Trénink paměti a kreativity. Vyd. 1. Brno : Computer Press, 2004. 188 s. ISBN 8025103277. ČADÍLEK, M.; LOVEČEK, A. Didaktika odborných předmětů. Brno : Akademické nakladatelství CERM, 2003 ČÁP, Jan; MAREŠ, Jiří. Psychologie pro učitele. Vyd. 1. Praha : Portál, 2001. 655 s. ISBN 807178463X. FRANUS, E. The Dual Nature of Technical Thinking. In Technology as a challenge for school curricula.The Stockholm Llibrary of Curriculum Studies. Stockholm : Institut of Education Press, 2003, s. 141 – 144. ISSN 1403-4972. ISBN 91-7656-543-2. FRIEDMANN, Zdeněk. Didaktika technické výchovy. Vyd. 1. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1993. 50 s. ISBN 8021007648. GAVORA, Peter. Výzkumné metody v pedagogice : příručka pro studenty, učitele a výzkumné pracovníky. Brno : Paido, 1996. 130 s. ISBN 80-85931-15-X. GESCHWINDER, J. a kol. Metodika využití materiálních didaktických prostředků. 1. vyd. Praha: SPN, 1987. 262 s. GILBERT, C. Technika dla najmlodszych. 1. vyd. Warszawa : Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1995. ISBN 83-02-05612-X.

- 55 -

HLAVSA, Jaroslav. Psychologické problémy výchovy k tvořivosti. Vyd. 1. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1981. 239 s. HLAVSA, Jaroslav. Psychologické základy teorie tvorby. Vyd. 1. Praha : Academia, 1985. 353 s. CHALUPA, Bohumír. Tvořivé myšlení : tvořivost jako dobrodružství poznání. 3. vyd. Brno : Barrister & Principal, 2005. 118 s. ISBN 80-7364-007-4. JŮVA, Vladimír. Tvořivostí učitele k tvořivosti žáků : sborník z celostátního semináře k problematice tvořivosti v práci učitele a žáka, který se konal dne 16.9.1997 na Pedagogické fakultě MU v Brně. Brno : Paido - edice pedagogické literatury, 1997. 133 s. ISBN 8085931478. KALHOUS, Zdeněk; OBST, Otto. Školní didaktika. Vyd. 2. Praha : Portál, 2009. 447 s. ISBN 9788073675714. KLIČKOVÁ, Marie. Problémové vyučování ve školní praxi. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1989. 118 s. ISBN 8004235220. KRASZEWSKI, K. Podstawy edukacji ogólnotechnicznej uczniów w mlodszym wieku szkolnym. Práce Monograficzne nr. 314. Krakow : Wydawnicztwo Naukowe Akademii Pedagogickznej, 2001. ISSN 83-7271-123-2. KIRST, Werner; DIEKMEYER, Ulrich. Trénink tvořivosti : hry a cvičení pro děti i dospělé. Vyd. 1. Praha : Portál, 1998. 125 s. ISBN 8071782270. KLIČKOVÁ, Marie. Problémové vyučování ve školní praxi. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1989. 118 s. ISBN 8004235220. KROPÁČ, Jiří. Didaktika technických předmětů : vybrané kapitoly. 1. vyd. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2004. 223 s. ISBN 8024408481. KROPÁČ, J.; HAVELKA, M. Poznámky k pojmu „TECHNICKÉ MYŠLENÍ“. [Dokument] Olomouc : Univerzita Palackého Olomouc, 2010. KRUŠPÁN, I. Rozvíjanie technického tvorivého myslenia v procese technickej záujmovej činnosti. In Rozvíjanie tvorivých činností v pracovnej výchove. Banská Bystrica : Pedagogická fakulta, 1985, s. 47 – 58. KUJAL, Bohumír. Pedagogický slovník. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1967. 533 s. - 56 -

KÖNIGOVÁ, Marie. Jak myslet kreativně. Vyd. 1. Praha : Grada, 2006. 125 s. ISBN 8024716267. LEINVEBER, J.; VÁVRA, P. Strojnické tabulky : pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 4., dopl. vyd. Úvaly : Albra, 2008. 914 s. ISBN 9788073610517. LOKŠOVÁ, Irena; LOKŠA, Jozef. Pozornost, motivace, relaxace a tvořivost dětí ve škole. Vyd. 1. Praha : Portál, 1999. 199 s. ISBN 807178205X. MAŇÁK, Josef; JŮVA, Vladimír. Tvořivost v práci učitele a žáka : sborník z celostátního semináře k problematice tvořivosti v práci učitele a žáka, který se konal dne 30.1.1996 na Pedagogické fakultě MU v Brně k 50. výročí založení Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity. Brno : Paido, 1996. 122 s. ISBN 8085931230. MAŇÁK, Josef. Alternativní metody a postupy. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1997. 89 s. ISBN 8021015497. MAŇÁK, Josef. Rozvoj aktivity, samostatnosti a tvořivosti žáků. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1998. 134 s. ISBN 8021018801. MAŇÁK, Josef. Stručný nástin metodiky tvořivé práce ve škole. Brno : Paido, 2001. 46 s. ISBN 8073150026. MAŇÁK, Josef. Nárys didaktiky. 3. vyd. Brno : Masarykova Univerzita, 2003. 104 s. ISBN 80-210-3123-9. MAŇÁK, J.; ŠVEC, V. Výukové metody. Brno : Paido, 2003. 219 s. ISBN 80-7315-039-5. MOŠNA, F.; RÁDL, Z. Problémové vyučování a učení v odborném školství. 1. vyd. Praha : Pedagogická fakulta UK, 1996. 96 s. ISBN 80-902166-0-9. MURAKAMI, T. Creativity and Innovation Management. [trans.] Autor. Creativity and the Next Generation of Japanese-Style Management. s.l. : Blackwell Publishing Ltd, 1994, Vol. III, pp. 211–220. NĚMEC, Jiří. Tvořivé hry od hlavy až k patě : program rozvoje tvořivosti. Brno : Paido, 2000. 60 s. ISBN 8085931982. NĚMEC, Jiří. S hrou na cestě za tvořivostí : poznámky k rozvoji tvořivosti žáků. Brno : Paido, 2004. 135 s. ISBN 807315014X.

- 57 -

OKOŃ, Wincenty. K základům problémového učení. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1966. s. PAVELKA, J. Vyučovacie prostriedky v technickej výchove. 1. vyd. Prešov: FHPV PU, 1999. 199 s. ISBN 80-88-722-68-3. PECINA, Pavel. Tvořivost ve vzdělávání žáků. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, 2008. 99 s. ISBN 9788021045514. PRŮCHA, Jan. Moderní pedagogika : věda o edukačních procesech. 1. vydání. Praha : Portál, 1997. 496 s. ISBN 80-7178-170-3. PRŮCHA, J; WALTEROVÁ, E; MAREŠ, J. Pedagogický slovník. 4. aktualizované vyd. Praha : Portál, 2003. 322 s. ISBN 80-7178-772-8. RAMBOUSEK, V. a kol. Technické výukové prostředky. 1. vyd. Praha: SPN, 1989. 302 s. SKALKOVÁ, Jarmila. Obecná didaktika. Praha : ISV, 1999. 292 s. ISBN 80-85866-33-1. ŠKÁRA, Ivan. Úvod do teorie technického vzdělávání a technické výchovy žáků základní školy. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita v Brně, 1993. 33 s. ISBN 8021007435. ŠVEC, Vlastimil. Klíčové dovednosti ve vyučování a výcviku. Vyd. 1. Brno : Masarykova univerzita, 1998. 178 s. ISBN 80-210-1937-9. TUREK, I. Didaktika technických predmetov. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladatelstvo, 1990. ISBN 80-08-00587-4 ZELINA, M; ZELINOVÁ, M. Rozvoj tvorivosti detí a mládeže. Vyd. 1. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladatel'stvo, 1990. 130 s. ISBN 8008004428. ZELINA, M; ZELINOVÁ, M. Tvořivý učitel. Bratislava : Metodické centrum města Bratislavy, 1997. ISBN 80-7164-192-8. ŽÁK, Petr. Kreativita a její rozvoj. Vyd. 1. Brno : Computer Press, 2004. 315 s. ISBN 8025104575.

- 58 -

Elektonické zdroje LAU, Joe; CHAN, Jonathan. Philosophy.hku.hk [online]. 2010 [cit. 2011-01-05]. OpenCourseWare on critical thinking, logic, and creativity. Dostupné z WWW: . [webová stránka] Http://cs.wikipedia.org [online]. 2011 [cit. 2011-03-05]. Lego (Wikipedia). Dostupné z WWW: . [webová stránka] Http://cs.wikipedia.org [online]. 2011 [cit. 2011-03-05]. Cheva (Wikipedia). Dostupné z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/Cheva>. [webová stránka] Http://cs.wikipedia.org [online]. 2011 [cit. 2011-03-05]. Merkur (Wikipedia). Dostupné z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/Merkur_(stavebnice)>. [webová stránka] Www.merkurtoys.cz [online]. 2004 [cit. 2011-16-03]. Oficiální stránky stavebnice Merkur. Dostupné z WWW: . Http://cs.wikipedia.org [online]. 6.1.2011 [cit. 2011-01-15]. Tvořivost (Wikipedia). Dostupné z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/Kreativita>. [webová stránka] Merkur.kreteni.cz [online]. 2010 [cit. 2011-01-15]. neoficiální stránky věnované stavebnici. Dostupné z WWW: . [webová stránka] Navajo.cz [online]. 17.5.2010 [cit. 2011-01-15]. Kreativita (Navajo). Dostupné z WWW: . [webová stránka] Usnesení konfederace švédských podniků 2002. In Swiss code of best practice forcorporate governancef [online]. Zurich : Visuelle Gestaltung, 2002 [cit. 2011-03-05]. Dostupné z WWW: .

- 59 -

Přílohy: Příloha č. 1 – Obrazová dokumentace k tématu 2.3.1 Názorná ukázka realizace úkolu

Obr. č. 1.1. – Osa (střed) otáčení

Obr. č. 1.2. – Páka v rovnovážné poloze

Obr. č. 1.3. – Rovnoramenná váha (páka)

Obr. č. 1.4. – Nerovnoramenná váha (páka)

- 60 -

Příloha č. 2 - Obrazová dokumentace k tématu 2.3.2 Příklad realizace kladkostroje a kladky pevné, v našem případě se jedná o kladkostroj a kladku pevnou v jednom, lanko se navíjí současně, lze tak lehce demonstrovat rozdílnou dráhu, kterou využívají tyto dva typy kladek, po připojení siloměru, bychom zjistili, že zatímco na kladkostroji je dvakrát tak těžké závaží, siloměr bude mít stejnou výchylku na obou koncích lanek.

Obr. č. 2.1. – Kladkostroj a kladka pevná

Obr. č. 2.2. - Moment setkání závaží

Obr. č. 2.3. – Výsledek „závodu“

Obr. č. 2.4. – Detail kladky volné

- 61 -

Příloha. č. 3 - Obrazová dokumentace k tématu 2.3.3

Obr. č. 3.1. – Nákres klikového mechanismu na tabuli

Obr. č. 3.2. – Nákres zkráceného klikového mechanismu na tabuli Návrh jednoduchého funkčního modelu klikového mechanismu

Obr. č. 3.3. – Model klikového mechanismu

Obr. č. 3.4. – Detail klikového ústrojí

- 62 -

Příloha č. 4 - Obrazová dokumentace k tématu 2.3.4

Funkční model Wattova regulátoru pro demonstraci odstředivé síly. Žáci zde si zde mohou prakticky vyzkoušet závislost odstředivé síly na rychlosti otáčení osy. Čím rychleji budou točit, tím více se budou rozpínat čelisti s disky, které v našem případě demonstrují zátěž, která bude vytlačována směrem od osy.

Obr. č. 4.1. – Boční pohled na model Wattova regulátoru

Obr. č. 4.2. – Zadní pohled na model Wattova regulátoru

- 63 -