OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA. Obecná a sjednocující část. RNDr. MARTIN MALČÍK, Ph.D., Prof. RNDr. ERIKA MECHLOVÁ, CSc

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA

Obecná a sjednocující část

RNDr. MARTIN MALČÍK, Ph.D., Prof. RNDr. ERIKA MECHLOVÁ, CSc.

kniha5.indd 1

21.12.2011 19:53:11

Název: Obecná a sjednocující část Autor: RNDr. Martin Malčík, Ph.D., prof. RNDr. Erika Mechlová, CSc. Recenze: doc. PaedDr. Jana Škrabánková, prof. RNDr. Jan Čipera, CSc. Vydání: 1. vydání 2011 Počet stran: 124 Určeno pro projekt: Systém využití počítačem podporovaných experimentů k posilování výzkumných kompetencí žáků základních a středních škol Číslo projektu: CZ.1.07/2.3.00/09.0024 Vydavatel: Ostravská univerzita v Ostravě Grafické zpracování: Lucie Galádová Tisk: OPTYS, spol. s r.o., Opava ISBN: 978-80-7464-009-4 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

kniha5.indd 2

21.12.2011 19:53:12

Metody výzkumu v přírodních vědách RNDr. MARTIN MALČÍK, Ph.D.

kniha5.indd 3

21.12.2011 19:53:12

OBSAH

5

OBSAH ÚVOD .......................................................................................................................6 1. CÍLE VZDĚLÁVÁNÍ ........................................................................................... 8 1.1 Vědomosti ..............................................................................................................10 1.2 Dovednosti .............................................................................................................11 1.3 Návyky ...................................................................................................................11 2 ZMĚNA PARADIGMAT VE VZDĚLÁVÁNÍ ..................................................... 13 2.1 Tradiční paradigma vzdělávání ................................................................................14 2.2 Moderní paradigma vzdělávání ...............................................................................16 2.3 Další paradigma ve vzdělávání - konektivismus.......................................................18 3 METODOLOGIE A METODA ......................................................................... 13 3.1 Filozofický základ metodologie vědy .......................................................................13 3.1 Metodologie ...........................................................................................................25 3.2 Metoda...................................................................................................................27 3.4 Obecné a zvláštní metody .......................................................................................29 3.4 Systémový přístup ke zkoumání jevů ......................................................................31 4 VĚDECKÉ MYŠLENÍ ........................................................................................ 35 4.1 Ilustrace vědeckého způsobu myšlení ......................................................................39 4.2 Vědecké pojmy .......................................................................................................10 5 PŘÍRODOVĚDNÁ GRAMOTNOST ................................................................ 42 5.1 Čtenářská gramotnost ............................................................................................43 5.2 Pojetí přírodovědné gramotnosti.............................................................................44 5.3 Přírodovědná gramotnost i ve výzkumu PISA 2006 ................................................48

kniha5.indd 5

21.12.2011 19:53:12

6

Metody výzkumu v přírodních vědách

ÚVOD Žijeme v jedenadvacátém století a prostřednictvím informačních a komunikačních technologií si vychutnáváme nejmodernější informační komfort založený svým původem na usilovné duševní a přísně racionální práci přírodovědců a techniků počínající již někdy na konci 19. století. Chceme-li, můžeme se dnes dovědět neobyčejně rychle cokoliv a kdykoliv. A přestože bývá současnost často označována za „věk informací“, ironií osudu ve stejné době někteří myslitelé stále radikálněji zpochybňují spolehlivost poznání. Zdá se, že bychom mohli opustit stereotypy nevědění našich předků a hodnotit dění kolem nás bez předsudků a bez emocí, pouze prostřednictvím racionální analýzy faktů a souvislostí. Klíčem k současné společnosti vědění je nejen zajištění odpovídajícího přístupu k informacím, ale také to, jak kvalitně dokážeme tyto informace zpracovat a vytěžit. Zatímco náklady na replikaci či transmisi informace se díky informačním a komunikačním technologiím blíží nule, reprodukce a přenos vědění je mnohem složitější a nákladnější proces, protože kognitivní schopnosti není jednoduché explicitně vyjádřit a předat druhým. Mezi důležité dovednosti, jež mladí lidé v životě potřebují, patří schopnost z předkládaných skutečností a informací vyvodit správné a podložené závěry, na základě předložených důkazů kriticky posoudit výroky jiných lidí a odlišit názory od tvrzení podložených důkazy. Přírodní vědy hrají v tomto ohledu zvláštní roli, protože při konfrontaci myšlenek a teorií se skutečnostmi pozorovatelnými v okolním světě, stavějí na racionálním principu. To neznamená, že vylučují tvořivost a představivost, které vždy hrály ústřední roli ve vývoji lidského chápání světa. Určité myšlenky, které někdy vypadají, jako by „spadly s nebe“, byly uchopeny způsobem, který Albert Einstein (1933) popsal jako „určitou intuici, jíž napomáhá cit pro skryté uspořádání“. V tomto textu je autory představeno několik základních rysů vědecké práce: úloha induktivního a deduktivního usuzování; skutečnost, že vědecké pojmy jsou výsledkem činnosti lidského rozumu a ne materiálními objekty nalezenými a popsanými svými objeviteli jako nové kontinenty či nová zvířata; fakt, že v postupu existuje možnost volby, vytvářející prostor i pro estetická kritéria, jako je elegance a jednoduchost. Jsme přesvědčeni, že si žáci mohou vytvořit zralou, zasvěcenou představu jak o metodách a postupech, tak o úspěších i mezích vědy. Nedospějí k ní však automaticky procvičováním výpočtů, jak vysoko vystoupí kámen vymrštěný do vzduchu nebo proč voda vře při vyšší či nižší teplotě u moře nebo na horách. Takový

kniha5.indd 6

21.12.2011 19:53:12

ÚVOD

7

intelektuální nadhled se dá vypěstovat jenom skloubením znalosti samotného vědeckého problému s pochopením postupu jeho řešení, s pochopením, kterého se dosahuje úvahami typu „Jak víme…?“, „Proč věříme ...?‘‘. Žák by si měl ve škole osvojit základní metody vědeckého poznání v přírodních vědách, metody získávání empirických poznatků a metody rozvoje vědění. Tyto metody bude žák používat nejen ve vzdělávání v přírodních vědách, ale v celém svém životě. O metodách nelze mluvit, nelze žádat po žákovi, aby metody pouze popisoval. Žák se učí jen tehdy, když je v činnosti – žák musí prakticky vědecké přírodovědné metody ve škole používat ve všech přírodovědných předmětech. Domluvte se na škole na jednotné metodologii v dané oblasti. Příklady uvedené ve studijní opoře Vám snad tuto problematiku přiblíží a ve školní praxi budete umět vhodné metody pro práci žáků navrhnout a v počátcích práci žáků řídit, až se používání vědeckých přírodovědných metod u žáků zautomatizuje. Nebojte se používat termínu „výzkumné metody“ nebo „badatelské metody“ a žákovskou činnost označovat jako „bádání“ nebo „badatelskou činnost“. Vždyť žák pro sebe bádá stejně jako renomovaný vědec, jenom novost bádání není v uvedených případech stejná. To, co „objeví“ žák, je pro něj osobně stejným objevem, jako zcela nový objev vědce pro fyziku. Na informačním modelu vzdělávacího procesu si uvědomíte, jak zásadní roli hraje vhodná motivace žáka, aby vůbec chtěl přijímat informace. Neváhejte, vymýšlejte takové motivace, které by zainteresovaly většinu žáků. Kapitoly 1 až 5 zpracoval Martin Malčík a kapitoly 6 až 10 zpracovala Erika Mechlová. Doufám, že myšlenky obsažené ve studijní opoře využijete k tvůrčí pedagogické práci tak, abyste své žáky vedli k tvořivosti v přírodních vědách.

V červnu 2011

kniha5.indd 7

Martin Malčík Erika Mechlová

21.12.2011 19:53:12

8


1 CÍLE VZDĚLÁVÁNÍ V této kapitole se dozvíte: • jaké jsou cíle vzdělávání • jak pracovat s vědomostmi žáků • co jsou dovednosti a návyky žáků Budete schopni: • analyzovat vzdělávací procesy z pohledu vzdělávacích cílů, vědomostí, dovedností a návyků

Klíčová slova této kapitoly: vzdělávací cíle, formy lidského učení, vědomosti, dovednosti Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: (0,5 + 2) hodiny (teorie + řešení úloh) Každé vzdělávání je záměrný proces, jehož výsledkem je dosažení relativně trvalých změn vzdělávaného, tj. žáka. Změny navozované vzděláváním jsou v souladu s potřebami a možnostmi dané společnosti a vzdělávaných jedinců. Definice: Cílem vzdělávání je zamýšlená změna žáka, které má být dosaženo, když žák vzděláváním projde. Tato změna žáka se musí odrazit ve všech složkách jeho osobnosti, tj. v kognitivní oblasti, afektivní oblasti a psychomotorické oblasti. Vzdělávací cíle tedy členíme podle toho, kterou oblast osobnosti žáka chceme ovlivňovat: -

Kognitivní vzdělávací cíle (poznávací cíle) zahrnují osvojování vědomostí a intelektových dovedností. Afektivní vzdělávací cíle (výchovné cíle; postojové a emocionální) zahrnují osvojování postojů, vytváření hodnotové orientace. Psychomotorické vzdělávací cíle (výcvikové cíle) zahrnují osvojování psychomotorických dovedností.

Vzdělávací cíle vyjadřují, jakých změn v kvalitě osobnosti, jakých změn v chování a prožívání žáků má být vzděláváním dosaženo ve stanoveném časovém období.

kniha5.indd 8

21.12.2011 19:53:12

CÍLE VZDĚLÁVÁNÍ

9

Všechny tyto změny nastávají v osobnosti žáka prostřednictvím učení se žáka, tedy sám žák je aktivní. Průvodce studiem Pro člověka je velmi důležité, aby znal cíle svých zamýšlených činností. Měl by vědět, co chce a hlavně co nechce, aby se toho vyvaroval. Bude se mu snadněji žít. Učení znamená získávání zkušeností, utváření a pozměňování jedince v průběhu jeho života. Lidské učení zahrnuje změny a formování osobnosti v nejširším smyslu (celoživotní). Naučené je opakem vrozeného. Ve výchovně vzdělávacím procesu příliš nerozhoduje výška, věk ani hmotnost žáka. To vše je ve výuce druhořadé. Na prvním místě stojí školní zdatnost žáka, jaká je jeho úroveň rozumových schopností, myšlení, paměti, úroveň vědomostí, řeči, somatických a psychických vlastností. Dále jaké jsou jeho zájmy, záliby, osobní tempo, charakterové vlastnosti a mnoho dalšího. Z výčtu je patrné, že se jedná o zcela individuální specifika každého žáka, a také je potvrzena jedinečnost všech bytostí. Formy lidského učení podle výsledků, které v něm převažují, jsou: -

Vědomosti, tj. soustavy představ a pojmů Senzorické a senzomotorické dovednosti – zdokonalení procesu vnímání: koordinace vnímání a pohybů Intelektové dovednosti a rozvíjení intelektových schopností – vyučování matematice a jazykům Návyky, postoje, rozvíjení vlastností osobnosti, např. vytrvalost, svědomitost apod.

Vycházíme-li z osobnostního pojetí vzdělávání, pak vzdělání je ta složka vybavenosti žáka, která se zformovala prostřednictvím vzdělávacích procesů: -

Osvojené vědomosti Osvojené dovednosti Osvojené postoje Osvojené hodnoty Osvojené normy

Uvedené pojmy je nutné alespoň rámcově definovat, protože u žáka v závěru jeho učení budeme diagnostikovat právě výsledky učení. Podrobněji viz J. Čáp a J. Mareš (2001).

kniha5.indd 9

21.12.2011 19:53:12

10


1.1 Vědomosti Definice: Vědomosti jsou systémy představ a pojmů, které si žák osvojil. Z rozboru uvedené definice vyplývá: -

Představa je vždy názorná, je spojena s realitou. Pojem je nenázorný, abstraktní, vzniká zobecněním. Osvojování vědomostí je možné jen aktivitami žáka, nestačí pouhé převzetí. Systém znamená vždy základní prvky systému a zejména vazby mezi nimi.

Osvojování vědomostí proto nutně vyžaduje, aby žák prováděl operace a procesy. Vyučování by mělo navozovat následující operace: - Vnímání - Tvorbu názorných představ - Myšlenkové procesy a operace - Formování pojmů a jejich systémů - Užití vědomostí při řešení úloh a problémů Při osvojování vědomostí hrají hlavní roli následující myšlenkové procesy: – Analýza – Syntéza – Porovnávání (ve školách se na tento proces klade malý důraz) – Abstrakce – Konkretizace – Zobecnění Pro realizaci výše uvedených myšlenkových procesů musíme žákovi nabídnout vhodné učební úlohy, které vyučující vybere nebo sám vytvoří tak, aby u žáka tyto procesy skutečně proběhly.

Úkol k textu Zformulujte v rámci výuky svého předmětu úlohu, která bude u žáků rozvíjet výše uvedené myšlenkové procesy. Dobrý vzdělávací program musí plnit při osvojování vědomostí žákem následující role: -

Podněcovat žáka, to znamená: -

kniha5.indd 10

Vybízet žáka Kladně hodnotit Motivovat

21.12.2011 19:53:12

CÍLE VZDĚLÁVÁNÍ

-

Regulovat (řídit) žáka, to znamená:

-

Poskytovat žákovi návod, instrukci, ukázku Kontrolovat a opravovat žákovu práci Ovlivňovat žákovu sebekontrolu.

11

1.2 Dovednosti Definice: Dovednosti jsou učením získané předpoklady pro vykonávání určité činnosti nebo její části – postup či „strategie“ určité činnosti (dispozice pro užití vědomostí pro řešení problémů, vykonávání činností určitého druhu). Příklady dovedností: – – – – – – – –

Řešení úloh určitého druhu Změření nějaké veličiny Nakreslení schématu Zapojení podle schématu Sestavení aparatury Dovednost jednat s lidmi Dovednost organizovat práci Dovednost demokraticky diskutovat.

Úkol k textu Uveďte alespoň tři další příklady dovedností, které rozvíjíte v rámci výuky u svých žáků.

1.3 Návyky Definice: Návyky jsou učením získané předpoklady, které pobízejí člověka v určité situaci k určitému chování. V zásadě jde o získané dispozice podněcující k vybavení určitých pohybů nebo úkonů v určité situaci. Příklady návyků: -

kniha5.indd 11

Návyk zkontrolovat dokončenou práci Návyk uklidit po dokončené práci Návyk práce s knihou Návyky určitého druhu chování – například zdravení apod Návyky vzniklé denním režimem Návyky vyrovnávání se s náročnou životní situací

21.12.2011 19:53:13

12


Úkol k textu Uveďte alespoň tři další příklady návyků, které se snažíte upevňovat u svých žáků.

SHRNUTÍ KAPITOLY Cílem vzdělávání je zamýšlená změna žáka, které má být dosaženo, když žák vzděláváním projde. Tato změna žáka se musí odrazit ve všech složkách jeho osoby. Vědomosti jsou systémy představ a pojmů, které si žák osvojil. Pro realizaci výše uvedených myšlenkových procesů musíme žákovi nabídnout vhodné učební úlohy. Dovednosti jsou učením získané předpoklady pro vykonávání určité činnosti nebo její části. Návyky jsou učením získané předpoklady, které pobízejí člověka v určité situaci k určitému chování.

Otázky: Vysvětlete základní rozdíly mezi kognitivními a afektivními vzdělávacími cíli.

Otázky: Vysvětlete nutnost kladného hodnocení v procesu podněcování žáka.

kniha5.indd 12

21.12.2011 19:53:13

ZMĚNA PARADIGMAT VE VZDĚLÁVÁNÍ

13

2 ZMĚNA PARADIGMAT VE VZDĚLÁVÁNÍ V této kapitole se dozvíte: • jaké jsou základní proudy a teorie v procesu vzdělávání • jak realizovat změny v kontextu účastníků procesu vzdělávání • jak chápat procesy učení z pohledu tradičních a moderních paradigmat vzdělávání Budete schopni: • pochopit a analyzovat základní změny paradigmatu, které probíhají v oblasti vzdělávání Klíčová slova této kapitoly: paradigma, behaviorismus, kognitivismus, konstruktivismus, konektivismus

Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: (0,5 + 2) hodiny (teorie + řešení úloh) Problematika vzdělávání v dnešní době je úzce spojena s celkovou změnou paradigmatu učení a vyučování, která nastala v posledních letech v souvislosti s příchodem globalizovaného světa spolu s informační revolucí a trvajícími požadavky společnosti na vědění. Smyslem vzdělávání současnosti není předávání jedné pravdy, tj. memorování učiva, ale orientace na schopnosti žáka selektovat poznatky a správně je interpretovat. Pedagogický konstruktivismus respektuje přirozené procesy učení. Učení chápe jako spontánní a nepřetržitou aktivitu, lidé chtějí a potřebují poznávat svět kolem sebe. Znalosti a dovednosti, které žák objeví a získá během řešení problémů (i při chybném řešení) jsou nesrovnatelně trvalejší než snadnější namemorované správné řešení. Konektivismus, jako další paradigma ve vzdělávání, se s touto představou plně ztotožňuje. Rozšiřuje však oblast platnosti i do současných podmínek existence technologiemi podporovaných sociálních sítí (jiným názvem Web 2.0). Překonává individuální přístup vlastní všem dosavadním teoriím a dovoluje pohlížet na vzdělávání jako na vlastnost sítě přesahující rámec jednotlivce. Stoupající množství existujících informací a jejich snadná dostupnost vede k nutnosti porozumění chápat jako vlastnost sítě, v níž každý člen obhospodařuje jen určitou část znalostí.

kniha5.indd 13

21.12.2011 19:53:13

14


Změna paradigmatu1 v pedagogice ovlivňuje celou strukturu vzdělávání, všechny jeho složky. Projevuje se ve všech jeho rovinách: -

V procesu učení – nastává významný posun k učícím se systémům zaměřeným na uživatele, posun od vědomostí ke kompetencím, od vyučování k učení, v jehož centru se nachází žák. V procesu učení se prosazuje konstruktivistický přístup a projektová výuka, v rámci níž je vyžadováno plnění úkolů a nalézání souvislostí.

-

V rolích učitele – učitel se stává průvodcem a pomocníkem studujícím, projektantem a manažerem výuky. Navrhuje a vytváří materiály a situace pro aktivní učení žáků, konzultuje, radí, pomáhá, dává dohromady skupiny žáků a vede jejich činnost.

-

V rolích žáků – studující jsou v procesu výuky děleni podle schopností a zájmů, spolupracují s dalšími žáky a s učitelem při řešení projektů, které také samostatně hodnotí. Učitel vede žáky k objevování chyb a nedostatků řešení, které se pak stávají zdrojem dalšího poučení a motivačním faktorem procesu učení.

Průvodce studiem Hlavním smyslem naznačené změny paradigmatu je přístupnější, otevřenější a liberálnějším vzdělávání, zaměřené více na rozvoj individuality a osobnosti člověka. (Malach, 2002). Najdete synonymum ke slovu paradigma?

2.1 Tradiční paradigma vzdělávání Teoretickými základy tradičního paradigmatu vzdělávání je obecná teorie systémů a behaviorismus. (Zounek, Šeďová, 2009). Obecná teorie systémů zahrnuje projektování výuky od cíle výuky – metod – forem – diagnostiky až po hodnocení výuky. Obecná teorie systémů podporuje zejména vnitřní procesy žákova učení se.

1

Paradigma je obrazem předmětu dané vědy a jejích výzkumných přístupů. Je to teoretický komplex názorů a koncepcí určité vědy, který určuje v historické etapě volbu vědecké problematiky i zbůsoby jejího řešení a součastně v dané době má odraz v praxi.

kniha5.indd 14

21.12.2011 19:53:13


15

Behaviorismus (později neobehaviorismus), byl založen B. F. Skinnerem. Je známa jeho řada: stimul reakce zpevnění a další tvrzení, že dobré učení se žáka závisí především na dobrém prostředí výuky – čím je prostředí účinnější, tím je učení se žáka lepší. Z této teorie vycházely učící stroje. Z neobehaviorismu vycházelo programované učení, které zdůrazňovalo roli subjektu ve vzdělávání, roli zpětné vazby a řízení procesu učení se žáka. Behaviorismus z počátku 20. století se vůbec funkci mozku nezabýval. Chápal ho jako černou skřínku transformující vstupující vjemy (podněty) na výsledné chování (reflexe) každého jedince. Podobně jako u Newtonových zákonů ve fyzice, které platí jen za určitých specifických podmínek, můžeme i o behaviorismu říci, že v některých situacích funguje. Třeba u onoho notoricky známého experimentu se psem pana Pavlova (podmíněný reflex) nebo při vymývání mozků zajatců apod. Záhy se však ukázalo, že si proces učení s pouhou snahou o vyvolávání reflexů nevystačí. V polovině 20. století došlo k pokroku v poznání funkce mozku. Zjistilo se, že existují neurony a že myšlení se uskutečňuje prostřednictvím synapsí tyto neurony spojujících. Na počátku však byla bohužel představa o rozmístění neuronů a budování synapsí statická. Na jejím základě definoval kognitivismus proces učení jako vytváření učivu přesně odpovídajících spojů v mozku. Toto bylo realizováno prostřednictvím ukládání vhodně kódovaných informací do paměti. Učivo se prostě popsalo osnovami, rozdělilo na co nejmenší úseky a ty byly postupně za soustavného opakování ukládány každému žákovi do hlavy. Výsledky se pak ověřovaly zkoušením. Statický model učení je docela dobře použitelný pro statickou formu znalostí v případech, kdy příliš nezáleží na pochopení souvislostí. Dá se proto velmi dobře použít při učení vyjmenovaných slov, malé násobilky, letopočtů apod. Ve všech ostatních případech (vyšší stupně Bloomovy taxonomie vzdělávacích cílů) je nezbytné akceptovat koncem 20. století již vědecky ověřený fakt, že fungování lidského mozku je dynamický proces pracující na základě individuálních zkušeností a schopností každého jedince. Proto se mezi vzdělávacími teoriemi jako hlavní místo kognitivismu prosadil konstruktivismus, který přináší zásadně odlišný přístup. Pohlíží na učení jako na osobní iniciativu, při níž na základě znalostí stávajících dochází prostřednictvím spojení s jinými lidmi ke konstruování znalostí nových. Snaží se proto vytvořit takové prostředí, v němž dochází k co největší osobní aktivizaci za účelem poznávání. Následující tabulka č. 1.1 uvádí při stále značném zjednodušení celkem čtyři základní koncepce, na nichž lze podchytit vývoj teorií vzdělávání přibližně za posledních 100 let.

kniha5.indd 15

21.12.2011 19:53:13

16


Tab. č. 1.1 Teorie vzdělávání (podle Brdička, 2003) Behaviorismus

Kognitivismus

Konstruktivismus

Konektivismus

Princip

černá skřínka – zkoumá se jen vnější chování

strukturované programovatelné poznávání

individuální poznávání chápání informačzaložené na sociálních struktur v síti ním principu

Proč?

metoda cukru a biče

řízené poznávání navazující na předchozí znalosti

osobní nasazení, sociální a kulturní prostředí, aktivizace

různorodost sítě umožňuje najít pro sebe nejvhodnější cestu

Funkce paměti

opakovaná zkušenost kódování, ukládání, vybavení

znalosti dynamicky konstruovány na základě předchozích

znalosti konstruovány na základě dynamicky se měnící sítě

Jak?

podnět, reakce

definování cílů podle osnov, plnění plánu, ověřování

vlastní zájem, osobní kontakt s lidmi

aktivní účast v síti

Metoda

plnění úkolu (dril)

učení zpaměti, procvičování, zkoušení

řešení problémových úloh

komplexní přístup využívající rozličné zdroje

Úkol k textu. Které koncepci dáváte ve své praxi přednost vy?

2.2 Moderní paradigma vzdělávání Moderní paradigma vzdělávání se rozvíjelo jako reakce na tradiční paradigma. Základem moderního paradigmatu vzdělávání je filozofie konstruktivismu. Prvky konstruktivismu již najdeme v učení některých řeckých filosofů, jako byli např. Sokrates, Platon nebo Aristoteles, z pozdějších filosofů také John Lock. Za zakladatele konstruktivismu je považován Jean Piaget. Konstruktivismus je široký proud teorií ve vědách o chování a sociálních vědách, zdůrazňující jak aktivní úlohu subjektu, tak i význam jeho vnitřních předpokladů v pedagogických a psychologických procesech a důležitost jeho interakce s prostředím a společností. V didaktice se jedná o jedno z dominantních soudobých paradigmat. Člení se do několika větví, z nichž pro vzdělávání jsou nejdůležitější konstruktivismus kognitivní, sociální a sociologický (Průcha, 2003). -

kniha5.indd 16

Kognitivní konstruktivismus vychází z epistemologie J. Piageta a americké kognitivní psychologie (J. S. Bruner apod.). Snaží se realizovat didaktické postupy založené na předpokladu, že poznávání se děje konstruováním tak, že si poznávající subjekt, v našem případě žák, spojuje části informací z vnějšího

21.12.2011 19:53:13


17

prostředí do smysluplných struktur a provádí s nimi takové myšlenkové operace, které odpovídají úrovni jeho kognitivního vývoje. -

Sociální konstruktivismus vychází z prací o sociální dimenzi učení a zdůrazňuje nezastupitelnou roli sociální interakce a kultury v procesu konstrukce poznání. V didaktice se jeho zásady realizují zejména v kooperativním učení.

-

Sociologický konstruktivismus je významným směrem soudobé sociologie. Vychází z principu, že svět není jedinci jako aktéru sociálního života prostě dán jako objektivní fakt, ale je stále konstruován subjektem v procesu sociální komunikace a interakce.

V moderním konstruktivistickém pojetí vzdělávání se mění role jednotlivých prvků vzdělávání ve srovnání s tradičním vzděláváním. Role jednotlivých prvků v konstruktivistickém pojetí vzdělávání: Role učícího se žáka v konstruktivistické třídě: -

Aktivní role. Poznání a porozumění vyžaduje aktivitu učícího se namísto pasivní role příjemce poznatků. Žák sám konstruuje, neboli buduje svoje vlastní znalosti a není jen pasivním příjemcem informací ze svého okolí. Nové učení – koncepty žáka – závisejí na předcházejících znalostech žáka – prekonceptech žáka, tedy na tom, co si již osvojil, co zná. Na tom, co žák zná, staví své smysluplné učení se.

-

Společenská role. Znalosti nebuduje žák pouze individuálně, ale v dialogu s ostatními.

-

Kreativní role. Poznání a porozumění je tvořeno a přetvářeno. Učitelé vedou žáky k tomu, aby aktivně rekonstruovali své původní představy v interakci s ostatními.

Role učitele. Učitel by měl najít způsob, jak diagnostikovat momentální úroveň znalostí a dovedností jednotlivých žáků, měl by být schopen žákovi pomoci při jeho učení se. Role třídy. Komunikace, dialogy v rámci třídy i práce žáků v malých skupinách je motivací žáků k dalšímu přemýšlení nebo učení se. Žák sám by měl být schopen obhájit, dokázat, pozměnit nebo rozvinout svůj názor v rámci třídy, jejíž součástí je i učitel. Nové požadavky na učitele Učitel se vzdává části své intelektuální autority. Neurčuje svým žákům, co je důležité se učit a jak by se měli učit. Žáci nevnímají svět stejně jako jejich učitelé. Žáci si utvářejí svou vlastní představu nebo koncepci světa ve svém myšlení. Učitel je pomocníkem žáků v jejich učení se. Učitel se vzdává své autority v řízení učení se žáků. Učitel nemůže zcela kontrolovat učební aktivity v rámci výuky ve třídě u všech žáků. Učitel neurčuje přesně, co je důležité

kniha5.indd 17

21.12.2011 19:53:13

18


pro jednotlivé žáky a jak by se měli učit. Žáci se stávají zodpovědní za svoje učení a řídí si je. Učitel ovládá moderní technologie a učení s jejich podporou. Učitel musí umět využívat Průvodce studiem Uvedené nové tři požadavky na učitele způsobují radikální proměnu klíčových aspektů učitele. Znalosti a dovednosti, které člověk objeví a získá během řešení problémů (i při chybném řešení) jsou nesrovnatelně trvalejší než snadnější namemorované správné řešení.

ICT ve výuce. Je poradcem žáků, ale zároveň se učí od žáků nebo spolu se žáky využívat určité technologie. Učitelé nemohou být experty na všechno a po celou dobu své kariéry. Smyslem konstruktivismu není předávání jedné pravdy, tj. memorování učiva, ale orientace na schopnosti žáka selektovat poznatky a správně je interpretovat. Pedagogický konstruktivismus respektuje přirozené procesy učení. Učení chápe jako spontánní a nepřetržitou aktivitu, lidé chtějí a potřebují poznávat svět kolem sebe.

2.3 Další paradigma ve vzdělávání − konektivismus Obecný posun paradigmatu učení a vyučování se ještě neodráží v současných vyučovacích ani v diagnostických metodách. Během několika uplynulých desetiletí studovali vědci, zabývající se vzděláváním v přírodních vědách, efektivnost vyučovacích a učebních postupů: pojmové chápání, přenos informací a myšlenek, názory na přírodní vědy a řešení problémů ve vědě. Konečný závěr zní, že bez ohledu na kvalitu učitele se i v tradičně vyučovaném kurzu učí mechanicky, memorují fakta a návody na řešení úloh, ale skutečně věci neporozumí. I přes nejlepší snahy učitelů často považují žáci přírodní vědy za nudné a odtržené od světa kolem sebe. Podle Derricka (2002) lze v posunu paradigmatu rozlišit některé obecné rysy, jež by se měly odrážet ve vzdělávání v přírodních vědách a také v jakékoliv nové e-learningové strategii.

kniha5.indd 18

-

Důraz na neurčité (ne přesně definované) situace. Mnohé vzdělávací prostředí dnes předkládá žákům hotové problémy, ale realita je zřídkakdy tak jasně definovaná. Dnešní žáci a učitelé by měli být lépe seznámeni s neurčitými situacemi.

-

Důraz na pojmové chápání. Pojmové chápání je schopnost aplikovat znalosti na různé druhy příkladů a situací. Existuje několik strategií, jak učit a posuzovat pojmy, například průzkum, výklad, analogie, mnemotechnika, zobrazení, pojmové mapy a pojmové otázky.

21.12.2011 19:53:13


-

Použití holistického (v protikladu k analytickému) přístupu. Značná část edukačního prostředí je stále rozdělena do pevných akademických disciplín, které se zaměřují na oddělené části výzkumu. Holistické chápání systémového myšlení a interdisciplinární výzkumné přístupy jsou však považovány za zásadní, pokud chceme dosáhnout komplexnějšího chápání reality v současném systému světa.

-

Týmová práce a virtuální týmy ve světě. Existuje množství argumentů, že skupinové vyučování (také počítačem podporované nebo zprostředkované) zvyšuje výkonnost týmu pomocí prostředků, které umožňují navzájem si sdělovat myšlenky, strukturování skupinového dialogu a rozhodování, záznam logického zdůvodnění rozhodnutí a které také usnadňují společné aktivity.2 K tomuto bodu se úzce váže potřeba dokonalejší virtuální a síťové aktivity.

-

Stírání rozdílu mezi duševní a fyzickou prací. Globální systém výroby a distribuce je založen na stírání rozdílů mezi duševní a fyzickou prací a na neustálém vylepšování výrobního procesu praktickou aplikací znalostí (Derrick, 2002). Tato změna je tak významná, že představuje zásadní posun pro velkou část světa a je nutné ji respektovat v základních učebních a vyučovacích strategiích.

19

Popsaný vývoj a pronikání ICT do procesů vzdělávání celé společnosti ovlivňuje význam a strukturu vzdělávání i kompetence absolventů škol. Přitom se v souvislosti s ICT nemůže v oblasti vzdělávání jednat pouze o pronikání technologií do současných vyučovacích metod. Smyslem musí být změna těchto metod v souladu s požadavky vývoje společnosti a vědecko-technického pokroku. Ty vyžadují nacházet souvislosti (asociace) a hledat nové způsoby použití znalostí dané problematiky v nejrůznějších oborech. Současný vývoj výukových metod směřuje od pouhého předávání a memorování informací k tvořivému hledání a nalézání souvislostí. Konstruktivismus jako první ze vzdělávacích teorií přijal dynamický pohled na funkci mozku. Vychází z modelu, podle něhož se počet mozkových neuronů a ještě mnohem více počet synapsí během života dynamicky mění. Celkem snadno si lze tento proces analogicky představit jako síť, v níž jsou celkové schopnosti definovány znalostmi propojujícími jednotlivé uložené informace. I u nich během života dochází k neustálým dynamickým změnám.

2

Qin, Johnson, Johnson (1995) studovali vliv kooperativního a konkurenčního chování na řešení problému. Srovnávali 46 studií, vydaných v letech 1929 až 1993, a zkoumali je podle typu stanoveného řešení problému: jazykový (řešený pomocí psaného nebo mluveného jazyka), nejazykový (řešený pomocí symbolů, matematiky, motorické aktivity, dějů), jasně definovaný (s jasně definovanými operacemi a řešeními) a nejasně vymezený (bez jasných definic, operací a řešení). Členové týmů, kteří spolupracovali, podali lepší výkon než jedinci soupeřící mezi sebou u všech 4 typů řešení problému (velikost účinku = 0,37; 0,72; 0,52; 0,60). Tyto výsledky platily pro jednotlivce v jakémkoliv věku. Převaha lepších výsledků při spolupráci však byla znatelnější u nejazykových než u jazykových problémů.

kniha5.indd 19

21.12.2011 19:53:13

20


Konektivismus se s touto představou plně ztotožňuje. Snaží se však, stejně jako všechny teorie předchozí, rozšířit oblast platnosti i do současných podmínek existence technologiemi podporovaných sociálních sítí (jiným názvem Web 2.0). Překonává individuální přístup vlastní všem dosavadním teoriím a dovoluje pohlížet na vzdělávání jako na vlastnost sítě přesahující rámec jednotlivce. Stoupající množství existujících informací a jejich snadná dostupnost vede k nutnosti porozumění chápat jako vlastnost sítě, v níž každý člen obhospodařuje jen určitou část znalostí. Potřeba řešit daný problém pak vede k dočasnému vytváření dynamicky proměnných propojení pro ten který konkrétní úkol potřebných uživatelů sítě včetně dostupných informačních zdrojů. Konektivismus je tvořen principy, které souvisejí s teoriemi chaosu, sítí, komplexity a samouspořádání. Průvodce studiem Chápejme učení jako proces, který se odehrává v rámci nejasného prostředí měnících se klíčových faktorů vzdělávání, není vždy zcela pod kontrolou učících se.

Učení (definováno jako soubor znalostí) může sídlit vně osobnosti v rámci znalostí organizace nebo databází, je zaměřeno na spojení specializovaných množin informací a spojení, které nám umožní lepší učení, je důležitější než naše současné znalosti.

Základní principy konektivismu: 1. Učení se je proces, během něhož dochází k propojení specializovaných uzlů všeobecné komplexní sítě (sdílení přístupu k informačním zdrojům, znalostí). 2. Učení se a znalosti závisí na rozmanitosti podmínek učení se. 3. Poznávání je založeno na množství různorodých zkušeností (spojení různých kultur, použití odlišných technologií). 4. Schopnost poznávat je vždy mnohem důležitější než momentální skutečné znalosti. 5. Navazování a údržba spojení je podmínkou soustavného poznávání (budování komunity). 6. Klíčovou kompetencí je schopnost rozeznat souvislosti mezi různými obory, koncepty či ideami.

kniha5.indd 20

21.12.2011 19:53:13


21

7. Aktuálnost je důležitým atributem konektivistických vzdělávacích aktivit (nic nemusí být zítra pravda). 8. I neživá zařízení jsou schopna učení (formování struktury sítě, způsoby vyhledávání informací). 9. Vlastní rozhodování je součástí vzdělávacího procesu (měnící se realita vyžaduje schopnost měnit vlastní postoje). Výukové metody respektující konektivismus jsou plně konstruktivistické, ale jdou přece jen ještě o poznání dál. Posuzují každého jedince v kontextu sítě (osobního vzdělávacího prostředí), kterou si kolem sebe buduje. Konektivismus se zabývá výzvami, které mnohé organizace řeší v rámci teorií managementu znalostí. Aby mohla být znalost, která se nachází v podnikové databázi, považována za učení, musí být spojena se správnou osobou ve správném kontextu. Informační tok v rámci organizace je důležitý prvek efektivity organizace zejména v organizačním učení. Tok informací ve znalostní společnosti je analogický toku energie pocházející z fosilních paliv v průmyslové společnosti. Významným prvkem porozumění vzdělávání v současné digitální éře jsou sociální sítě. V rámci sociální sítě uzel je člověk v síti, který je schopen zesilovat a udržovat tok znalostí. Prvotním bodem konektivismu je jedinec. Znalost jedince sestává ze sítí, které jsou vkládány do organizací a institucí. Ty zpětnou vazbou sytí informacemi sítě, které zajišťují učení jednotlivce. Tento cyklus vývoje znalostí (osobní – síťová – organizační) umožňuje učícím se zůstat ve své oblasti zájmu na špici vědění prostřednictvím spojení, která vytvořil, viz. obr. 2. 1.

Obr. 2. 1 Učení se z hlediska teorie konektivismu (podle Brdička, 2003).

kniha5.indd 21

21.12.2011 19:53:13

22


Potrubí je důležitější než obsah potrubí. Naše schopnost učit se, co budeme potřebovat v budoucnosti, je důležitější než to, co známe dnes. Velká výzva pro libovolnou teorii učení je aplikovat známé znalosti. Když však je znalost potřebná, ale není známá, schopnost použít informační zdroje k získání potřebných znalostí se stává rozhodující dovedností. Jak znalosti stále rostou a vyvíjejí se, přístup k tomu, co je potřeba, je důležitější než to, co učící aktuálně zná. Konektivismus představuje model učení, který potvrzuje strukturální změny ve společnosti, kde učení již není více interní, individuální aktivitou. Práce a fungování člověka se mění s využitím nových prostředků. Teorie vzdělávání pomalu zaznamenávají význam nových vzdělávacích prostředků a změn prostředí, ve kterých učení probíhá. Konektivismus poskytuje porozumění učícím dovednostem a úkolům potřebným pro rozvoj učících se v digitálním věku.

Úkol k textu Uveďte alespoň dvě základní výhody a nevýhody behaviorismu, kognitivismu, konstruktivismu a konektivismu. Otázky: Vysvětli pojem paradigma.

SHRNUTÍ KAPITOLY V současnosti jsou identifikovány tři klasické teorie vzdělávání. S rozvojem internetu a sociálních sítí dochází k formulaci nové teorie – konektivismu, která reaguje na prudké změny ve společnosti, na trhu práce i v osobním životě lidí.

kniha5.indd 22

21.12.2011 19:53:13

METODOLOGIE A METODA

23

3 METODOLOGIE A METODA V této kapitole se dozvíte: • jaká je podstata metodologie v širším i užším slova smyslu • jaké metody a systémy lze v procesu vzdělávání používat Budete schopni: • pochopit a analyzovat vzájemné vztahy a konkrétní využití metodologie, metod a systémů Klíčová slova této kapitoly: Metodologie, metoda, systém

Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: (0,5 + 2) hodiny (teorie + řešení úloh)

3.1 Filozofický základ metodologie vědy Významným metodologickým přínosem pro teorii vědeckého zkoumání, obzvláště odlišení desinformací, které mohou poškodit vzdělávání, od validních informací jsou práce rakouského filosofa a teoretika vědy, kritického racionalisty Karla Raimunda Poppera. Popper (1997) mimo jiné rozpracovává ústřední problém epistemologie, který byl vždy problémem růstu vědění. „A růst vědění lze studovat nejlépe tak, že studujeme růst vědeckého vědění.“ (Popper, 1997, s. XVI). Proč tomu tak je? Protože, odpovídá Popper, vědecké poznání je jakoby zvýrazněný zdravý rozum (Popper, 1997, s. XXIV). Popper dále ve svém díle Život je řešení problémů. – O poznání, dějinách a politice považuje život především za proces řešení problémů. Přestože je věda jako součást života také řešením problémů, je v jedné věci jedinečná. „Veškeré předvědecké poznání, ať zvířecí nebo lidské, je dogmatické; věda začíná vynalezením nedogmatické, to znamená kritické metody.“ (Popper, 1997, str. 20) Jen věda však aktivně usiluje o kritiku, eliminace vychází z ní samé. Je to tedy metoda záměrných falsifikačních pokusů, jež činí vědecké poznávání jedinečným a objektivním, a tím se liší od původního evolučního modelu. Pro případ vědy Popper uvádí čtyřstupňové schéma takto:

kniha5.indd 23

21.12.2011 19:53:13

24


1. výchozí problém 2. pokusné tvoření teorií 3. eliminační pokusy prostřednictvím kritické diskuse, včetně experimentálního přezkoumání 4. nové problémy, které vyplývají z kritické diskuse o našich teoriích.

V prvních třech stupních tomto schématu můžeme vidět metodologický základ hodnocení: monitoring stavu (problému), návrh řešení, empirické testování a validace, objektivizace řešení. Poslední stupeň souvisí s novými problémy jako výstupy řešení problému. Karl Popper publikoval ve svém díle (1978) epistemologický model znalostí v podobě tří světů znalostí: • Svět 1 je fyzické univerzum. Sestává ze skutečnosti a reality, kterou si snažíme představovat, jako je energie, fyzika a chemie. • Svět 2 je svět našich subjektivních, osobních vnímání, zkušeností a poznání. Je složen z našich poznatků o světě, jak se ho pokoušíme vnímat, předvídat, abychom zachovali naši existenci v každé měnící se situaci. Osobní znalosti a paměť tvoří tento svět, který je založen na autoregulaci, poznání, vědomí a procesech. • Svět 3 je souhrn abstraktních produktů lidské mysli. Sestává z artefaktů, jako jsou knihy, nástroje, teorie, modely, knihovny, počítače a sítě. Je to velmi různorodá směs. Zatímco znalosti mohou být vytvářeny a produkovány aktivitami ve světě 2, jejich artefakty jsou uloženy ve světě 3, např. tesařské kladivo, Masloavova hierarchie potřeb a Godelův důkaz o nekompletnosti aritmetiky. Popper dokonce považoval geny za bilogický artefakt informací. Mezi těmito třemi světy nastává nespočet různých vztahů: • Svět 1 řídí svět 2 a umožňuje jeho existenci. • Svět 2 vytváří svět 3, zatímco svět 3 pomáhá v zapamatování, vzdělávání, rozvoji a učení ve světě 2. • Svět 3 popisuje a předvídá svět 1, zatímco svět 1 je logický vzor světa 3. Navíc, protože svět 2 je složen z lidí, můžeme použít naše smysly, abychom překročili hranice a testovali změny a vztahy světa 1 a světa 2. Tak znalosti okolo nás (svět 1) se stávají částí nás (svět 2) a jsou potom námi uloženy v historickém obsahu a souvislostech (svět 3 artefaktů). V tomto smyslu rozeznáváme dvě pojetí znalostí nebo myšlení: • znalosti v subjektivním smyslu sestávající ze stavu mysli s dispozicí k chování nebo reakci • znalost v objektivním smyslu sestávající z projevů problémů, teorií a argumentů. Zatímco první pojetí je osobnostní, druhé je zcela nezávislé na vědomí kohokoliv – je to znalost bez subjektu znalosti.

kniha5.indd 24

21.12.2011 19:53:13


25

3.2 Metodologie Termín metodologie je řeckého původu. Znamená učení o metodě nebo teorii metody. Metodologie se zabývá obecnými teoretickými problémy cest a prostředků vědeckého poznání a zákonitostmi vědeckého bádání jako tvořivého procesu. Vědecké poznání, na rozdíl od předvědeckého, je charakterizováno tím, že -

je získáváno uvědomělým uplatněním určitých postupů (vědecké metody). usiluje o soustavné vědění (Einstein, Infeld, 1958).

Metodologie vědy vzniká na základě analýzy postupu vědců v průběhu vývoje jednotlivých věd. Odhaluje obecné stránky používaných metod a prostředků, srovnává je, uvádí v systém, odhaluje podstatu vědeckého poznání. Je možno také říci, že metodologie je empirická věda, jejímž předmětem je tvoření vědy (Tulka, 2004). Pojem metodologie je ovšem složitý a není vždy chápán jednoznačně. Užívá se především v širokém smyslu obecné metodologie věd. Označuje v tomto případě obecná filozofická východiska vědeckého poznání, společná všem vědeckým disciplínám. Předmětem jejího studia jsou nejobecnější zákony vývoje přírody, lidské společnosti a myšlení. Studium těchto zákonů je nejpodstatnějším obsahem filozofického světového názoru a tvoří obecnou metodologii vědeckého poznání světa. Jejím významným rysem je, že představuje nejenom nástroj poznávání, ale i nástroj na predikci změn. Metodologie v užším smyslu označuje teorii vědeckého poznávání, která studuje proces poznávání a přetváření skutečnost, jež jsou předmětem konkrétních vědeckých disciplín. Je částí gnozeologie; představuje teorii vědeckého poznání a je povolána studovat zákonitosti složitého procesu poznání v těch jeho rozličných a vzájemně spjatých formách a projevech, které jsou charakteristické pro vědu. Zde patří například i metodologie didaktiky fyziky. Metodologie didaktiky fyziky je soustava poznatků o základech a struktuře didaktické teorie, o přístupech ke zkoumání jevů a procesů, kterými se zabývá didaktika fyziky, o způsobech získávání poznatků, které pravdivě odrážejí neustále se měnící didaktickou realitu v podmínkách rozvíjející se společnosti (Danilov, 1975, in Mechlová, 2006). Úkol k textu Představ si, že ve škole vysvětluješ svým žákům pojem metodologie. Zkus to ! Část pro zájemce Kromě těchto dvou základních významů termínu metodologie hovoříme často i o (filozoficko) metodologických otázkách vědní disciplíny. Tato oblast metodologických úvah zahrnuje pak kromě metodologie ve druhém smyslu i analýzu základních pojmů vědní disciplíny, vymezení jejího předmětu a jejího vztahu k ostatním (alespoň příbuzným) disciplínám apod.

kniha5.indd 25

21.12.2011 19:53:13

26


Ve vývoji každé vědy dříve či později nastupuje stadium, kdy další úspěšný rozvoj je ohrožen, anebo je zcela paralyzován, bez provedení vnitřní sebereflexe té či oné vědy nad sebou samou, bez analýzy svého vlastního předmětu, metod a základních pojmů. Že k takovému stadiu v rámci každé vědecké disciplíny dochází, o tom existuje řada dokladů z různých i tak exaktních oblastí jako je např. sama fyzika na přelomu 19. a 20. století. Současný bouřlivý rozvoj vědy nutí jednotlivé vědní disciplíny, aby se neustále a průběžně orientovaly na svou vnitřní problematiku, má-li být zabezpečen jejich další úspěšný vývoj. Dnes si již nelze představit práci v žádné vědecké disciplíně, aniž by se věnovala patřičná pozornost metodologii. Historicky tyto metodologické úvahy začínaly v každé vědě tím, že popisovaly jednotlivé metodické návody, pravidla či postupy, které byly úspěšně použity v některých disciplínách, aby byl zaručen úspěch. Toto empirické stadium ve vývoji metodologie charakteristické především pro 19. století bylo omezeno na sběr a registraci základních metod a v nejlepším případě bylo završeno jejich klasifikací, avšak bez nároku na úplnost. Vědec zabývající se metodologií v tomto období nemohl naprosto vyčerpat veškeré bohatství metod uplatňovaných v různých diferencovaných disciplínách a především nemohl podat teoreticky zdůvodněný systém metod vhodných pro tu či onu vědu. Proto požadavek exaktní metodologie, která by byla plodným nástrojem dalšího vědeckého zkoumání, zůstával nerealizován. Rozvoj vědy probíhá nerovnoměrně. Některé vědní disciplíny dosáhly svého rozvinutého stadia již v minulosti, jiné se teprve konstituují a některé vědní disciplíny teprve vznikají. Proto i poměr jednotlivých disciplín k metodologickým otázkám, které se vynořují až na určitém rozvinutém stadiu jejich vývoje, je odlišný. Některé vědy mají svou metodologii, jiné si ji teprve tvoří. To platí i pro souhrn disciplín týkajících se výuky a výchovy: pedagogiku, obecnou didaktiku a oborové didaktiky. Oborové didaktiky se nacházejí ve stavu zrodu, a proto i jejich metodologie má počáteční, empirický charakter. Jedná se tedy o to, vyjasnit si, jaké metody mají oborové didaktiky k dispozici, podat jejich výčet a charakteristiku, pokusit se o jejich klasifikaci. Tím vytvoříme předpoklady pro pozdější exaktnější metodologii, která by mohla být účinným nástrojem další práce v oborových didaktikách. Celkově lze konstatovat, že aktuálnost a význam metodologie vědeckého poznání jsou určovány komplexem podmínek a zvláštností, které charakterizují místo a úlohu vědy v naší současné společnosti, kdy věda se stává výrobní silou společnosti. Ve všech vědách soustřeďuje na sebe pozornost řešení metodologických otázek. O tom svědčí rostoucí vědecká produkce v této oblasti. Kromě obecných podmínek tohoto rozvoje, společných všem vědám, hrají významnou roli i specifické podmínky, které jsou spojeny se situací oborových didaktik, zejména s didaktikami přírodních věd.

kniha5.indd 26

21.12.2011 19:53:13


27

3.2 Metoda Termín metoda pochází z řeckého slova „met hodos“ a doslovně znamená „touto cestou“, „cesta za něčím“, „postup“. Vědecká metoda nebo metoda vědy je obecně charakterizována jako záměrný postup (cesta), s jehož pomocí se dosáhne určitého cíle, něco se pozná nebo vyřeší. Metoda představuje obvykle celý komplex různorodých poznávacích postupů a praktických operací, které směřují k získávání vědeckých poznatků. V tomto smyslu se také například v didaktice fyziky rozumí vědeckou metodou systém základních postupů odpovídajících předmětu a úkolům didaktiky fyziky. Pojem metoda bývá užíván v různé šíři. Nejčastěji se tímto pojmem označuji speciální postupy vědecké disciplíny, např. metoda vědeckého pozorování, experimentální metoda, metoda dotazníková, metoda modelování aj. Někdy se používá pojem metoda v širokém smyslu, např. metoda teoretické analýzy. Bývá potom výrazem pro označení určitého obecného poznávacího postupu, způsobu zkoumání. Zahrnuje i ostatní logické prostředky – syntézu, abstrakci, zobecňování.

Pojem metoda je relativní, a to ve dvojím smyslu: 1. Jde o cestu, návod, způsob a ten je relativní vzhledem k cíli, který chceme realizovat. Je zřejmé, že charakter cíle nebo účelu determinuje způsob výběru metody, tedy, že každá specifická oblast zkoumání vyžaduje uplatnění specifických metod. V širším smyslu je metoda relativní i vzhledem k východisku, tzn. její charakter a povaha je závislá na těch prvcích, s nimiž se v dané oblasti pracuje. 2. Lidská činnost představuje nepřetržitý řetěz různých východisek, metod a cílů, záleží na povaze konkrétní situace, zda např. určitý specifický článek bude východiskem, metodou, či cílem. To, co je např. v současnosti pro nás východiskem, může být pro jinou generaci v minulosti nebo v jiném místě cílem, a ta část činnosti, kterou charakterizujeme jako dosažení cíle, může být v určitém jiném smyslu metodou. Například vybudování určité matematické teorie, která je cílem matematika, může být plodnou metodou pro fyzika. K pochopení pojmu metody je proto nutno vyjít z konkrétních požadavků určité lidské činnosti, z jejího rozdělení a stanovení relativně stálého východiska (východisek) a cíle (cílů). Dále také z přesného určení a vymezení oblasti, v níž budeme metody zkoumat.

kniha5.indd 27

21.12.2011 19:53:13

28


Dalším důležitým rysem metody je skutečnost, že představuje nikoli individuální cestu, způsob, návod k dosažení cíle, nýbrž to, co je všem podobným cestám, způsobům, návodům v dané oblasti zkoumání společné. Představuje tedy nikoli individuální, konkrétní a neopakovatelný postup, nýbrž obecnou strukturu vlastní všem cestám, způsobům a návodům k dosažení daného cíle. A z této obecné struktury plyne i obecnost metody a z obecnosti metody i její plodnost, možnost jejího použití u řady (někdy i značně odlišných) jevů. Ne vždy lze dosáhnout cíle nějakým jednorázovým aktem, jednoduchým způsobem. Zpravidla dosažení cíle předpokládá uplatnění několika kroků nebo operací, které musí mít v rámci určité oblasti použitelnosti metody jednoznačný charakter. Jinými slovy, jednotlivé kroky nebo operace musejí být přesně vymezeny, určeny, aby bylo možno dosáhnout cíle. Dalším předpokladem plodného uplatnění metody je požadavek, aby jednotlivé kroky nebo operace měly své pořadí. Jednotlivé operace musejí na sebe navazovat v určitém pořadí a musí být určena poslední operace, jíž se dosáhne cíle. Tato posloupnost kroků či operací může mít opět různý charakter (od nejjednodušší posloupnosti až do různě složité posloupnosti, které určují charakter používaných metod). Pro vědeckou metodu je nutné, na rozdíl od často chaotického intuitivního a nahodilého postupu či způsobu činnosti v každodenním životě, aby její jednotlivé kroky a jejich posloupnosti, tedy její struktura, byla explicitně, výslovně stanovena. Proto i při vymezování metod například oborové didaktiky fyziky, má-li si tato věda činit nárok na charakter vědecké disciplíny, bylo nutno přistoupit k jejich explicitnímu vyjádření. Např. učitel používá ve své každodenní vyučovací činnosti řady metod, nástrojů, způsobů k dosažení cílů, tj. ke splnění výchovně vzdělávacích cílů. V tomto smyslu mají i jeho metody – tj. vyučovací metody – charakter nástroje, prostředku, operace. Chceme-li vyučovací metody soustavně studovat, musíme tyto metody popsat, explicitně je formulovat, a pak v tomto smyslu bude každá metoda představovat určitý souhrn výpovědí, direktiv nebo příkazů. A to je dvojí význam termínu metoda, jak je běžně ve vědě používán: metoda jako nástroj (souhrn operací) a metoda jako souhrn výpovědí o tomto nástroji (operacích).

kniha5.indd 28

Úkol k textu. Popiš vzájemný vztah mezi metodologií a metodou.

21.12.2011 19:53:13


29

3.4 Obecné a zvláštní metody Každá věda používá jednak určité obecné metody, které jsou vlastní všem způsobům vědeckého zkoumání, jednak určité zvláštní metody, které jsou aplikovány v té či oné konkrétní disciplíně. Ve skutečnosti však je uvedené rozdělení metod na obecné a zvláštní daleko složitější, protože i hierarchie jednotlivých věd z hlediska jejich obecnosti je složitá a vzhledem ke složitým interdisciplinárním vztahům mezi vědami je nutno zkoumat používané metody v každé disciplíně zvlášť. Chceme-li zachovat určitou hierarchii z hlediska obecnosti metod používaných v oborové didaktice, musíme začít s metodami nejobecnějšími, vlastními každé (empirické) vědě. Tyto metody patří k nejobecnějším charakteristikám lidského poznávacího procesu a jejich analýzou se zabývá teorie poznání. K těmto nejobecnějším charakteristikám procesu poznání patří na empirické úrovni pozorování (řízené pozorování) a experiment, na myšlenkové úrovni pak základní myšlenkové operace jako jsou analýza a syntéza, indukce a dedukce, abstrakce a idealizace, myšlenkový experiment. Tyto metody zkoumání v jejich nejobecnější podobě metodologie a jejich aplikace v rámci každé speciální disciplíny jsou mimo jakoukoli pochybnost. Podrobněji je o těchto metodách pojednáno ve studijní opoře Didaktika fyziky 1 (Mechlová, 2006). Vedle těchto nejobecnějších metod, vlastních jakémukoli lidskému poznání, uplatňuje každá disciplína výsledky poznání obecné vědy, v jejímž lůně se zrodila. Říkáme právem, že tyto obecné vědy - “ teoretická jádra“ celé oblasti příbuzných disciplín - jsou metodologickým nástrojem pro práci v oborových disciplínách. V tomto ohledu tvoří např. obecná fyzika metodologický nástroj pro práci ve všech fyzikálních disciplínách. Metodologický význam takových obecných zákonů, jako je např. zákon zachování energie, jsou ve všech disciplínách obecně přijímány. Také obecné přírodovědecké pojmy, jako jsou např. hmotnost, energie, entropie, valence apod., jsou rovněž z metodologického hlediska v oborových disciplínách nepostradatelné. Analogicky je tomu i v případě didaktiky fyziky. Úspěšná práce v této oblasti je nemyslitelná bez zvládnutí metodologického bohatství příslušné obecné disciplíny, tj. především pedagogiky a obecné didaktiky. Proto je nutno při tvorbě metodologie didaktiky fyziky využít i metodologického obsahu základních pedagogických principů či zásad, které zobecňují rozsáhlé zkušenosti z celé oblasti pedagogických věd (Skalková, 1983, in Mechlová, 2006). U didaktiky fyziky nelze například při výstavbě metodologie vystačit pouze s metodami pedagogiky a obecné didaktiky. Vzhledem k tomu, že metoda je vždy determinována oblastí své aplikace - tedy fyzikálním obsahem jako součástí učiva, s níž v didaktice fyziky pracujeme, musí i metody didaktiky fyziky využít metodologického bohatství fyziky, samozřejmě při zachování obecně platných didaktických zásad. Znamená to, že i v metodologii didaktiky fyziky bude kladen větší důraz na ty metody zkoumání, které jsou vlastní přírodním vědám

kniha5.indd 29

21.12.2011 19:53:13

30


a jejichž osvojení je zcela nutné pro pochopení učiva. Souvisí to s nutností přecházet od předávání jednotlivých stále se rozrůstajících poznatků z oblasti fyzikální vědy ke zprostředkování celých struktur, tedy i nástrojů a metod získávání a uchování poznatků. A tento proces je nemyslitelný bez pochopení specifických fyzikálních metod a jejich uplatnění v didaktice fyziky (Bednařík, 1982, in Mechlová, 2006). Jedná se například o takové obecné metody, jako jsou srovnávací a historická metoda atd. Kromě těchto obecných metod používá každá věda i metody, které byly vytvořeny i v jiných vědních oblastech a které na základě jejich úspěšné aplikace přispěly k rozvoji dané vědy. Pro moderní vědu je charakteristické využívání ve stále větší míře metod tzv. analytických věd, tj. matematiky, matematické logiky a statistiky, teorie informace a kybernetiky, teorie systémů apod. Všechny tyto obecné metody nalezly v dnešní době široké uplatnění ve vědě a jsou proto plně opodstatněné i pokusy o jejich uplatnění v didaktice fyziky. Přehlédneme-li celé bohatství metod, které jsme uvedli jen ve stručném přehledu, z něhož může čerpat metodologie didaktiky fyziky, vzniká otázka, zda vůbec zbývá místo pro nějaké nové, zvláštní, zcela specifické metody didaktiky fyziky, které jsou vlastní výlučně jen této disciplíně. I když možnost odhalení nových metod nelze v žádné disciplíně a priori vyloučit, není možno na druhé straně tvrdit, že jediným úkolem metodologických zkoumání v té či oné disciplíně je objevovat nové metody. Jde o to si uvědomit , jaké metody jsou k dispozici, a především o to, jak je využít, aby mohly být splněny úkoly, které si klade didaktika fyziky. Otázka využití (aplikace) metod, není sama o sobě jednoduchou záležitostí, nemá-li jít jen o mechanickou aplikaci, jejíž výsledky by jen nahodile mohly přispět k rozvoji disciplíny. Aplikace metody v určité oblasti znamená především její sladění s konkrétním materiálem, přizpůsobení konkrétním potřebám tak, aby bylo dosaženo požadovaného cíle. Poznámka 1: Někdy se setkáváme s označením některých metod empirického výzkumu, zvláště metody dotazníkové a metody rozhovoru, termínem „technika“. Uvedený termín se používá především v sociologických výzkumech, odkud se někdy přenáší do pedagogiky. V dalším budeme dávat přednost i v tomto případě termínu metoda (Skalková, 1983, in Mechlová, 2006). Poznámka 2: Termínem metodika označujeme různé konkrétní formy a způsoby použití metod, kterými se uskutečňuje proces stále hlubšího poznávání pedagogických jevů a procesů. Poznámka 3: Termín výzkumná procedura proniká do pedagogiky nejčastěji z oblasti sociologických výzkumů. Znamená obvykle určitý soubor poznávacích prostředků a postupů; zahrnuje také aspekty organizace výzkumné činnosti (časové trvání, výzkumný plán, počet spolupracovníků, finanční náklady).

kniha5.indd 30

21.12.2011 19:53:13


31

3.4 Systémový přístup ke zkoumání jevů Pojem systém má v současné době důležité místo ve společenské praxi i ve vědeckém poznání. V oblasti výchovy a vzdělávání běžně operujeme s pojmy jako např. školský systém, výchovně vzdělávací systém, systém výchovně vzdělávacích cílů, systém učiva, systém forem a metod výchovně vzdělávací činnosti, didaktický systém fyziky atd. Jak je nutno chápat systém? Systém je nutno chápat jako nějaký celek, objekt (materiální, ideální), který se vyznačuje třemi základními znaky: 1. jedná se o celek určité kvality, který je 2. jednotný a 3. celistvý.

Na systém můžeme pohlížet z různých zorných úhlů a podle toho tento pojem interpretovat. Ze skladebného aspektu pozorovatele nás na systému zajímá vnitřní členění, uspořádání, třídění daného celku. Ze vztahového aspektu nás zajímají vnitřní a vnější vztahy systému, jedná se již o kvalitativně vyšší úroveň chápání systému. Z integrujícího aspektu se zdůrazňuje rozhodující význam těch prvků a vztahů, které drží systém pohromadě, sjednocují jej (integrují) a přispívají tak k jeho udržení a fungování. Ze systémově vývojového aspektu nás zajímá, jak určitý systém funguje, jaké jsou jeho vývojové tendence a možnosti, co je třeba udělat, aby se systém úspěšně rozvíjel. Metodologický směr zvaný systémový přístup se začal rozvíjet v řadě vědních oborů zhruba od padesátých let 20. století. Od té doby se rozrostl v široký vnitřně diferencovaný proud, který se stal ve vědě obecně uznávanou metodologickou orientací a prokázal své přednosti nejen při rozvoji vědeckého poznání, ale i při řešení úkolů společenské praxe, např. v průmyslu, zemědělství, dopravě, ve vojenství atd. Od šedesátých let 20. století se objevují pokusy o využití této metodologie ve školství a v pedagogických výzkumech. Pojmový aparát a vyvíjející se metody systémového přístupu umožňují: 1. definovat systémy a jejich okolí, různým způsobem je zobrazovat a popisovat 2. analyzovat a optimalizovat jejich strukturu 3. analyzovat, modelovat a optimalizovat jejich fungování, chování. Základní pojmy teorie systémů Základní pojmy teorie systémů budeme definovat pokud možno obecně a jednoduše. Nejzákladnějším pojmem je systém, jehož definici poněkud zpřesníme.

kniha5.indd 31

21.12.2011 19:53:13

32


Systémem rozumíme soubor alespoň dvou prvků, mezi nimiž existují nějaké vztahy. Přitom prvek systému je jakákoli část systému, kterou chápeme jako nedělitelný celek, u něhož nerozlišujme další části. Každý systém má své okolí (přesněji podstatné okolí), které vstupuje se systémem do vzájemných interakcí. Tyto interakce se uskutečňují prostřednictvím tzv. vstupu a výstupu. Soubor vlivů, jimiž působí okolí na systém prostřednictvím vstupu, nazýváme stimuly (podněty), soubor vlivů, kterými působí systém na okolí, nazýváme reakcemi (odezvami), viz obr. 3. 1 Podle rozsahu interakce systému s okolím rozeznáváme -

systémy otevřené, u nichž se uplatňují veškeré vlivy okolí na systém a veškeré vlivy systému na okolí

-

systémy relativně uzavřené, u nichž jsou vzájemné interakce limitovány omezeným počtem vstupů a výstupů

-

systémy absolutně uzavřené, jež nevykazují žádné interakce s okolím – jsou to systémy bez vstupů a výstupů.

Pro nás mají význam především systémy relativně uzavřené.

Obr. 3. 1 Systém se svým okolím (šipky označují vstup do systému a výstup ze systému, P1, P2, P3 jsou prvky systému)

Každý systém je charakterizován dvěma základními vlastnostmi: chováním a strukturou. Chování systému definujeme jako závislost mezi stimuly a reakcemi. Označíme-li dílčí stimuly působící na vstup systému x1 , x2 , x3 , ..., xn a dílčí odezvy objevující se jako určitý stav výstupu systému y1 , y2 , y3 , ..., yn , pak chování systému lze vyjádřit rovnicí yi  T ( xi ), (1) kde T je operátor transformace podnětu xi na reakci yi. Je-li transformace T jednoznačná, tj. jestliže určitému podnětu přísluší právě jediná reakce, jedná se o chování determinované. Je-li transformace víceznačná, tj. jestliže určitému

kniha5.indd 32

21.12.2011 19:53:13


33

podnětu přísluší více než jedna reakce, jedná se o chování nahodilé. Determinovaně se chová většina technických systémů, nahodile většina systémů biologických a společenských. Druhá základní vlastnost, struktura systému, je definována jako organizace vazeb mezi prvky systému. Poněvadž každý prvek systému lze chápat jako relativně uzavřený podsystém s vlastním vstupem a výstupem, představuje struktura systému také vzájemné propojení prvků prostřednictvím jejich vstupu a výstupu, viz obr. 3. 1 Strukturu systému určují tedy jednak vazby mezi prvky systému, jednak chování těchto prvků. S ohledem na strukturu systému, kterou označíme písmenem s, můžeme transformační rovnici (1) přepsat na tvar yi  T ( xi , s ).

(2)

Bereme-li ještě v úvahu, že vnitřní stav systému vymezený strukturou s se může s časem t měnit, píšeme (3)

Vidíme, že reakce yi.(t) je funkcí podnětu xi(t) a struktury s (t). Rovnice (2), (3) vyjadřují vztah mezi strukturou a chováním systému, tj. vztah mezi základními vlastnostmi systému. Ze vztahů vyplývají dva důležité poznatky, viz obr. 3. 2

Obr. 3. 2 Možné vztahy mezi základními vlastnostmi systému

a) Dané struktuře systému s odpovídá určité a jediné chování systému. b) Danému chování systému odpovídá celá třída struktur s1 , s2 , s3 , ..., s j , protože všechny struktury této třídy vedou ke stejnému chování systému

kniha5.indd 33

21.12.2011 19:53:13

34


kniha5.indd 34

Úkol k textu: Použijte systémový přístup na systém střední škola. Definujte okolí systému, vstupy a výstupy systému a prvky systému. Jaké vazby mohou být mezi těmito prvky? Kterou charakteristiku systému ovlivní vazby mezi prvky? SHRNUTÍ KAPITOLY V této kapitole jsou podrobně rozebrány pojmy metoda a metodologie a na závěr kapitoly jsou pro zájemce osvětleny pojmy systém a systémový přístup jako jeden z metodologických směrů.

21.12.2011 19:53:14

VĚDECKÉ MYŠLENÍ

35

4 VĚDECKÉ MYŠLENÍ V této kapitole se dozvíte: • co jsou vědecké pojmy a teorie • co je deklarativní a operační vědění Budete schopni: • pochopit a analyzovat vědecké pojmy a teorie • pochopit rozdíly mezi deklarativním a deklarativním věděním Klíčová slova této kapitoly: vědecké pojmy, vědecké teorie, deklarativní vědění, operační vědění

Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: (0,5 + 2) hodiny (teorie + řešení úloh) Člověk vyváří technický svět, aby lépe dosahoval svých cílů, vytváří soustavy prostředků, aby lépe ovládal zdroje a kapacity, přičemž sám je součástí přírody a usiluje také o dokonalejší využívání svých vlastních zdrojů a kapacit (Tondl, 1998). Současně je však zřejmé, že prostředky tohoto světa v mnohém ovládají člověka, ovlivňují jeho hodnotovou strukturu, jeho cíle, ambice a jeho směřování. Člověk je ovládán mnoha technickými prostředky také proto, že bez nich si nedovede představit svou seberealizaci, naplnění svých ambicí, cílů a dosažení mnoha hodnot, často si však této závislosti není vědom, nepokládá ji za jakékoliv omezení. Člověk tedy ovládá prvky technického světa, současně je jimi sám ovládán, podřizuje se rytmům a dimenzím diktovaným technickými prostředky, a to zcela dobrovolně a z vlastního rozhodnutí. Jestliže v polovině dvacátého století za představitele takového technického prostředku může být považováno auto, viz automobilový průmysl, silnice a dopravní infrastruktura, ke konci dvacátého století de již jedná o osobní počítač a internet se standardem World Wide Web a na začátku dvacátého prvního století to jsou sociální sítě. Málokdo však plně rozumí všem principům, na základě kterých fungují řízené technické artefakty žádoucím způsobem. Díky technologii se cítíme být tím, kým jsme. Ukotvení ve společnosti používající konkrétní technologii, která je nedílnou součástí naší identifikace, kterou vymezujeme míru naší civilizovanosti a pozici ve vývojovém žebříčku. V tomto kontextu je technologie chápána nikoliv jako pouhý nástroj-objekt, ale jako něco, na čem je náš svět vystavěn a poháněn dopředu. (Tondl, 1998).

kniha5.indd 35

21.12.2011 19:53:14

36


Zřejmě nejcharakterističtější známkou lidství je schopnost emočního cítění a individuálního prožívání sdílené reality. Tato specifika lidské mysli byla odjakživa pokládaná za výsadu i určitý druh handicapu. Absence emocí a schopnost přemýšlet čistě prostřednictvím logických operací je velmi silný motiv přesahu lidství. Na druhou stranu určitá nevypočitatelnost spojená s existencí ega a emoční inteligencí bývá často prezentovaná jako výhoda v pomyslném boji s konkurenční, počítačově řízenou strojovou entitou. Technologie nás „zradila“ jako neutrální nástroj a je stále posuzována pouze jako ekonomické kritérium efektivity. Její temná stránka není v tom, že by transformovala přírodu nebo vztahy mezi lidmi, ale že se pro nás stává neprůhlednou. Měla by být chápána spíše jako způsob odhalování. Zkušenost ukazuje stále jasněji, že verbální podání ‒ přednášení velkým skupinám duševně pasivních posluchačů či pouhá četba tištěných materiálů ‒ nezanechává v žákově mysli nic skutečně trvalého nebo významného. Takový způsob výuky mu velmi málo pomáhá získat schopnosti, které, charakterizují vědecky gramotnou osobu. Poněvadž právě tyto atributy jsou předmětem všech dalších tvrzení a doporučení, bude snad vhodné začít jejich výčtem.

Člověk vědecky gramotný by měl: 1. Pochopit, že vědecké pojmy (např. rychlost, zrychlení, síla, energie, elektrický náboj, gravitační a setrvačná hmotnost) nejsou náhodně objevenými předměty jako zkameněliny, nové rostliny nebo zvláštní nerosty, ale byly vytvořeny činností lidského rozumu a obrazotvornosti. 2. Uvědomit si, že pochopení a správné užívání takových pojmů vyžaduje pečlivou operacionální definici vycházející z praktické zkušenosti a z předchozího zjednodušeného vymezení pojmů; jinými slovy, chápat, že vědecký pojem obsahuje především myšlenku a pak teprve název a že porozumění nespočívá v odborných termínech samotných. 3. Chápat rozdíl mezi pozorováním a myšlenkovou dedukcí a rozlišovat tyto dvě metody vědecké činnosti. 4. Odlišovat roli náhodných objevů ve vědeckém výzkumu od cílevědomé strategie vytváření a testování hypotéz. 5. Chápat význam slova „teorie‘‘ ve vědecké terminologii. Mít určitou představu (získanou na konkrétních příkladech) o tom, jak se teorie vytvářejí, testují, potvrzují a dočasně přijímají. Na jejím základě pochopit, že toto označení nepřísluší každému osobnímu mínění nebo nepodloženému návrhu.

kniha5.indd 36

21.12.2011 19:53:14

VĚDECKÉ MYŠLENÍ

37

6. Poznat, kdy se vychází z hotových neověřovaných výsledků, modelů či závěrů, a také umět vyvodit jejich základ a původ; tj. rozeznat, kdy se kladou a s porozuměním zodpovídají otázky typu „Jak víme…?“, „Proč věříme…?“, „Co svědčí pro ...?‘‘ a kdy se bere něco jako fakt. 7. Pochopit (opět na konkrétních příkladech), že vědecké pojmy a teorie nejsou neměnné. Uvědomovat si, jak se postupnými aproximacemi trvale mění, zdokonalují a zpřesňují. 8. Vědět o mezích vědeckého bádání; znát typy otázek, které nemá smysl ani klást, ani na ně hledat odpověď. 9. Mít v určité oblasti (nebo oblastech) zájmu dostatečně základní znalosti, jež by umožňovaly další studium bez metodického vedení. 10. Znát alespoň několik konkrétních příkladů ukazujících, jak vědecké znalosti bezprostředně ovlivnily intelektuální vývoj lidstva, jak přímo formovaly názor člověka na svět a na jeho postavení v něm. 11. Znát alespoň několik konkrétních příkladů vazeb mezi vědou a společností v morální, etické a sociologické rovině. 12. Uvědomovat si velmi těsnou analogii mezi některými myšlenkovými postupy v přírodovědě a v jiných disciplínách -- historii, ekonomii, sociologii, politických vědách (např. vytváření pojmů, testování hypotéz, rozlišování mezi pozorováním a myšlenkovou dedukcí, konstrukce modelů a provádění hypoteticko-deduktivních úvah).

Tento výčet si nedělá nárok na úplnost a není míněn jako soubor nařízení. Shrnuje pouze některé vlastnosti, které jsou považovány za atributy vědecké gramotnosti. Ke skutečnému pochopení vědeckých pojmů a teorií může středoškolák, stejně jako žák základní školy dospět jedině usilovnou induktivní a deduktivní duševní činností podloženou interpretací vlastního pozorování a zkušeností. Žáci učící se jen pasivním poslechem projevují takovou aktivitu jen velice zřídka. Experimentální motivací a přiměřeným tempem výuky ji však lze pěstovat, podporovat a rozvíjet u naprosté většiny. Odborníci v teorii poznání rozlišují dvě základní kategorie znalostí: vědomosti figurativní neboli deklarativní a vědomosti operační neboli procedurální. Deklarativní vědění spočívá ve znalosti „faktů‘‘ ‒ například, že Země obíhá kolem Slunce, že látka se skládá z diskrétních atomů a molekul, že živočichové vdechují kyslík a vylučují oxid uhličitý. Operační vědění zahrnuje jednak pochopení příčin podmiňujících takové deklarativní poznatky (Jak víme, že Země obíhá kolem Slunce, a proč tento názor přijímáme, když se zdá, že je tomu právě naopak?, Co dokazuje, že struktura látky není spojitá, ale diskrétní?, Co rozumíme

kniha5.indd 37

21.12.2011 19:53:14

38


„kyslíkem‘‘ a „oxidem uhličitým‘‘?, Jak poznáme, že jsou to různé látky?), jednak pochopení závažnosti deklarativního vědění v nových či neobvyklých situacích a schopnost je na ně aplikovat nebo modifikovat.

Úkol k textu Uveď další příklad operačního a deklarativního vědění ze svého oboru. Stále zřetelněji se ukazuje, že naše střední a základní školy v žádném z vyučovacích předmětů operační vědění příliš nerozvíjejí. Nejde tedy jen o problém přírodovědných předmětů, i když právě v nich je neúspěch nejlépe patrný. Lze uvést konkrétní příklady. Prakticky každý člověk vám řekne, že Země a ostatní planety naší sluneční soustavy obíhají kolem Slunce. Mnohým se to nezdá být nijak paradoxní, protože na rozdíl od starověkých národů má nyní málo lidí příležitost systematicky pozorovat oblohu a tak si přímo uvědomit pohyby nebeských těles. Otázka, proč zastávají heliocentrický názor, v nich však většinou vyvolá zděšení nebo rozpaky; někteří nanejvýš zmiňují cosi namemorovaného a nesrozumitelného o paralaxe hvězd. Tito lidé nemají nic než deklarativní znalosti; přijali pouze to, co Whitehead nazval „definitivním závěrem daným autoritou‘‘, a nemají tušení o velkolepé syntéze, kterou provedla moderní věda. Věci zřejmě rozumějí ještě méně než středověcí vzdělanci, kteří by sice hájili geocentrickou představu naší soustavy, ale asi by o ní hovořili spíše jako o modelu „vyhovujícím pozorování‘‘ než jako o konečné pravdě. Takové novodobé reakce jsou charakteristické i pro mnoho jiných oblastí a rozhodně nejsou tím, co si představujeme pod „porozuměním vědě‘‘. Návrat k potřebnému pochopení ovšem drasticky omezí množství učiva, které může být probráno. A poněvadž se učitelé a autoři učebnic většinou k této redukci neodhodlají, jejich žáci nerozumějí vědeckým pojmům ani povaze a omezením vědeckého myšlení. Jak tedy postupovat? Domníváme se, že je nutno přibrzdit. Zpomalit a probrat méně. Dát žákům možnost sledovat a zažít vývoj jen několika nejdůležitějších vědeckých idejí, zato však v takovém rozsahu a takovým tempem, aby jejich znalosti nebyly pouze deklarativní, ale spíše operační. Podle času, který máme k dispozici, bychom s nimi mohli projít jeden nebo několik z následujících námětů: 1. Proč věříme, že Země obíhá kolem Slunce? V jakém smyslu je toto tvrzení „pravdivé‘‘? 2. Proč jsme přesvědčeni, že látka má diskrétní strukturu; tj. jaké máme důkazy pro molekulárně kinetickou teorii? 3. Co rozumíme „elektrickým nábojem‘‘? Jak jsme k tomuto pojmu dospěli? Je „náboj‘‘ materiální substancí tj. je hmotný? Z čeho vychází naše přesvědčení, že existují pouze dva druhy elektrického náboje? Na základě jaké (hypotetické) zkušenosti bychom mohli tvrdit, že jsme objevili třetí druh náboje?

kniha5.indd 38

21.12.2011 19:53:14

VĚDECKÉ MYŠLENÍ

39

4. Na čem se zakládá naše víra, že i atomy mají diskrétní strukturu? Jakými jednoduchými srozumitelnými argumenty ji můžeme podpořit? (Pouhé tvrzení o existenci entity zvané „elektron‘‘ nedokazuje vůbec nic. Přesto je vyučování často vedeno právě tímto stylem.) 5. Jaké zkušenosti vedly k vytvoření pojmu „elektron‘‘? Z čeho plyne, že je taková entita základní složkou látky? Co svědčí o tom, že elektron je lehčí než atom?

Úkol k textu Zkuste oponovat názoru ‒ zpomalit a zbrzdit. Proč si učitelé myslí, že to nelze ?

4.1 Ilustrace vědeckého způsobu myšlení O mezích a charakteru vědeckého myšlení si sotva někdo může udělat dobrou představu jen na základě hotových tvrzení. Budeme-li však přiměřeným tempem, tj. tempem dovolujícím pochopení pojmů a rozmyšlení otázek typu „Jak víme…?“, „Proč věříme…?“, probírat jednotlivá témata, objasní se tyto věci zcela přirozeně. Uvažme následující příklady. Když ve Dvou nových vědách Galileo Galilei řeší problém, jak popsat změnu rychlosti pohybujícího se tělesa (dnes hovoříme v této souvislosti o „zrychlení“), upozorňuje, že existují dvě alternativy: 1. Pozorujeme, že na vzdálenosti tolika a tolika loktů se rychlost tělesa mění z jisté počáteční hodnoty na určitou hodnotu koncovou. Na základě tohoto zjištění by bylo možné popisovat pohyb objektu pomocí čísel udávajících, nakolik se jeho rychlost změnila při proběhnutí jednotlivých loktů dráhy. 2. Tutéž změnu rychlosti lze však vztáhnout i k příslušnému časovému intervalu. Sledovaný děj je tedy možné charakterizovat také čísly udávajícími změnu rychlosti v každé sekundě. Který způsob popisu máme přijmout? Výběr není triviální. Galileo volí druhou možnost: změnu rychlosti za jednotku času. Chce totiž popsat „přirozeně zrychlený‘‘ pohyb (volný pád) a je intuitivně hluboce přesvědčen, že volný pád je rovnoměrně zrychlený právě v tomto smyslu a nikoliv ve smyslu změny rychlosti připadající na délkovou jednotku dráhy. Na základě hypotézy (induktivní domněnky) vybírá alternativu, jež vede k nejjednoduššímu a nejelegantnějšímu popisu volného pádu, a vzápětí tuto hypotézu testuje vyvozováním důsledků, které lze ověřit experimentem. Zde se jasně ukazuje několik základních rysů vědecké práce: úloha induktivního a deduktivního usuzování; skutečnost, že vědecké pojmy jsou výsledkem činnosti lidského

kniha5.indd 39

21.12.2011 19:53:14

40


rozumu a ne materiálními objekty nalezenými a popsanými svými objeviteli jako nové kontinenty či nová zvířata; fakt, že v postupu existuje možnost volby, vytvářející prostor i pro estetická kritéria, jako je elegance a jednoduchost. Jsme přesvědčeni, že si žáci mohou vytvořit zralou, zasvěcenou představu jak o metodách a postupech, tak o úspěších i mezích vědy. Nedospějí k ní však automaticky procvičováním výpočtů, jak vysoko vystoupí kámen vymrštěný do vzduchu nebo jak dané elektrické pole vychýlí svazek elektronů. Takový intelektuální nadhled se dá vypěstovat jenom skloubením znalosti samotného vědeckého problému s pochopením postupu jeho řešení, s pochopením, kterého se dosahuje úvahami typu „Jak víme…?’’, „Proč věříme ...?‘‘. Příležitosti ozřejmit tyto aspekty kulturního fenoménu, jímž věda je, se objevují téměř na každém kroku. Přejděme k dalšímu.

4.2 Vědecké pojmy Díky didaktickému stylu, jakým se žákům věda servíruje, žáci zpravidla považují vědecké pojmy za strnulé, neměnné, mající pouze jeden absolutní význam. Ten, jak se domnívají, musí každý zasvěcenec automaticky „znát‘‘ a zadýchanému nováčkovi nezbývá než jej přijmout během „jedné otáčky mozku‘‘. Mnohým se pak značně uleví, když shledají, že tomu tak není; když zjistí, že se tyto pojmy s narůstajícím vědeckým poznáním vyvíjejí, až jsou ‒ postupným předefinováváním, zpřesňováním a tříbením - dovedeny od surového počátečního intuitivního tvaru k pozdější rafinovanosti. Například pojem „síla‘‘ byl původně zaveden v souvislosti se svalovým tahem nebo tlakem. Zákonem setrvačnosti se však předefinovává tak, aby byl použitelný na jakékoliv působení, které uděluje zrychlení hmotnému objektu (např. působení elektricky nabité tyče na kousky papíru). I neživým předmětům se tím připisuje schopnost působit silou na jiná tělesa (nabitá tyč působí silou na kousky papíru, stůl působí silou směrem vzhůru na knihu, která na něm leží, Země působí silou směrem dolů ‒ naší tíhou ‒ na nás a silou směrem vzhůru na naše chodidla). Newton pak rozšiřuje tento pojem ještě dále tvrzením, že pokud stůl působí směrem vzhůru silou na knihu, působí kniha současně silou opačného směru na stůl. Od původního použití slova „síla‘‘ pro živý svalový tah nebo tlak na jiný předmět jsme se dostali hodně daleko. Z hrubé počáteční představy se vychází i při definici „rychlosti‘‘. Původně se zavádí jako míra toho, jak rychle (v průměru přes konečný časový interval) se objekt pohybuje podél přímky. Potom se tato jednoduchá idea zdokonaluje až k pojmu okamžité rychlosti, kterému připisujeme další vlastnosti: směr v prostoru a měřítko změny velikosti.

kniha5.indd 40

21.12.2011 19:53:14

VĚDECKÉ MYŠLENÍ

41

SHRNUTÍ KAPITOLY Vědecké myšlení zahrnuje vědecké pojmy vědecké teorie. Člověk vědecky gramotny by měl být schopen určitých myšlenkových operací. Pro vědecké myšlení jsou zvláště důležité vědecké pojmy, které nemusí být postupně přetvářeny.

kniha5.indd 41

21.12.2011 19:53:14

42


5 PŘÍRODOVĚDNÁ GRAMOTNOST V této kapitole se dozvíte: • co je přírodovědná gramotnost • jak PISA hodnotí přírodovědnou gramotnost Budete schopni: • pochopit a analyzovat pojem přírodovědné gramotnosti v celém rozsahu chápání podle PISA

Klíčová slova této kapitoly: gramotnost, přírodovědná gramotnost, situace a kontext, přírodovědné vědomosti, přírodovědné postupy Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: (0,5 + 2) hodiny (teorie + řešení úloh) Z historického hlediska se pojem „gramotnost“ vztahuje k nástroji, který čtenáři používají k získávání vědomostí ‒ čtení. Výraz „gramotnost“ je však sám o sobě příliš často spojován s negramotností nebo s nějakým minimálním stupněm dovedností, jichž je zapotřebí k fungování v dané společnosti. Chápání gramotnosti jako nástroje je však, zdá se, blízké významu, který má vyjadřovat tento termín. Někteří z žáků budou po skončení střední školy dále pokračovat ve studiu na univerzitě a možná budou usilovat o akademickou kariéru, někteří získají při přípravě ke vstupu na pracovní trh jiné střední či vyšší vzdělání a někteří na pracovní trh vstoupí přímo po ukončení povinné školní docházky. Nehledě na akademické nebo pracovní aspirace žáků se však od nich očekává, že se aktivně zapojí do života v příslušných komunitách. Nyní jsou gramotnost a její rozšiřování mezi lidmi a následné zvyšování její úrovně vnímány jako podmínka pro svobodný a nemanipulovatelný život, jež umožňuje sociální participaci jedince na dění ve společnosti, je základním předpokladem prosperity v osobním životě a tím prosperity celé společnosti.

kniha5.indd 42

21.12.2011 19:53:14

PŘÍRODOVĚDNÁ GRAMOTNOST

43

5.1 Čtenářská gramotnost Jedním z hlavních a podstatných vzdělávacích cílů v České republice a také ve světě je rozvoj čtenářské gramotnosti. Společnost si již nevystačí pouze se čtením a psaním, popřípadě počítáním, ale požadavky a rozsah kompetencí popisujících termín gramotnosti se mění stejně rychle, jako se vyvíjí soudobá společnost.

Obr. 5. 1 Postavení čtenářské gramotnosti vůči dalším oblastem funkční gramotnosti matematická gramotnost

umělecká gramotnost

sociální gramotnost

př í gr rod am ov ot ěd no ná st

á ick t log os no tn ch o te gram

FUNKČNÍ gramotnost

gr jazy am ko ot vá no st

á ov nt st me no ku ot do gram informační gramotnost

Čtenářská gramotnost má klíčové postavení vzhledem k ostatním gramotnostem ve vzdělávání, viz. obr. 5. 1. Pojem čtenářská gramotnost je definován mnoha způsoby. Například pro výzkum PISA (Programme for International Assessment) 2009 je definována následně: Čtenářská gramotnost je schopnost porozumět psanému textu, přemýšlet o něm a používat jej k dosažení vlastních cílů, k rozvoji vlastních vědomostí a potenciálu a k aktivní účasti ve společnosti.

kniha5.indd 43

21.12.2011 19:53:14

44


5.2 Pojetí přírodovědné gramotnosti Pojetí přírodovědné gramotnosti podle OECD/PISA 1999 zahrnuje tři hlediska: -

přírodovědné postupy, které budou zahrnovat vědomosti z přírodních věd, tyto vědomosti však nesmějí být hlavním předpokladem pro dosažení dobrého výsledku

-

přírodovědné pojmy, jejichž pochopení bude hodnoceno podle toho, jak budou využity v určitých přírodovědných oblastech

-

situace, v nichž jsou předkládány testové úlohy (toto hledisko je běžně označováno jako ”kontext” nebo ”prostředí”)

Ačkoliv jsou tato jednotlivá hlediska přírodovědné gramotnosti popisována odděleně, je třeba si uvědomit, že při hodnocení přírodovědné gramotnosti budou vždy existovat ve společné kombinaci. První dvě z těchto hledisek budou využita jak při sestavování úloh, tak při popisu výkonu žáka. Třetí hledisko zajistí, aby při tvorbě testových úloh byla věnována náležitá pozornost začlenění přírodovědné problematiky do množství rozmanitých a přitom vhodných situací. V následujících kapitolách jsou tato tři hlediska podrobně popsána.

Přírodovědné postupy Postupy rozumíme myšlenkové (a někdy i fyzické) aktivity, používané při chápání, získávání, vysvětlování a používání důkazů nebo údajů s cílem něco se dozvědět nebo něčemu porozumět. Postupy musejí být použity ve vztahu ke konkrétnímu tématu, bez obsahu nemají žádný význam. Mohou být používány ve vztahu k řadě různých témat a přírodovědnými postupy se stávají, jestliže jsou tato témata nazírána z přírodovědného hlediska a jestliže použití postupů výsledně slouží k dalšímu přírodovědnému poznání. Přírodovědnými postupy obvykle označujeme široké spektrum dovedností a porozumění nezbytných pro shromažďování a interpretaci důkazů z okolního světa a pro vyvozování odpovídajících závěrů. Postupy zaměřené na shromažďování důkazů se týkají zejména praktického zkoumání ‒ patří sem plánování a příprava experimentálních situací, provádění měření a pozorování, užívání vhodných nástrojů atd. Osvojení těchto postupů je součástí cílů přírodovědného vzdělávání ve škole, protože umožňuje žákům okusit a pochopit způsob vytváření přírodovědného chápání a v ideálním případě se tak seznámit s povahou vědeckého zkoumání a přírodovědných vědomostí. Jen málo žáků bude ve svém životě po ukončení školní docházky tyto praktické dovednosti potřebovat, budou však potřebovat chápat postupy a pojmy vyvinuté prostřednictvím praktického zkoumání. Přírodovědná gramotnost tak, jak je chápána zde, dává přednost užívání přírodovědných vědomostí pro ”vyvozování závěrů podložených důkazy” před schopností důkazy pouze shromažďovat. Schopnost najít souvislosti mezi důkazy nebo údaji na jedné straně

kniha5.indd 44

21.12.2011 19:53:14


45

a tvrzeními a závěry na druhé straně je chápána jako hlavní schopnost, kterou všichni občané potřebují k tomu, aby si vytvořili názor na různé stránky svého života, které jsou ovlivňovány přírodními vědami. Z toho plyne, že každý občan potřebuje rozpoznat, kdy je přírodovědná znalost relevantní, potřebuje rozlišovat mezi otázkami, které věda může nebo nemůže zodpovědět. Každý občan potřebuje umět posoudit, kdy je důkaz platný, a to z hlediska jak jeho významnosti, tak i způsobu, jakým byl získán. Ze všeho nejdůležitější je však skutečnost, že každý občan potřebuje umět rozpoznat vztah mezi důkazy a na nich založenými závěry a musí být schopen zvážit důkazy pro a proti určitým druhům činností, které ovlivňují život na osobní, společenské nebo globální úrovni. Výše uvedená rozlišení mohou být stručně shrnuta jako upřednostňování postupů týkajících se přírodních věd před postupy uvnitř přírodních věd. Je důležité, aby příslušné dovednosti, které jsou uvedeny na obrázku 5. 2, byly primárně chápány jako postupy týkající se přírodních věd a ne s ohledem na jejich využití uvnitř přírodních věd. Všechny postupy uvedené na obrázku 5. 2 zahrnují znalost přírodovědných pojmů. U prvních čtyř postupů je tato znalost nutná, ale sama o sobě nestačí, protože podstatná je dovednost získat a užívat přírodovědné důkazy. V pátém postupu je základním faktorem porozumění přírodovědným pojmům.

Obrázek 5. 3 Vybrané přírodovědné postupy 1.

Rozpoznání otázek, které je možno vědecky zkoumat.

2.

Určení důkazů nezbytných pro vědecké zkoumání.

3.

Vyvozování nebo hodnocení závěrů.

4.

Sdělování platných závěrů.

5.

Prokázání porozumění přírodovědným pojmům.

Rozpoznání otázek, které je možno vědecky zkoumat: Rozpoznání otázek, na které je možno odpovědět pomocí vědeckého zkoumání, může zahrnovat rozpoznání nebo formulování myšlenky, která byla (nebo mohla být) ověřena v určité dané situaci. Může také zahrnovat rozlišení mezi otázkami, které mohou být zodpovězeny vědeckým výzkumem, a těmi, které takto zodpovězeny být nemohou, nebo může zahrnovat návrh otázky, kterou by bylo možno v dané situaci vědecky zkoumat.

Určení důkazů nezbytných pro vědecké zkoumání: Určení důkazů nezbytných pro vědecké zkoumání zahrnuje rozpoznání informace, která je nezbytná k řádnému ověření dané myšlenky. To může vyžadovat například zjištění nebo rozpoznání toho, které věci by měly být porovnávány, jaké proměnné by se měly změnit nebo ověřit, jaké doplňující informace jsou potřebné nebo jaké by se měly podniknout kroky, aby se shromáždily odpovídající údaje.

kniha5.indd 45

21.12.2011 19:53:14

46


Vyvozování nebo hodnocení závěrů: Vyvozování závěrů z daných údajů nebo jejich kritické hodnocení může zahrnovat vytvoření závěru na základě daných vědeckých důkazů nebo údajů nebo výběr závěru, který nejlépe odpovídá daným údajům. Dále se může jednat o zdůvodňování nebo vyvracení daného závěru na základě poskytnutých údajů nebo o určování předpokladů, na nichž je závěr postaven.

Sdělování platných závěrů: Sdělování platných závěrů získaných z dostupných důkazů a údajů určitému publiku spočívá v předložení argumentů, které odpovídají situaci, jsou založeny na daných údajích nebo na odpovídajících doplňujících informacích a jsou vyjádřeny vhodným a pro dané publikum srozumitelným způsobem.

Prokázání porozumění přírodovědným pojmům: Prokázat porozumění přírodovědným pojmům použitím pojmů vhodných pro danou situaci znamená vysvětlit vztahy a možné příčiny daných jevů, vytvořit předpovědi týkající se účinku daných jevů nebo určit faktory ovlivňující daný výsledek s využitím vědeckých představ a/nebo vnějších informací. Všech pět výše uvedených postupů vyžaduje určité přírodovědné vědomosti. V případě prvních čtyř by se však vědomosti neměly stát hlavním „předpokladem”, protože cílem je ohodnotit myšlenkové procesy, které jsou součástí shromažďování, hodnocení a sdělování platných vědeckých důkazů. Na druhé straně v pátém postupu je zahrnuto a bude hodnoceno porozumění přírodovědným pojmům, které se takto hlavním předpokladem může stát. Je třeba zdůraznit, že pro každý z výše uvedených postupů existuje široké spektrum obtížnosti úloh, která závisí na použitých přírodovědných pojmech a na zvoleném kontextu. Výzkum OECD/PISA zajistí prostřednictvím zpětné vazby z jednotlivých zemí a z pilotního výzkumu, aby položky, které budou vybrány pro hlavní šetření, odpovídaly svou obtížností patnáctiletým žákům.

Přírodovědné pojmy Pojmy umožňují pochopit smysl nových zkušeností tak, že je spojíme s tím, co již známe. Přírodovědné pojmy jsou takové, které pomáhají pochopit různé aspekty přirozeného i člověkem utvářeného světa. Setkáváme se s nimi na mnoha různých úrovních, od biologických, fyzikálních, zeměpisných a jiných názvů, pod nimiž jsou vyučovány ve škole, až k dlouhým seznamům obecnějších pojmů, které se objevují ve školních vzdělávacích programech nebo ve standardech. Existuje mnoho způsobů, jak sdružovat přírodovědné pojmy s cílem napomoci porozumění přírodovědným aspektům okolního světa. Někdy jsou pojmy vlastně nálepkami, které označují řadu vlastností, definujících určitou skupinu

kniha5.indd 46

21.12.2011 19:53:14


47

předmětů nebo událostí („savci“, „zrychlení“, „rozpouštědlo“). Takových nálepek jsou určitě tisíce. Pojmy mohou být také vytvářeny zobecněním určitých jevů („zákony“ nebo fyzikální či chemická pravidla), jichž existují stovky. Mohou též vyjadřovat hlavní přírodovědná témata, která jsou obecně použitelná a s nimiž se snadněji pracuje při realizaci výzkumu i interpretaci jeho výsledků. Výzkum OECD/PISA užívá čtyři kritéria pro stanovení výběru přírodovědných pojmů, které mají být testovány: -

První z nich je význam pro běžné situace. Přírodovědné pojmy se liší stupněm své užitečnosti pro běžný život. Například teorie relativity sice podává přesnější popis vztahů mezi délkou, hmotností, časem a rychlostí, Newtonovy zákony lépe pomohou porozumět silám a pohybu, s nimiž se setkáváme každý den.

-

Druhým kritériem je nadčasovost. Vybrané pojmy a obsah by měly mít význam pro život během příštího desetiletí i později. Vzhledem k tomu, že šetření zaměřené na oblast přírodních věd je plánováno na rok 2006, první cyklus výzkumu OECD/ PISA se zaměří na důležité pojmy, které pravděpodobně setrvají v přírodních vědách a ve veřejné politice po řadu let.

-

Třetím kritériem výběru testovaných přírodovědných pojmů je vztah k situacím, v nichž by se měla projevovat přírodovědná gramotnost.

-

Čtvrtým kritériem je nutnost spojovat pojmy s vybranými přírodovědnými postupy, k čemuž by nedocházelo v případě pouhého vybavení si určitého pojmu či definice.

Přírodovědné situace Kromě hodnocených postupů a pojmů je třetí charakteristikou úloh, která může ovlivnit výsledky žáka, situace, v níž jsou problémy předkládány. Často také hovoříme o kontextu nebo o prostředí úlohy. Zde používáme slovo situace, abychom se vyhnuli nejasnostem způsobeným jinými významy výše uvedených slov. Je známo, že určité situace ovlivňují výsledek žáka, a je proto důležité stanovit a ověřit řadu situací, v nichž se testové úlohy mohou nacházet. Záměrem není publikovat výsledky v souvislosti s určitými situacemi. Je však třeba tyto situace identifikovat, aby se zajistilo rovnoměrné rozložení úloh do těch situací, které jsou obecně považovány za důležité, a aby toto rozložení zůstalo v jednotlivých fázích výzkumu OECD/PISA srovnatelné. Nutnost tohoto postupu prokázala pilotní šetření. Při výběru situací je důležité mít na paměti, že cílem šetření v oblasti přírodních věd je ohodnotit schopnost žáků uplatňovat vědomosti a dovednosti, které získali v průběhu povinné školní docházky. Výzkum OECD/PISA požaduje, aby byly úlohy zasazeny do situací běžného života a aby se neomezovaly jen na život ve škole. Ve školních situacích mohou být přírodovědné postupy a pojmy omezeny na laboratoř nebo třídu, v přírodovědných školních osnovách

kniha5.indd 47

21.12.2011 19:53:14

48


však stále rostou snahy aplikovat je na svět mimo školu. Situace reálného života zahrnují problémy, které nás mohou ovlivnit jako jedince (například potrava, spotřeba energie), jako členy místního společenství (např. úprava dodávek vody nebo umístění elektráren), nebo jako obyvatele světa (např. globální oteplování, snižování biologické rozmanitosti). Pro určitá témata je vhodnou situací situace historická, v níž může být hodnoceno, jak žáci porozuměli vědeckému pokroku.

Otázky Vysvětlete pojem čtenářská gramotnost. Vysvětlete pojem přírodovědná gramotnost. Definujte čtyři složky přírodovědné gramotnosti. VERZE PRO LICHÉ STRÁNKY:

5.3 Přírodovědná gramotnost i ve výzkumu PISA 2006 Porozumění přírodním vědám je jedním ze základních předpokladů pro úspěšný život mladého člověka v současné společnosti, v níž hrají technika a přírodní vědy významnou roli. Záměrem výzkumu PISA je hodnotit znalosti a dovednosti, které budou žáci skutečně potřebovat ve svém budoucím životě. Samozřejmě není potřeba, aby znali velké množství přírodovědných pojmů a poznatků. Měli by však znát základní pojmy hlavních přírodovědných oborů, a především by je měli umět používat v kontextu každodenního života. Dále by si měli být vědomi přínosu vědy a techniky a jejich významu jak pro jednotlivce, tak pro celou společnost. Je proto žádoucí, aby žáci měli o přírodní vědy zájem, aby uznávali hodnotu vědeckého výzkumu a jednali odpovědně vůči přírodním zdrojům a životnímu prostředí. V neposlední řadě by měli mít osvojeny mnohé přírodovědné dovednosti, neboť v životě často musejí vyvozovat smysluplné závěry z faktů a informací, které jsou jim poskytnuty, musejí umět posoudit nároky, které druzí vznášejí na základě předložených faktů, mají být schopni rozlišovat osobní názory od tvrzení podložených důkazy apod. Současné názory na to, jaké přírodovědné vzdělání by měla škola všem svým žákům poskytnout, proto zdůrazňují obecné porozumění důležitým pojmům, porozumění metodám získávání důkazů na podporu vědeckých tvrzení či porozumění významu vědy i jejím limitům ve skutečném světě. Mezi důležité dovednosti, jež budou mladí lidé v životě potřebovat, patří schopnost z předkládaných skutečností a informací vyvodit správné a podložené závěry, na základě předložených důkazů kriticky posoudit výroky jiných lidí a odlišit názory od tvrzení podložených důkazy. Přírodní vědy hrají v tomto ohledu zvláštní roli, protože při konfrontaci myšlenek a teorií se skutečnostmi, pozorovatelnými v okolním světě, stavějí na racionálním principu. To neznamená, že vylučují tvořivost a představivost, které vždy

kniha5.indd 48

21.12.2011 19:53:14


49

hrály ústřední roli ve vývoji lidského chápání světa. Určité myšlenky, které někdy vypadají, jako by „spadly s nebe“, byly uchopeny způsobem, který Einstein popsal jako „určitou intuici, jíž napomáhá cit pro skryté uspořádání“ (Einstein, 1933). Které myšlenky byly v určitém konkrétním období takto uchopeny, záleželo z historického hlediska na jejich tehdejší společenské přijatelnosti. Pokroky ve vědeckém poznání proto závisejí nejen na tvořivosti jednotlivců, ale také na kultuře, v níž k nim dochází. Jakmile je však už jednou učiněn tvůrčí krok a je zformulována nová teorie, musí následovat její namáhavé ověřování ve skutečném světě. Průvodce studiem ”Teorie je dobrou teorií, jestliže splňuje dva požadavky: na základě modelu, který obsahuje jen několik volitelných prvků, musí přesně popsat velký soubor pozorování a musí být schopna jednoznačně předpovědět výsledky budoucích pozorování.” (Hawking, 1988).

Teorie, které tyto požadavky nesplňují ‒ nebo které nemohou být ověřeny - nejsou vědeckými teoriemi a pro vzdělaného občana je důležité umět rozlišovat mezi těmi druhy otázek, na které může odpovědět věda, a těmi, na které odpovědět nemůže, a mezi vědou a pseudovědou.

Přírodovědné vzdělávání Současné názory na to, jaké přírodovědné vzdělání by měli ve škole získat všichni občané, zdůrazňují rozvoj obecného porozumění důležitým pojmům, porozumění metodám, pomocí kterých věda získává důkazy na podporu svých tvrzení, a pochopení silných stránek vědy i jejích omezení ve skutečném světě. Současné úvahy vysoce hodnotí schopnost aplikovat toto porozumění v reálných situacích vztahujících se k přírodovědné problematice, kdy musí být ověřena tvrzení a učiněna rozhodnutí. Například Millar a Osborne (1998) považují v moderních osnovách přírodních věd za nejdůležitější „schopnost číst a vstřebávat přírodovědné a technické informace a zhodnotit jejich význam“. Dále pokračují: „V tomto přístupu není kladen důraz na to, jak „vědecky pracovat“. Netýká se toho, jak získávat přírodovědné poznatky nebo si na ně rychle vzpomenout při závěrečné zkoušce. … V přírodních vědách by mělo být od žáků vyžadováno, aby předvedli svou schopnost zhodnotit důkazový materiál, odlišit teorii od pozorování a ohodnotit stupeň pravdivosti předložených tvrzení“ (Millar a Osborne, 1998). Takové by měly být výsledky přírodovědného vzdělávání všech žáků. U části z nich, tedy u té menšiny, ze které se v budoucnosti stanou vědci, by vzdělání mělo být rozšířeno o důkladné studium vědeckých myšlenek a o rozvoj schopnosti „vědecky pracovat“. Postupně se ukázalo, že

kniha5.indd 49

21.12.2011 19:53:15

50


podstatným výsledkem přírodovědného vzdělávání, na který by se měl výzkum OECD/ PISA zaměřit, je přírodovědná gramotnost žáků. Tento termín bývá používán v různých souvislostech. Například na Mezinárodním fóru o přírodovědné a technické gramotnosti pro všechny (UNESCO, 1993) byl tento termín pojímán různými způsoby. Uvádíme jeden z nich: „Schopnost jednat s porozuměním, sebedůvěrou a na odpovídající úrovni takovým způsobem, který vede k lepšímu ovládnutí běžného světa a světa vědeckých a technických myšlenek.“ (UNESCO, 1993). V mnoha názorech na přírodovědnou gramotnost se rovněž objevují zmínky o jejích různých úrovních. Například Bybee (1997) navrhl čtyři úrovně přírodovědné gramotnosti, z nichž nejnižší dvě jsou „nominální přírodovědná gramotnost“, tvořená znalostmi názvů a termínů, a „funkční gramotnost“, která spočívá ve schopnosti používat přírodovědnou terminologii v jistých omezených souvislostech. Tyto úrovně se zdají být příliš nízké na to, aby se staly cíli výzkumu OECD/PISA. Nejvyšší úroveň, pojmenovaná Bybeem jako „vícerozměrná přírodovědná gramotnost“, zahrnuje pochopení podstaty vědy, její historie a kulturní role a svojí náročností je vhodnější spíše pro vědeckou elitu než pro všechny občany. Možná je to právě předpoklad, že přírodovědná gramotnost vyžaduje myšlení na této specializované úrovni, který brání rozšíření jejího „přístupnějšího“ pojetí. Účelům přírodovědného rámce výzkumu OECD/PISA se nejvíce blíží třetí úroveň, kterou Bybee nazval „pojmová a procedurální přírodovědná gramotnost“. Pro výzkum OECD/PISA byla na základě již existujících popisů vytvořena následující definice přírodovědné gramotnosti.

Definice přírodovědné gramotnosti ve výzkumu PISA: Přírodovědná gramotnost je schopnost využívat přírodovědné vědomosti, klást otázky a z daných skutečností vyvozovat závěry, které vedou k porozumění světu přírody a pomáhají v rozhodování o něm a o změnách působených lidskou činností. Následující odstavce tuto definici podrobněji vysvětlují.

Přírodovědná gramotnost Je důležité zdůraznit, že v našem pojetí jsou pro přírodovědnou gramotnost podstatné nejen přírodovědné vědomosti a postupy, jimiž se tyto vědomosti rozvíjejí, ale i jejich vzájemné vazby. Jak je podrobněji uvedeno níže, postupy jsou přírodovědnými postupy pouze tehdy, jsou-li používány ve vztahu k přírodovědným tématům. Používání přírodovědných postupů tedy nutně zahrnuje určité porozumění těmto tématům. Přírodovědná gramotnost, tak jak je zde pojata, potvrzuje toto spojení mezi uvažováním o přírodovědných aspektech světa a porozuměním jim.

kniha5.indd 50

21.12.2011 19:53:15


51

…využívat přírodovědné vědomosti, klást otázky a z daných skutečností vyvozovat závěry… Ve výše uvedené definici je pojem přírodovědné vědomosti použit tak, že znamená mnohem více než pouhou znalost faktů, názvů a termínů. Zahrnuje porozumění základním přírodovědným pojmům, limitům přírodovědných vědomostí a povaze vědy jako lidské aktivity. Vztahuje se k otázkám, které mohou být zodpovězeny vědeckým zkoumáním s využitím znalostí o přírodních vědách i o vědeckých aspektech určitých témat. Vyvozením závěrů na základě důkazů je myšlena znalost a uplatnění metod výběru a vyhodnocení informací a údajů za současného rozpoznání skutečnosti, že často neexistují dostatečné informace pro vyvození konečných závěrů, a tak je nutno opatrně a svědomitě zvažovat informace, které jsou k dispozici. … které vedou k porozumění světu přírody a pomáhají v rozhodování o něm… Výraz vedoucí k porozumění a usnadňující rozhodování za prvé vyjadřuje, že porozumění přirozenému světu je hodnoceno jako cíl sám o sobě i ve spojení s nutností rozhodovat, a za druhé, že vědecké porozumění může přispět k rozhodovacímu procesu, ale zřídka kdy ho může vyřešit. V praktickém životě se rozhodnutí vždy dějí v situacích, které mají sociální, politické nebo ekonomické rozměry, a přírodovědné vědomosti jsou užívány v kontextu lidských hodnot, které mají k těmto rozměrům vztah. Tam, kde v určité situaci existuje konsenzus ohledně hodnot, může být použití vědeckého důkazu bezproblémové. Tam, kde jsou hodnoty rozdílné, bude výběr a použití vědeckých důkazů při rozhodování problematičtější.

… a o změnách, které v něm nastaly v důsledku lidské činnosti Obrat „svět přírody“ je používán jako souhrnný výraz pro fyzické prostředí, živé věci a vztahy mezi nimi. Rozhodování o „světu přírody“ v sobě nese rozhodnutí spojená s přírodními vědami ve vztahu k jedinci a jeho rodině, ke společnosti a ke globálním tématům. Změny, které nastaly v důsledku lidské činnosti, zde znamenají plánované a neplánované přizpůsobování přírody světa lidským potřebám (jednoduché a složité technologie) a jejím důsledkům. Zde je nutné poznamenat, že přírodovědná gramotnost nemá dichotomickou povahu. Ve výzkumu PISA nejsou jedinci považováni za přírodovědně gramotné nebo negramotné, ale za více nebo méně přírodovědně gramotné. Žák s méně rozvinutou přírodovědnou gramotností je například schopen si vybavit pouze jednoduché faktografické vědomosti a používat běžné přírodovědné vědomosti k vyvozování či posuzování závěrů. Žák s rozvinutou přírodovědnou gramotností je schopen vytvářet a používat koncepční modely k předpovídání a vysvětlování jevů, analyzovat vědecká zkoumání, využívat data ke zdůvodňování, posuzovat různá vysvětlení téhož jevu, přesně sdělovat své závěry apod.

kniha5.indd 51

21.12.2011 19:53:15

52


Obr. 5. 2 Jednotlivé složky přírodovědné gramotnosti ve vzájemných vztazích Vědomosti vyžaduje po lidech

jejich úroveň ovlivňují

Kontext

Kompetence

životní situace obsahující prvky přírodních věd a techniky

• rozpoznání přírodovědných otázek • vysvětlování jevů pomocí přírodních věd • používání vědeckých důkazů

• o světě přírody (vědomosti z přírodních věd) • o samotné vědě (vědomosti o přírodních vědách)

Postoje reakce na přírodovědná témata • zájem • uznání hodnoty vědeckého výzkumu • odpovědnost

Pro účely výzkumu PISA 2006 lze v již uvedené definici přírodovědné gramotnosti rozlišit čtyři vzájemně související složky: -

situace a kontext: rozpoznání životních situací, které obsahují prvky přírodních věd a techniky

-

vědomosti: porozumění světu přírody prostřednictvím přírodovědných vědomostí, mezi něž patří jak vědomosti o světě přírody, tak vědomosti o samotných přírodních vědách

-

kompetence: prokázání kompetencí, k nimž řadíme rozpoznání přírodovědných otázek, vysvětlování jevů pomocí přírodních věd a vyvozování závěrů na základě vědeckých důkazů

-

postoje: vyjádření zájmu o přírodní vědy, uznání hodnoty vědeckého výzkumu a motivace jednat odpovědně vůči přírodním zdrojům a životnímu prostředí.

Situace a kontext Důležitou součástí přírodovědné gramotnosti je využívání přírodních věd v různých situacích. Testové úlohy výzkumu PISA 2006 jsou zasazeny do situací z běžného života a neomezují se jen na typické školní úlohy. Tyto situace se vztahují -

k osobnímu životu žáka, jeho rodině či vrstevníkům (situace osobní)

-

k obci a společnosti (situace sociální)

-

k životu v celosvětovém měřítku (situace globální).

Další typ situací, vhodný pro určitá témata, jsou situace historické umožňující posoudit, jak žáci rozumějí vývoji vědeckého poznání.

kniha5.indd 52

21.12.2011 19:53:15


53

Kontext úlohy je její specifické umístění v rámci situace. Tvoří jej všechny konkrétní údaje použité při formulaci otázky. Oblastmi aplikace přírodních věd v rámci osobních, sociálních a globálních situací jsou: -

Zdraví (prevence, úrazy, výživa, přenos nemocí, správná výživa, epidemie atd.)

-

Přírodní zdroje (spotřeba materiálů a energie, kvalita života, bezpečnost, obnovitelné a neobnovitelné zdroje, přírodní systémy, populační růst atd.)

-

Životní prostředí (ekologicky uvědomělé chování, likvidace odpadů, dopady na životní prostředí, biologická rozmanitost, trvalá udržitelnost, kontrola znečištění atd.)

-

Rizika (rizika přírodní nebo způsobená lidskou činností, náhlé změny (zemětřesení, bouřlivé počasí), postupné změny (pobřežní eroze, usazování, změna klimatu atd.)

-

Hranice vědy a techniky (nové materiály, zařízení a postupy, genetické modifikace, doprava, vymírání druhů, výzkum kosmu, původ a struktura vesmíru atd.).

Jedná se o oblasti, v nichž má přírodovědná gramotnost mimořádný význam pro jednotlivce i společnost z hlediska udržení či zlepšování kvality života nebo rozvoje veřejné politiky. Hodnocení přírodovědné gramotnosti ve výzkumu PISA není hodnocením kontextů, účelem je otestovat přírodovědné kompetence, vědomosti a postoje, které si žáci osvojili do konce povinné školní docházky. Přírodovědné kompetence Hodnocení přírodovědné gramotnosti ve výzkumu PISA 2006 se přednostně zaměřuje na kompetence -

Rozpoznat přírodovědné otázky

-

Vysvětlit jevy pomocí přírodních věd

-

Používat vědecké důkazy.

Tyto kompetence vyžadují určité přírodovědné vědomosti, tedy vědomosti z přírodních věd i vědomosti o přírodních vědách jako o specifickém způsobu poznávání světa a přístupu k jeho zkoumání. Součástí kompetence rozpoznání přírodovědných otázek je rozpoznání otázek, které je v dané situaci možné zodpovědět pomocí přírodních věd, nebo určení klíčových slov, která lze použít pro vyhledání přírodovědných informací o daném tématu. Patří do ní rovněž dovednost rozpoznat podstatné rysy vědeckého výzkumu – například co se má porovnávat, které proměnné je třeba měnit a které naopak zachovat konstantní, jaké dodatečné informace jsou zapotřebí nebo jakým způsobem se mají získat potřebná data.

kniha5.indd 53

21.12.2011 19:53:15

54


Kompetenci vysvětlování jevů pomocí přírodních věd žáci prokážou tím, že v dané situaci aplikují příslušné vědomosti z přírodních věd. Tato kompetence zahrnuje popisování či interpretování jevů a předpovídání změn a může zahrnovat i rozpoznání, které popisy, vysvětlení nebo předpovědi odpovídají dané situaci. Kompetence používání vědeckých důkazů vyžaduje, aby žáci chápali, že vědecká zjištění jsou druhem důkazů, z nichž lze odvodit určité závěry. Správné odpovědi na otázky zjišťující tuto kompetenci mohou vyžadovat jisté přírodovědné vědomosti. Součástí této kompetence je získávání vědeckých informací, argumentace a vyvozování závěrů na základě vědeckých důkazů. Dále může například zahrnovat vybírání vhodného závěru z několika možností a určování předpokladů, o něž se daný závěr opírá.

Přírodovědné vědomosti Jak již bylo uvedeno, přírodovědné vědomosti zahrnují jednak vědomosti z přírodních věd (vědomosti o světě přírody), jednak vědomosti o přírodních vědách samotných. Vědomosti z přírodních věd Jelikož ve výzkumu PISA 2006 může být hodnocena jen část přírodovědných vědomostí žáků, je důležité použít při jejich výběru jasná kritéria. Cílem výzkumu je zjistit, zda žáci dovedou své vědomosti aplikovat v kontextu, který se vztahuje k jejich životu. Proto jsou hodnocené vědomosti vybírány z hlavních přírodovědných oborů (fyzika, chemie, biologie, zeměpis a technika) s tím, že by měly mít vztah ke skutečným životním situacím a měly by představovat důležité přírodovědné poznatky. Navíc by měly odpovídat vývojové úrovni patnáctiletých žáků a měly by jim být dlouhodobě užitečné. Oblasti, ze kterých jsou testované vědomosti vybírány, jsou stanoveny následovně: - neživé systémy (struktura a vlastnosti látky, chemické změny, pohyb a síla, energie a její přeměny, vzájemné působení energie a látky)

kniha5.indd 54

-

živé systémy (buňky, člověk, populace, ekosystémy, biosféra)

-

systémy Země a vesmíru (struktura systémů Země, energie a změny v systémech Země, historie Země, Země ve vesmíru)

-

technické systémy (role techniky, vztah mezi vědou a technikou, důležité principy).

21.12.2011 19:53:15


55

Vědomosti o přírodních vědách Byly definovány dvě kategorie vědomostí o přírodních vědách: -

vědecký výzkum (původ, účel, experiment, typ dat, měření, povaha výsledků)

-

vědecká vysvětlení (druhy, vytváření, pravidla, výsledky).

První kategorie vědomostí o přírodních vědách je soustředěna na vědecký výzkum jako hlavní vědecký postup a na jeho různé složky. Druhou kategorií, která má těsné vazby na první, jsou vědecká vysvětlení. Vědecká vysvětlení jsou výsledkem vědeckého výzkumu. Výzkum je možné považovat za prostředek vědeckého poznání (způsob, jak vědci získávají data) a vysvětlení za jeho cíl (způsob, jak vědci používají data).

Postoje k přírodním vědám Jedním z cílů přírodovědného vzdělávání je motivovat žáky k zájmu o přírodovědnou problematiku, k získávání přírodovědných a technických vědomostí a dovedností a k jejich využívání. Postoje a názory žáků se tak stávají součástí jejich přírodovědné gramotnosti. PISA 2006 zjišťuje žákovské postoje k přírodním vědám novým způsobem. Kromě tradičních otázek v dotazníku jsou i v samotném testu obsaženy otázky zjišťující názory a postoje žáků týkající se přírodovědné problematiky v úlohách, které řeší. Odpovědi na tyto otázky nijak nesouvisejí s úspěšností žáků v testu. Některé zde publikované testové úlohy tyto postojové otázky obsahují. Pro lepší odlišení od „skutečných“ testových otázek jsou stejně jako v originálním testu pro žáky podbarveny šedě. Výzkum přírodovědné gramotnosti PISA 2006 hodnotí postoje žáků v oblastech -

zájem o přírodní vědy,

-

uznání hodnoty vědeckého výzkumu,

-

odpovědnost vůči zdrojům a životnímu prostředí.

Tyto tři oblasti byly vybrány proto, že umožňují utvořit si obrázek o tom, jaký vztah mají žáci z různých zemí vůči přírodním vědám obecně, jaké jsou jejich specifické postoje a hodnoty a jakou cítí odpovědnost vůči přírodovědným problémům, které mají celostátní či mezinárodní dopad. SHRNUTÍ KAPITOLY V kapitole je zmíněn pojem čtenářské gramotnosti jako základu pro rozvoj ostatních gramotností u žáků. V rámci systému gramotností je vyčleněna také přírodovědná gramotnost, která je popsána čtyřmi složkami – situace a kontext, kompetence, vědomosti a postoje.

kniha5.indd 55

21.12.2011 19:53:15

Metody v přírodovědném zdělávání Prof. RNDr. ERIKA MECHLOVÁ, CSc.

kniha5.indd 57

21.12.2011 19:53:15

OBSAH 1 METODOLOGIEY PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH ................................................. 61 1.1 Co je předmětem zkoumání přírodních věd ............................................................61 1.2 Didaktický postup učitele přírodních věd ................................................................63 1.3 Příčinnost v přírodních vědách ................................................................................63 2 METODY VĚDECKÉHO POZNÁNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH.................. 68 2.1 Úvod do vědeckého poznávíní v přírodních vědách .................................................68 2.2 Metody vědeckého poznání .....................................................................................69 2.2.1 Idealizace objektů a procesů..................................................................................71 2.2.2 Formalizace ..........................................................................................................74 2.2.3 Systémový přístup ................................................................................................75 3 METODY ZÍSKÁVÁNÍ EMPIRICKÝCH POZNATKŮ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH ............................................................................... 80 3.1 Pozorování...............................................................................................................80 3.1.1 Pozorování - metoda shody...................................................................................83 3.1.2 Pozorování - metoda reprezentativního výběru .....................................................83 3.1.3 Psychické procesy při pozorování ..........................................................................83 3.2 Experiment .............................................................................................................85 3.2.1 Reálný experiment................................................................................................85 3.2.2 Myšlenkový experiment ........................................................................................87 3.2.3 Didaktický pohled na reálný a myšlenkový experiment.........................................90 3.2.4 Měření v přírodních vědách..................................................................................92 4 METODY ROZVOJE VĚDĚNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH ........................... 98 4.1 Úvod do metod rozvoje vědění v přírodních vědách ................................................98 4.2 Dedukce v přírodních vědách ..................................................................................99 4.3 Indukce v přírodních vědách .................................................................................101 4.4 Analogie v přírodních vědách ................................................................................102 4.4.1 Modelování ........................................................................................................102 4.4.2 Modely v přírodních vědách ...............................................................................104 4.4.3 Modely v přírodovědném vyučování ...................................................................105 4.5 Používání vědeckých přírodovědných metod v přírodovědném vzdělávání .............106 5 METODOLOGICKÁ ANALÝZA OBSAHU VZDĚLÁVÁNÍ PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ ............................................................... 112 5.1 Obsah vzdělávání přírodovědných předmětů .........................................................112 5.2 Prvky obsahu vzdělávání přírodovědných předmětů...............................................114 5.3 Informační model vzdělávacích procesu .................................................................115 5.3.1 Hodnocení informací žákem ..............................................................................117

kniha5.indd 58

21.12.2011 19:53:15

OBSAH

59

5.3.2 Výběr informací žákem .......................................................................................117 5.3.3 Zapamatování informací žákem ..........................................................................117 5.3.4 Transformace informací u žáka ...........................................................................118 5.3.5 Generování nových informací žákem ..................................................................119 LITERATURA...................................................................................................... 124

kniha5.indd 59

21.12.2011 19:53:15

60

kniha5.indd 60


21.12.2011 19:53:15

METODOLOGIE PŘÍRODNÍCH VĚD

1

61


V této kapitole se dozvíte: • co je předmětem zkoumání přírodních věd; • o tom, jaký by měl být postup učitele přírodních věd; • o příčinnosti v přírodních vědách; • jak navodit situaci, aby žák sám chtěl vědět, proč daný děj probíhá zrovna takto. Budete schopni: • vyjmenovat, které problémy řeší metodologie přírodních věd; • rozhodnout, které metody a formy ve vyučovací hodině budete volit častěji tak, aby žák byl aktivnější a chtěl vědět více; • ukázat na příkladech z meziplanetárních letů a letů kosmických sond, jak jsou velmi přesné předpovědi, které díky příčinnosti v přírodě může dávat i na 12 let dopředu s přesností na desítky minut. Klíčová slova této kapitoly: událost, jev, proces, stav, didaktická struktura přírodních věd, konstrukce a rekonstrukce vědění žáka, otázky žáka, příčinnost v přírodních vědách.

Vědecká disciplína metodologie přírodních věd odpovídá na následující otázky: 1. Co je předmětem zkoumání přírodních věd? 2. Jaké jsou výzkumné metody přírodních věd? 3. Jaký je proces poznávání vědeckých faktů v přírodních vědách? 4. Jaké jsou vazby přírodních věd s ostatními vědami, společenskými podmínkami, civilizací?

metodologie fyziky

Úkol k zamyšlení Odpovězte stručně na výše uvedené čtyři otázky. Odpovědi si zapište. Po prostudování kapitoly se ke svým původním názorům znovu vrátíte.

1.1 CO JE PŘEDMĚTEM ZKOUMÁNÍ PŘÍRODNÍCH VĚD Na první otázku, čím se zabývají všechny přírodní vědy, jste si určitě již sami dali odpověď. Předmětem výzkumů v přírodních vědách jsou události, jevy a procesy, které nastávají v objektivně existujícím, tj. reálném světě.

kniha5.indd 61

předmět zkoumání

21.12.2011 19:53:15

62


• •

•

Události jsou vždy lokalizovány v daném místě prostoru a nastávají v určitém čase. Jevy a procesy se odehrávají a probíhají ve stejném prostoru a čase. V prvním přiblížení mohou být považovány za změnu stavu události nebo obecně za změnu stavu těles a polí. Stav je určen soustavou okamžitých měřitelných charakteristik a vlastností, které v přírodních vědách nazýváme fyzikálními veličinami. To znamená, že přírodní vědy shromažďují informace o vědeckých faktech metodami pozorování a registrace údajů. Ale přírodním vědám nestačí pouze odpověď na otázku „Co je to?“, přírodní vědy usilují o zjištění odpovědi na otázku „Jak je to?“. Proto přírodní vědy zkoumají nejen události, jevy a pro¬cesy, ale současně intenzivně pátrají po zákonitostech, které jimi vládnou. Nechceme pouze vědět, jestli jablko padá k zemi, ale chceme se dovědět „Proč padá? Jak padá?“. Zajímají nás objektivní vztahy mezi událostmi, jevy a procesy. Všechny přírodní vědy usilují o odhalení zákonů přírody.

Znalost zákonů přírody nám nedává pouze intelektuální uspokojení. Když známe zákon, podle kterého jedna fyzikální veličina závisí na jiných (např. druhý Newtonův pohybový zákon udává, jak zrychlení tělesa závisí na hmotnosti tělesa a na síle, která na dané těleso působí), potom současně můžeme předvídat se spolehlivým přiblížením hodnotu fyzikální veličiny za určitých podmínek. Možnost předvídání jevů a procesů rozhoduje o užitečnosti přírodních věd pro život člověka i společnosti. Ale chceme nejen odpověď na otázky „Co je to?“, „Jak je to?“, dráždí nás také problém „Proč je to tak, jak to je?“. Popsání přírody, to není pouze registrace faktů a vztahů mezi nimi, ale také, a možná především, uvedení příčinných objasnění těchto událostí, jevů a procesů a také uvedení zákonů, kterými se události, jevy a procesy řídí, které jsou již člověku známy. Konkrétně chceme nejen vědět, z čeho je složena Sluneční soustava, jak se pohybují jednotlivé planety a jaké síly mezi nimi působí, ale také chceme vypátrat, proč zrovna takovou strukturu má Sluneční soustava, proč například planeta ve vzdálenosti R od Slunce oběhne kolem Slunce právě za dobu oběhu T. Odpovědi na otázku „Proč?“ jsou mnohem těžší. Již nyní vás asi napadlo, že mezi velkým počtem odhalených a zformulovaných zákonů přírody existují základní zákony, které dovolují zdůvodnit a vysvětlit ostatní speciální zákony. Hledání těchto základních zákonů přírody, které vysvětlují jiné speciální zákony přírody, je hlavním předmětem zkoumání přírody. Například z Newtonova gravitačního zákona se dá doká¬zat, že trajektorií tělesa, na které působí gravitační síla centrálního tělesa, může být pouze jedna z kuželoseček: kružnice, elipsa, parabola nebo hyperbola.

kniha5.indd 62

21.12.2011 19:53:15


63

1.2 DIDAKTICKÝ POSTUP UČITELE PŘÍRODNÍCH VĚD Z uvedeného hlediska bude velmi cenný takový didaktický postup učitele přírodních věd, při němž žákovi pomůže nalézt odpovědi nejen na otázky „Jaká fakta vystupují v přírodě?“, „Jak vzájemně souvisejí jevy nebo procesy?“, ale také podle poznávacích schopností a možností žáka učitel žákovi pomůže hledat odpovědi na otázky, které začínají „Proč…?“. To se stane tehdy, když učitel přírodních věd naučí žáka pozorovat logické vazby mezi zákony, hodnotit, který zákon je univerzálnější a které zákony z něj vyplývají. To znamená, když učitel bude klást důraz na didaktickou strukturu přírodních věd jako vyučovacích předmětů. Nesmí při tom zapomenout, že při strukturování žákova systému přírodovědných vědomostí hrají kritickou roli i emoce žáka, kromě myšlenkových postupů žáka. Přírodovědné vědění je něco, co si vytváří každý žák sám, nelze je přijmout hotové zvnějšku. Žák musí být ochoten vybírat z informací, které jsou mu předkládány, a konstruovat, případně rekonstruovat své přírodovědné vědění. Žák konstruuje svůj obraz světa a je za vlastní učení zodpovědný.

didaktická struktura

Proto je vhodné užívat tako¬vých příkladů ve výuce, které by otřásly dosavadními představami žáka, například klást otázky typu: „Co by se stalo, kdyby daný zákon neplatil?“ Aby žák byl ochoten konstrukce, či rekonstrukce svých představ, je nutno změnit vyučovací metody v přírodních vědách tak, aby nové pojmy žák sám „objevoval“ a pojmy byly zaváděny tak, aby navazovaly na dosavadní pojmové konstrukce žáka, které ovšem učitel musí nejdříve poznat. Současně by měl učitel navodit takovou atmosféru, aby žák se mohl a chtěl ptát a tím zpřesňovat svůj obraz světa; řečeno jinými slovy, učitel přírodovědných předmětů by měl vymezovat „čas na otázky žáků“.

1.3 PŘÍČINNOST V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH Mezi přírodní vědy patří fyzika, chemie, biologie, fyzická geografie, astronomie a mnoho dalších věd, které vznikají kombinací uvedených přírodních věd, například fyzikální chemie, biofyzika apod. V historii přírodních věd, když byla pouze jedna věda – věda o přírodě – jako první se oddělila astronomie, potom fyzika a až později další přírodní vědy. Proto fyzika zasáhla a zasahuje do mnoha oblastí lidské činnosti a přesností svých odpovědí a výsledků dosáhla vý¬sadního postavení mezi ostatními vědami. Uvedeme z této oblasti několik konkrétních příkladů.

příčinnost

Nejstarší a nejpropracovanější fyzikální teorií je mechanika. Tvůrce klasické mechaniky Isaac Newton (1643 – 1727) zobecnil poznatky svých předchůdců a shrnul základní principy mechaniky do tří pohybových zá¬konů a slavného gravitačního zákona. Další

kniha5.indd 63

21.12.2011 19:53:15

64


následovníci, především Joseph Louis Lagrange (1736 – 1813) a William Rowan Hamilton (1805 – 1865) přepsali Newtonovy pohybové zákony do tak obecného tvaru, který je pro svou krásu a jednoduchost dodnes vzorem a ideálem všech fyzikálních teorií. V klasické fyzice mluvíme o tzv. deterministické příčinnosti. Když zadáme nebo zjistíme polohu a rychlost tělesa v nějakém okamžiku to, můžeme podle zákonů mechaniky úplně přesně a jednoznačně předpovědět jeho polohu a rychlost v libovolném budoucím čase t, případně s jistotou rekonstruovat jeho polohu a rychlost v libovolném minulém čase. Toto krédo klasické mechaniky shrnul Pierre Simon Laplace (1749 – 1827) do svého slavného výroku: „Zadejte mi v jediném okamžiku polohy a rychlosti všech částic ve vesmíru, potom určíme minulost a předpovíme budoucnost vesmíru.“ Tento zdánlivě bombastický Laplaceův výrok měl a má svoje opodstatnění v obrovských úspěších klasické me¬chaniky. V dnešní době v balistice se ze znalosti počáteční polohy a počáteční rychlosti střely dá přesně vypočítat místo dopadu (zásah) střely. Existují počítačové programy, které jsou schopny ze znalosti zeměpisných souřadnic místa na Zemi, výšky daného místa, rychlosti větru a směru větru zajistit to, aby střela zasáhla požadovaný cíl.

kniha5.indd 64

1. příklad z praxe Newtonova mechanika však slavila své největší vědecké triumfy při studiu pohybů planet. Z Newtonových pohybových rovnic se dají vypočítat polohy a rychlosti kosmických těles, předpovědět zatmění a podobné jevy. Pohyb každé planety ve Sluneční soustavě je určen gravitačním působením Slunce a ostatních těles. Samozřejmě, že do výpočtů byla zahrnuta pouze působení známých již těles v dané době; případná neznámá tě¬lesa působící na danou planetu vytvoří odchylky mezi vypočítanou a pozorovanou trajektorií planety. A skutečně v první polovině 19. století byla zpozorována odchylka planety Uran (byla objevena 1781) od předem vypočí¬tané trajektorie. Při kladení otázky „Proč?“ byla možná dvě vysvětlení: buď neplatí Newtonovy pohybové zákony, nebo příčinou rozdílu je nové, neznámé těleso ve Sluneční soustavě, které působí na planetu Uran a tím mění její trajektorii. Z odchylek dráhy Uranu francouzský matematik a astronom Urbain Jean Leverrier (1811 – 1877) vypočítal polohu a další údaje neznámé planety. V dopise, který napsal 18. září 1846, oznamuje německému astronomovi J. G. Gallemu vypočítané souřadnice (polohu), na nichž by se měla nová planeta nacházet. Joseph Gottfried Galle (1812 – 1901) skutečně 23. září 1846 na daném místě našel těleso již následující noci, které, jak se uká¬zalo, mělo vlastní pohyb a bylo tedy neznámou planetou vypočítanou Leverrierem. Nová planeta sluneční soustavy dostala jméno Neptun. Když po nějaké době Leverrier navštívil Galleho v Berlíně, hvězdář ho ihned pozval k da-

21.12.2011 19:53:15


65

lekohledu, aby se na vlastní oči přesvědčil, že nová planeta skutečně existuje a je na vypočítaném místě. Leverrier to odmítl s poznámkou, že o tom nikdy nepochyboval, že nepotřebuje se o tomto přesvědčovat tímto způsobem. Objev Neptuna je jedním z největších triumfů lidského ducha v 19. století. Ze spojení matematických rovnic a teoretických úvah vyplynul krásný výsledek, potvrzení toho, že lidský duch může vniknout i do nejhlubších tajemství přírody. Newtonova mechanika tak slavila své největší vědecké triumfy při studiu pohybů planet. 2. příklad z praxe Podobná situace se opakovala za 84 roky. Z nepatrných rozdílů mezi vypočítanou a pozorovanou dráhou planety Neptun byla vypočítána nová planeta Pluto, kterou 12. března 1930 na označeném místě objevili.

Úkol: Zjistěte, zda i dnes jsou za planety považovány všechny uvedené planety, tj. Uran, Neptun a Pluto. V případě, že některá již není považována za planetu, uveďte příčinu. 3. příklad z praxe Dnes v éře kosmonautiky máme dost nových důkazů o vysoké přesnosti Newtonových zákonů. Můžeme zařídit, aby kosmická sonda po několikaletém putování dorazila v přesně určený čas k danému kosmickému tělesu a vyslala odtamtud požadované údaje. Nebo je možno přesně vypočítat okamžik a místo setkání rakety vypuštěné ze Země s orbitální stanicí Země, ale také místo přistání rakety při zpětném letu na Zem.

Nádherným příkladem z oblasti kosmických letů je sonda Voyager, která putovala 12 let k Neptunu, přičemž její trajektorie byla značně komplikovaná. Sonda oblétávala několik planet Sluneční soustavy, čili využívala gravitačního působení těchto planet ke svému zrychlení, až po 12 letech a několika dnech doletěla k vzdálené, tehdy předposlední planetě naší Sluneční soustavy. Výpočet byl tak přesný, navedení na dráhu bylo tak dokonalé, že sonda dospěla s přesností několika málo sekund k tomuto svému cíli (listopad 1989) a podala v uvedené době informaci na Zemi. To je zatím největší triumf nebeské mechaniky. Nemenším triumfem bylo i vysílání televizních signálů z této sondy směrem na Zem. Zde se jedná o teorii elektromagnetického pole nebo přesněji o teorii šíření elektromagnetických signálů. Známe-li počáteční hodnoty určitého radiového signálu a směr jeho vysílání, můžeme přesně předpovídat, s jakou intenzitou dospěje na libovolné místo. Ze sondy Voyager ve vzdálenosti Neptunu se naše planeta Země jeví jako zcela nepatrný bod ve vesmíru. Použitý anténní systém musel být tak dokonale propočítán a tak dokonale sestrojen, aby jeho signál směřoval pouze na Zem. Televizní vysílač na sondě byl poměrně

kniha5.indd 65

21.12.2011 19:53:15

66


málo výkonný, jeho malý výkon byl podmíněn problémy s elektrickou energií na palubě sondy. Televizní vysílač na uvedené sondě Voyager měl výkon asi 20 W, a proto bylo třeba veškerý uvedený výkon vysílače nasměrovat tak, aby našel Zemi a nejen Zemi, ale aby našel a dopadl na jedno z míst tří středisek pro přijímání těchto kosmických signálů. Jedno bylo v Goldstone v USA, druhé bylo v australské Canbeře a třetí, rezervní, ve Španělsku nedaleko Madridu. Uvažme, že televizní signál z uvedené sondy putoval stejně, jako světlo z Neptunu více než čtyři hodiny. A zachytit tento signál 20 W vysílačky je totéž, jako kdybychom měli pozorovat nebo zachytit signál 20 W žárovky na tuto vzdálenost.

SHRNUTÍ KAPITOLY Vědecká teorie metodologie přírodních věd se zabývá následujícími otázkami: - Co je předmětem zkoumání přírodních věd? - Jaké jsou výzkumné metody přírodních věd? - Jaký je proces poznávání vědeckých faktů v přírodních vědách? - Jaké jsou vazby přírodních věd s ostatními vědami, společenskými podmínkami, civilizací? Didaktický postup učitele přírodovědných předmětů by měl pomoci žákovi nalézt odpovědi na následující otázky: - Jaká fakta mohu pozorovat v přírodě? - Jak vzájemně souvisejí jevy a procesy? - Proč je to tak, jak to je? Učitel by měl pomoci žákovi vytvořit didaktickou strukturu přírodních věd. Nesmí při tom zapomenout, že při strukturování žákova systému přírodovědných vědomostí hrají kritickou roli i emoce žáka. Přírodovědné vědění je něco, co si vytváří každý žák sám, nelze je přijmout hotové zvnějšku. Žák musí být ochoten vybírat z informací, které jsou mu předkládány, a konstruovat, případně rekonstruovat své přírodovědné vědění. Žák konstruuje svůj vlastní přírodovědný obraz světa a je za vlastní učení zodpovědný. A odpověď na otázku „Co jsou přírodní vědy?“ Přírodní vědy zkoumají události, jevy a procesy, které existují mimo myšlení člověka a nezávisí na něm. Snaží se odhalit a zformulovat základní zákony tak, aby na jejich základě bylo možno předpovídat a odhalovat nové oblasti a také využívat a používat teoretických vědomostí v souladu s potřebami celé civilizace.

kniha5.indd 66

21.12.2011 19:53:15


Otázky 1. Co je předmětem zkoumání v přírodních vědách? 2. Jaké jsou výzkumné metody přírodních věd? 3. Jaký je proces poznávání vědeckých faktů v přírodních vědách? 4. Jaké jsou vazby přírodních věd s ostatními vědami, společenskými podmínkami, s civilizací? 5. Jakými hlavními problémy se zabývá metodologie přírodních věd? 6. Uveďte, jaký by měl být konkrétní didaktický postup učitele fyziky, aby respektoval metodologii fyziky. 7. Uveďte některé triumfy přírodovědného poznání světa, které jsou založeny na klasické Newtonově mechanice (neza¬pomeňte na dnešní dobu).

Korespondenční úkoly Pište jasně, stručně, výstižně. Maximální délka 2 strany.

67

KÚ 1 Vraťte se k otázkám v úvodu kapitoly, na které jste měl/a napsat stručné písemné odpovědi. Odpovězte písemně nyní. U každé odpovědi uveďte, jak se Vaše odpověď změnila ve srovnání s odpovědí před prostudováním kapitoly. Průvodce studiem Prosím, buďte tak laskav/a, napište pravdu, zda jste se vůbec nad otázkami na začátku kapitoly zamyslel/a. Nevymýšlejte to, co jste si mohl/a myslet. Současně zde testuji psychologii. Člověk, který chce něco hlouběji pochopit, měl by začít tím, jaký názor má na začátku. Názor totiž můžete změnit díky poznání. Jeden významný člověk totiž řekl, že jen …nemění své názory. Víte, kdo to byl? Víte, co znamenají tečky? A nyní znovu opakuji otázky z úvodu kapitoly. Doufám, že v korespondenčním úkolu na ně výstižně a krátce odpovíte. Těším se na Vaše odpovědi.

kniha5.indd 67

21.12.2011 19:53:15

68


2 METODY VĚDECKÉHO POZNÁNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH V této kapitole se dozvíte: • o metodách vědeckého poznání v přírodních vědách; • o idealizaci objektů a procesů; • o formalizaci; • o systémovém přístupu; • o používání metod vědeckého poznání v přírodovědném vzdělávání. Budete schopni: • vybrat a optimalizovat metody vědeckého poznání ve vzdělávacím procesu fyziky; • provést rozfázovanou idealizaci objektů a procesů tak, aby žáci tuto idealizaci nezaměňovali s reálným objektem a procesem; • používat správně formalizaci ve vzdělávacím procesu při tvorbě matematického modelu. Klíčová slova této kapitoly: badatelské metody, idealizace objektů a procesů, formalizace, systémový přístup.

vědecké poznání

2.1 ÚVOD DO VĚDECKÉHO POZNÁNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH Vědecké poznání je specifickou formou poznání, kterou se snažíme pochopit podstatu jevů a věcí, které nás obklopují, a nalézt zákonitost vývoje v nejrůznějších oblastech. Základním úkolem vědeckého poznání je odhalovat podstatné, obecné a zákonité v jevech. Začneme od nejjednodušších forem poznání. Základními formami smyslového poznání jsou počitek, vjem a představa. Základními formami racionálního poznání jsou pojem, soud a úsudek. Později se uvedenými formami budeme hlouběji zabývat v rámci přírodních věd. Základní formy poznání jsou všem přírodním vědám společné. Do obsahu přírodních věd patří nejen vědecká fakta, ale také metody, jimiž se přírodovědci k těmto faktům dopracovávají. Budeme je tedy nazývat metody vědeckého poznání v přírodních vědách nebo badatelské metody přírodních věd. Základní formy poznání jsou všem přírodním vědám společné. Mezi metody vědeckého poznání v přírodních vědách patří idealizace objektů a procesů, formalizace, systémový přístup. Dále jsou to metody získávání em-

kniha5.indd 68

21.12.2011 19:53:15

METODY VĚDECKÉHO POZNÁNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH

69

pirických poznatků, do kterých řadíme pozorování a experiment, a to jak reálný experiment, tak i myšlenkový experiment. Třetí skupinou jsou metody rozvoje vědění, a to dedukce, indukce a analogie, která úzce souvisí s modelováním. Uvedené metody používají elementární postupy, jako je analýza, syntéza, abstrakce a konkretizace, srovnání. Úkol k textu Prolistujte jednu učebnici některého přírodovědného předmětu. a) Na list papíru zaznamenávejte metody, o nichž se domníváte, že jsou badatelské. Čárkami zaznamenávejte, kolikrát se v učebnici vyskytly. b) Určete, které badatelské metody jsou v dané učebnici zastoupeny nejčastěji.

Průvodce studiem V další části postupně budou uvedeny jednotlivé metody vědeckého poznání, metody získávání empirických poznatků a metody rozvoje vědění. Začněme tím nejjednodušším, tj. tím, z jakých elementárních postupů se tyto metody skládají. S těmito jednoduchými postupy, jako je analýza, syntéza, abstrakce a konkretizace, by měli žáci začít. Zde je nutno si uvědomit, co je cílem uvedených jednoduchých postupů. Často se totiž uvedené termíny používají, ale když je žádáno, aby daný postup byl realizován v konkrétní situaci, „člověk neví, co se po něm chce a čím začít“. Myslím, že Vy toto budete dobře ovládat a ve svém životě mnohokrát použijete, nejen ve vzdělávání přírodních věd.

2.2 METODY VĚDECKÉHO POZNÁNÍ Metody vědeckého poznání jsou různě složité systémy elementárních postupů, jako je analýza, syntéza, abstrakce a konkretizace. Tyto metody slouží k předběžnému myšlenkovému zpracování zkoumaných objektů či procesů, k získání primárního empirického vědění, k dalšímu rozvoji získaného vědění. Nejdříve si objasníme elementární postupy analýzy, syntézy, abstrakce a konkretizace. A n a l ý z u můžeme charakterizovat jako myšlenkové rozložení předmětu, jevu nebo události, kterými se zabýváme, na jednotlivé části, z nichž jsou složeny. Je nutno si vždy přesně stanovit cíl a hranice tohoto myšlen¬kového rozložení daného jevu. Velký význam má analýza při odhalení struktury jevu. Je třeba si uvědomit, že žádný jev nelze beze zbytku vysvětlit tím, že jej rozložíme na jednotlivé části. Jev, celek, je vždy něčím kvalita¬tivně vyšším, než pouhým souhrnem svých částí. Cílem analýzy je přispět k odhalení a pochopení podstaty zkoumaného jevu.

kniha5.indd 69

analýza

21.12.2011 19:53:15

70


syntéza

S y n t é z a je myšlenkovým sjednocením jednotlivých částí, které jsme získali analýzou. V tomto smyslu syntéza předpokládá analýzu. Při syntéze sledujeme hlavně celkovou a vzájemnou souvislost mezi jednotlivými složkami jevu, syntéza přispívá k pochopení jevu jako celku. Pomáhá odhalovat vnitřní zákonitosti jeho fungování a jeho vývoje. Analýza a syntéza jsou základními prostředky lidského myšlení a zachycení vývoje věci.

abstrakce

Přejdeme k abstrakci. Každá zkoumaná věc, jev nebo proces je komplexem mnoha různých vlastností a vztahů. Proto, aby byl proces poznání efektivní, abychom se vyhnuli chaotičnosti, soustřeďujeme v určitém stadiu poznání pozornost na některou stránku daného jevu a abstrahujeme od řady jeho dalších stránek a vlastností. A b s t r a k c e je myšlenkové vyčlenění vlastnosti nebo stránky z daného předmětu, přičemž se neberou v úvahu jiné souvislosti. Může to být také myšlenkové vyčlenění libovolného vztahu mezi předměty. Při každé abstrakci je vyabstrahovaný pojem výtvorem našeho vědomí a jako takový existuje pouze v něm. Abstrahujeme-li např. při formulaci vztahu pro volný pád od odporu prostředí, je zřejmé, že odpor prostředí nerušíme, pouze s ním v tomto případě nepočítáme, abychom mohli zformulovat obecný vztah. Termínu k o n k r é t n í se velmi často užívá jako protikladu k termínu abstraktní. V tomto případě, kdy termín použijeme jako protiklad k abstrakci, rozumíme termínem abstrakce jednostranný, neúplný odraz objektu v našem vědomí. Konkrétní poznání je odrazem reálné vzájemné souvislosti prvků jako celku. V tomto případě je výsledkem vědeckého zkoumání konkrétní – je odrazem skutečnosti. Konkrétní je východiskem poznání, je dané smyslově, je bezprostředním smyslovým odrazem objektivní reality. Konkrétní, které relativně završuje cyklus získávání poznatků, je již výsledkem teoretického poznání.

kniha5.indd 70

Úkoly k textu 1. Ze kterých elementárních postupů jsou složeny metody vědeckého poznání? 2. Vysvětlete, co chápete pod pojmem analýza. Co je cílem analýzy? Uveďte na příkladu některé z přírodních věd. 3. Vysvětlete, co chápete pod pojmem syntéza. Co je cílem syntézy? Uveďte na příkladu některé z přírodních věd. 4. Jaký je vztah mezi analýzou a syntézou? Uveďte na příkladu některé z přírodních věd..

21.12.2011 19:53:15


71

5. Vysvětlete, co chápete pod pojmem abstrakce. Co je cílem abstrakce. Kdy nejčastěji používáte abstrakci ve vzdělávacím procesu? Uveďte na příkladu některé z přírodních věd. 6. Vysvětlete možné tři významy pojmu „konkrétní“: - konkrétní jako protiklad k abstraktnímu, - konkrétní jako východisko poznání, - konkrétní jako završení cyklu teoretického poznání.

2.2.1 Idealizace objektů a procesů Nejjednodušší metodou vědeckého zkoumání je idealizace. Při idealizaci reálný objekt je zaměňován idealizovaným objektem za účelem snazšího poznání a formulování zákonitostí v jednodušší formě. Idealizaci lze vyložit jako určitou kombinaci elementárních postupů zkoumání – abstrakce a syntézy. a) Na jedné straně abstrahujeme v procesu idealizace od některých vlastností reálných objektů a procesů a b) na druhé straně přisuzujeme ideálnímu objektu nebo procesu takové vlastnosti, které reálný objekt či proces nemá. Idealizace hraje důležitou úlohu v poznání, umožňuje formulovat vědecké zákony, vytvářet abstraktní schémata reálných objektů a procesů a touto cestou přispívat k hlubšímu pochopení skutečnosti. Idealizace se užívá také při modelování. Ideální objekty vědy lze za určitých podmínek vykládat v termínech existujících reálných objektů. Vědeckou hodnotu má idealizace pouze v tom případě, je-li idealizovaný objekt obdobou reálných objektů. Potom zákonitosti, formulované pro tento idealizovaný objekt, můžeme přenést i na reálné objekty. Získáváme tak relativně pravdivý obraz reality. V některých případech takový přibližný obraz pro praktické účely zcela posta¬čuje.

Průvodce studiem Myslím, že bylo dosti teoretizování. Vhodnější budou praktické příklady, které určitě znáte. Zkuste si je osvěžit. Sledujte přitom, jak je idealizace prováděna, tj., které vlastnosti ideální objekt nemá ve srovnání s reálným objektem, které vlastnosti má ideální objekt navíc ve srovnání s reálným objektem a hlavně proč byl ideální objekt s uve-

kniha5.indd 71

21.12.2011 19:53:15

72


denými vlastnostmi vytvořen – jak může být dále používán při vyvozování zákonitostí, zákonů a dokonce teorie? V úvodu každého příkladu je uvedena definice z Výkladového slovníku vysokoškolské fyziky. Potom jsou citována zavedení daného idealizovaného pojmu v různých učebnicích. Vyberte z nich to, které se nejvíce blíží definici ideálního objektu. Sledujte, zda je uvedeno, kdy navrženou idealizaci můžeme použít v praxi.

Příklady idealizace ve fyzice: Jako konkrétní příklady idealizace objektů a procesů ve fyzice můžeme uvést hmotný bod, tuhé těleso, ideální kapalinu, monofrekvenční světlo, černé těleso, ustálené proudění ideální kapaliny, ideální plyn, atd. Zastavíme se u těchto pojmů poněkud déle a pro porovnání uvedeme jejich zavedení v některých učebnicích fyziky pro gymnázia a některých i ve vysokoškolských učebnicích. Nebudeme uvádět citace učebnic. V závěru budou uvedeny úkoly, při nichž použijete dalšího textu.

kniha5.indd 72

Příklady: Hmotný bod Definice: Hmotný bod je těleso o určité hmotnosti, jehož rozměry zanedbáváme vzhledem k ostatním vzdálenostem, jeho pohyb lze popsat pouhou translací. Žák se s tímto pojmem poprvé setkává na střední škole. Je třeba, aby si správně uvědomil podstatu idealizace. Hmotný bod pro něho nesmí být žádným zvláštním druhem geometrického bodu, ale musí jej chápat jako ideální fyzikální těleso, jehož rozměry je možno zanedbat vzhledem k ostatním vzdálenostem, a jeho pohyb lze charakterizovat pohybem jeho kteréhokoliv bodu (například hmotného středu). Potom se nebude dívat na hmotný bod jako na něco, „čemu ve skutečnosti nic neodpovídá“, ani nebude užívat tohoto pojmu tam, kde je důležité uvažo¬vat vliv rotačního pohybu tělesa apod. Dále jsou uvedeny citace z některých učebnic. a) V učebnici pro gymnázia bylo uvedeno: „…Pro zjednodušení úvah o mechanickém po¬hybu považujeme často tělesa za body. Například při sledování pohybu umělé družice Země je výhodné znázornit družici jako bod pohybující se kolem Země. Jestliže rozměry tělesa jsou v poměru k ostatním rozmě¬rům (rozměry družice vzhledem k dráze družice kolem Země apod.) velmi malé, zanedbáváme je a těleso nahrazujeme bodem. Přitom však často nemůžeme zanedbat hmotnost tělesa, a proto zavádíme pojem hmotný bod. S podobným zjednodušením se ve fyzice setkáme častěji. Skutečné těleso nahrazujeme jeho myšlenkovým modelem, u kterého jsou zachovány jen ty vlastnosti, které jsou důležité pro popis daného fyzikálního děje, kdežto ostatní vlastnosti objektu jsou zanedbány (abstrahovány). Hmotný bod je tedy modelem

21.12.2011 19:53:15


73

tělesa, u něhož je zachována hmotnost původního tělesa, avšak jeho rozměry jsou zanedbány.“ b) Ve vysokoškolské učebnici mechaniky bylo uvedeno: „Hmotným bodem nazýváme těleso s nekonečně malými geometrickými rozměry, avšak s nenulovou hmotností. Poněvadž hmotný bod je podle definice bezrozměrným útvarem, nelze mluvit ani o jeho otáčení, ani o změně tvaru (deformaci), nýbrž jenom o jeho pohybu podél nějaké křivky. Tento na první pohled velice umělý pojem hmotného bodu je mimo¬řádně užitečným pojmem pro teoretickou výstavbu mechaniky. Jeho abstraktnost je však pouze zdánlivá. Různá tělesa se skládají z velkého počtu atomů (o rozměrech řádově 10-10 m), jež samy sestávají z elektronů, protonů a neutronů, jejichž rozměry (řádově 1015 m) jsou velmi malé vzhledem k rozměrům makroskopických těles, ale i k rozměrům atomů. Reálná tělesa tak můžeme zobrazit jako soustavu hmotných bodů. Později uvi¬díme, že postupný (translační) pohyb tělesa lze zobrazit pohybem hmotného bodu (hmotného středu, těžiště), v němž je soustředěna veškerá hmotnost tělesa. POZNÁMKA: Ustálený (a normou předepsaný) termín hmotný bod není v mechanice nejvhodnější. V mechanice se u tohoto objektu jedná pouze o jeho hmotnost zkoncentrovanou do bodu, proto by bylo vhodnější mluvit o bodové hmotnosti obdobně, jako se v elektrodynamice mluví o bodovém náboji.“ Idealizace ve vyučování přírodním vědám Idealizace přírodovědné reality je nezbytným stupněm jak při jejím poznávání ve vědeckém zkoumání, tak i ve vzdělávacím procese. Při školním vyučování je vědecká idealizace často ještě dále zjednodušována, takže vytváříme idealizovaný obraz reality, kdy přírodovědné vztahy a závislosti mají velmi jednoduchou a snadno pochopitelnou stavbu. Většinou se jedná o lineární vztahy. Idealizace je tím větší, čím elementárnější je stupeň výuky.

idealizace ve vyučování fyzice

Idealizace přírodovědné reality umožní vytvořit takovou situaci, kterou je žák schopen matematicky popsat nebo alespoň je schopen tomuto postupu matematizace porozumět. Proto mají například pro výuku fyziky tak velký význam tuhá tělesa, ideální kapaliny a plyny, stejnorodá prostředí, ideálně homogenní pole, stacionární děje, rovnovážné stavy, konzervativní systémy, rovnoměrně probíhající změny atd. Z hlediska správného porozumění přírodovědným událostem, jevům a procesům je důležité, aby žák pochopil, že provádí-li se například idealizace přírodovědného procesu, nedopouštíme se něčeho nesprávného a nedovoleného, ale že idealizace umožňuje hlubší poznání. Je při tom důležité správně odhadovat stupeň provedených zjednodušení. Zde hlavním kritériem je praxe. Jestliže závěry a důsledky takové idealizace jsou alespoň v určité oblasti potvrzeny praxí, potom je tato idealizace správná a jsou tím i určeny meze její platnosti.

kniha5.indd 73

21.12.2011 19:53:15

74


Žák si často neuvědomuje, že pracuje s ideálními objekty a procesy a je překvapen, když fyzikální realita je jiná, než jak se tomu naučil. Žák pracuje například ve fyzice s ideálními modely reality, např. - pracuje s pákami, které jsou ideálně tuhé a otáčejí se bez jakéhokoliv tření a obvykle jsou i nehmotné; - pracuje s ideálními měřidly, která udávají okamžitě správnou hodnotu měřené veličiny, nemají žádnou spotřebu energie, nezasahují do měřeného procesu; - konstruuje ideální optické obrazy, s ideálními tenkými čočkami apod. Žák by měl být veden k tomu, aby si uvědomil, že přechází-li od ideálního přístroje k přírodovědné realitě, je mezi ideálním přístrojem a reálným přístrojem rozdíl. Například zapojuje-li proměnný odpor ze schématu prostřednictvím rezistoru, nestačí pouze znát velikost odporu, ale také musí brát v úvahu údaj o maximálním proudu nebo výkonu daného rezistoru, aby jej nespálil. Poznávací a didaktická hodnota idealizací je často znehodnocena tím, že žák si nemůže jasně uvědomit, kdy pracuje s určitou idealizací a kde naopak pracuje se skutečnou přírodovědnou realitou, za kterých podmínek je idealizace provedena a kde jsou tedy meze její upotřebitelnosti.

2.2.2 Formalizace Poněkud složitější metodou vědeckého poznání je formalizace. Její podstata spočívá v tom, že forma vystupuje jako zvláštní objekt poznání nezávisle na obsahu. Jedná se o kombinaci dvou metod poznání – srovnání a abstrakce. Nejdříve se různé objekty navzájem porovnávají a určují se mezi nimi vztahy. Potom se tyto abstrahované vztahy zkoumají jako samostatný objekt. formalizace

Prakticky se jedná o matematizaci vztahů mezi objekty nebo mezi jejich vlastnostmi a tím se buduje matematický objekt. Potom je studován určitý typ matematických vztahů nezávisle na podstatě příslušných jevů. Jednu z prvních formalizací do přírodních věd, do fyziky, zavedl již Isaac Newton při definování okamžité rychlosti

= =

Prakticky se jedná o derivaci dráhy podle času. V současné době mají dominantní postavení matematické metody ve všech přírodních vědách. Pomocí matematických metod, čili pomocí formalizace, se přírodní vědy stávají stále přesnější. Metoda formalizace se často nazývá strukturální metodou, protože souhrn matemati-

kniha5.indd 74

21.12.2011 19:53:15


75

zovaných vztahů tvoří strukturu. Předností strukturální metody je to, že vztahy se často zkoumají mnohem snadněji než složky vztahů (tj. přeměny vzájemně spojené s těmito vztahy), dále to, že typů vztahů může být mnohem méně než typů složek vztahů.

2.2.3 Systémový přístup Při zkoumání vždy objevíme vztah, v němž bude určitý souhrn objektů tvořit jistý systém. Tím je určen universální charakter metody poznání objektů jako systémů. Systémový přístup umožňuje použít zákonitostí systémů pro jakékoli systémy, tj. pro různé konkrétní objekty. Každý systém je tvořen prvky, mezi kterými existují vazby. Systém obklopuje okolí systému. Systém interaguje s okolím prostřednictvím vstupu a výstupu. Chování systému: Když na vstup systému přijde z okolí nějaký podnět, objeví se na výstupu systému nějaká reakce systému. Z toho, jaké reakce (odezvy) dává systém na různé podněty, je možno vyvodit strukturu systému, tj. různé druhy vazeb mezi prvky uvnitř systému. To je právě jedna z vědeckých metod zkoumání objektů, do jejichž vnitřní struktury se přírodní vědy nemohou dostat z různých příčin. Můžeme připomenout z historie zkoumání struktury atomu a postupně vznikající modely atomu. Pojetí objektů jako systémů nalezneme v přírodních vědách velmi často. Místo termínu systém je v přírodních vědách používán termín soustava; v poslední době je upřednostňován termín systém před termínem soustava. Systémový přístup se používá nyní běžně i ve společenských vědách. U systémů určujeme stupeň jejich složitosti, spolehlivosti, efektivnosti atd. V současné době existují celé vědy o systémech různých typů: - sémiotika – věda o znakových systémech, - kybernetika – věda o řídicích systémech, - teorie her – věda o konfliktních systémech. Část pro zájemce Sémiotika je vědecká teorie zkoumající vlastnosti znaků a systémů znaků (znakových soustav), konkrétních a abstraktních, které mají každý svůj určitý význam. Systémy znaků jsou nejčastěji například přirozené jazyky, umělé jazyky, úplně nebo částečně formalizované jazyky. Kybernetika (z řečtiny, kybernétes – kormidelník, kybernétiké – umění řídit) je vědní obor zabývající se kvantitativními a strukturními zákonitostmi řízení, sdělování a kontroly autoregulačních systémů. Ke vzniku kybernetiky jako vědního oboru (1948) přispěl americký matematik Norbert Wiener (1894 – 1964) ve spolupráci s americkým neurofyziologem A. S. Rosenbluthem. Obecně je autoregulujícím systémem každý uspořádaný celek, který řídí sám sebe v měnících se podmínkách, udržuje stupně své uspořádanosti nebo dokáže zajišťovat svůj vývoj. Specifickými případy autoregulujících

kniha5.indd 75

systémový přístup

21.12.2011 19:53:16

76


systémů jsou například živé organismy nebo technická zařízení (automaty) vytvořené člověkem, aby udržovaly svoji určitou vlastnost (například historický parní stroj, který při měnícím se výkonu udržoval stálé otáčky). Nejvyšším typem je lidská společnost, schopná cílevědomě a uvědoměle řídit svůj vývoj. Kybernetika sjednocuje ve své teorii poznatky různých vědeckých disciplín, jako je např. matematická analýza, matematická logika, teorie pravděpodobnosti, termodynamika, biologie, psychologie. Kybernetika vytváří teoretické základy automatizace, zasahuje do mnoha vědních oborů a vytváří v nich svá zvláštní odvětví, jako například biologická kybernetika, lékařská kybernetika, technická kybernetika, pedagogická kybernetika apod. Pro svůj obecný charakter má kybernetika velký význam pro rozvoj syntézy, sjednocení moderní vědy a pro rozvoj styčných oborů jednotlivých vědních disciplín. Podrobněji se o kybernetice poučíte v dnes již historických publikacích jejího spolutvůrce N. Wienera (1960, 1963). Teorie her je obor matematiky, zabývající se matematickými modely optimálního rozhodování v konfliktních situacích. Nazývá se proto i teorií konfliktních situací. Cílem analýzy je zvolit z množiny různých postupů možnost optimální z hlediska cíle hry, přičemž se počítá s předpokládaným postupem protihráče. Hráčem může být jednotlivec, dvojice nebo skupina; rozhodnutí se mohou realizovat v podobě jedné či více strategií. Teorie her se užívá zejména při řešení ekonomických a vojenských otázek. V sociální psychologii se užívá matematické teorie her k analýze a modelování mezilidských vztahů a procesů rozhodování. Tato oblast sociální psychologie je obzvláště důležitá pro učitele, který se často vyskytuje v konfliktní situaci, v níž musí rozhodnout například mezi žáky, mezi žákem a sebou nebo mezi sebou a ředitelem. Doporučuji proto k přečtení poutavé publikace Jaro Křivohlavého Konflikty mezi lidmi a brožurku Já a ty (1973, 1977).

SHRNUTÍ KAPITOLY Vědecké poznání je specifickou formou poznání, kterou se snažíme pochopit podstatu jevů a věcí, které nás obklopují, a nalézt zákonitosti vývoje v nejrůznějších oblastech. Základním úkolem vědeckého poznání je odhalování podstatného, obecného a zákonitého v jevech. Základní formy poznání jsou všem přírodním vědám společné. Do obsahu přírodních věd patří nejen vědecká fakta, ale i metody, jimiž se přírodovědci k těmto faktům dopracovávají. Nazýváme je metody vědeckého poznání v přírodních vědách nebo badatelské metody přírodních věd. Mezi metody vědeckého poznání v přírodních vědách patří idealizace objektů a procesů, formalizace a systémový přístup. Dále jsou to metody získávání empirických poznatků, do kterých řadíme pozorování a experiment jak reálný, tak i myšlenkový. Třetí skupinou jsou metody rozvoje vědění a to dedukce, indukce a analogie, která úzce souvisí s modelováním.

kniha5.indd 76

21.12.2011 19:53:16


77

Uvedené metody používají elementární postupy, jako je analýza, syntéza, abstrakce a konkretizace, srovnání. Při idealizaci reálný objekt je zaměňován idealizovaným objektem za účelem snazšího poznání a formulování zákonitostí v jednodušší formě. V procesu idealizace abstrahujeme od některých vlastností reálných objektů a procesů, a na druhé straně přisuzujeme ideálnímu objektu nebo procesu takové vlastnosti, které reálný objekt či proces nemá. Při formalizaci forma vystupuje jako zvláštní objekt nezávisle na obsahu. Různé objekty navzájem porovnáváme, určujeme mezi nimi vztahy, které zkoumáme jako samostatný objekt. Prakticky se jedná o matematizaci vztahů mezi objekty nebo mezi jejich vlastnostmi a tím vzniká matematický objekt, který studujeme jako samostatný objekt. Při systémovém přístupu vycházíme z toho, že každý systém je tvořen prvky, mezi kterými existují vazby. Systém obklopuje okolí systému. Systém reaguje s okolím prostřednictvím vstupu a výstupu, což nazýváme chování systému. Když na vstup systému přijde z okolí systému nějaký podnět, objeví se na výstupu systému do okolí nějaká rekce. Z toho, jaké reakce (odezvy) dává systém na různé podněty, je možno vyvodit strukturu systému, tj. různé druhy vazeb mezi prvky systému. V přírodních vědách se často místo termín systém používá termín soustava.

kniha5.indd 77

Otázky a úkoly 1. Definujte idealizaci. a) Od kterých vlastností reálného objektu nebo procesu odhlížíte (abstrakce)? b) Které vlastnosti ideálnímu objektu nebo procesu připisujete (syntéza)? 2. Kdy má idealizace vědeckou hodnotu? 3. Uveďte konkrétní příklady idealizace v přírodních vědách. a) Vyberte příklady ze studijní opory. b) Prolistujte učebnice základní nebo střední školy a vyberte z nich příklady idealizace. 4. Vyhledejte příklady idealizace přírodovědných zákonů v učebnicích základní školy a gymnázia. 5. Jaké cíle má idealizace ve vyučování přírodním vědám? 6. Jaký je rozdíl mezi idealizací v přírodních vědách a ve vyučování přírodních věd? 7. Které kladné a které záporné stránky má idealizace ve vyučování přírodních věd?

Korespondenční úkoly – zpracovat písemně, maximálně 2 stránky jeden úkol Z následujících devíti korespondenčních úkolů zpracujete jeden, který Vám přidělí tutor.

21.12.2011 19:53:16

78


KÚ 1 Analyzujte zavedení ideálních objektů nebo procesů v učebnicích základní nebo střední školy. a) Je vždy uvedeno, že se jedná o ideální objekt? Uveďte konkrétní citace, kdy tomu tak není. b) Je uvedeno srovnání s reálným, skutečným objektem nebo procesem? Uveďte citace, kdy tomu tak není. KÚ 2 Porovnejte středoškolské a vysokoškolské zavedení ideálních objektů a procesů. Jedná se o tentýž objekt nebo proces? Uveďte konkrétní příklady. KÚ 3 Při idealizaci se často používá termínů „velmi malý“, „zanedbatelný“, „velmi velký“. Uvedené termíny můžeme používat pouze při porovnávání, například „velmi malý vzhledem k …“. Upravte způsoby idealizace objektů tak, aby žákům bylo jasné, o jaké velikosti příslušných veličin se jedná a se kterými velikostmi veličin jsou porovnávány. Zpracujte písemně tímto způsobem idealizace uvedené v této studijní opoře. KÚ 4 Uveďte, se kterými idealizacemi v oblasti přírodovědných zákonů jste se setkali. KÚ 5 Porovnejte obě zavedení „hmotného bodu“, která jsou ve studijní opoře vzhledem k procesu idealizace: a) Od kterých vlastností reálného objektu odhlížíte (abstrahujete)? b) Které vlastnosti ideálnímu objektu připisujete (syntéza)? c) Které vlastnosti jsou stejné u reálného i ideálního objektu? d) Jak žákům vysvětlíte pojem „velmi malý“ ve středoškolském zavedení hmotného bodu? Zkuste pojem „velmi malý“ kvantifikovat. e) Uveďte, jakým způsobem zavedete na střední škole tento první ideální pojem „hmotný bod“. KÚ 6 Porovnejte obě zavedení „tuhého tělesa“, která jsou uvedena ve studijní opoře vzhledem k procesu idealizace. a) Které vlastnosti reálného objektu zanedbáváte? b) Které vlastnosti ideálnímu objektu přisuzujete? c) Které vlastnosti jsou stejné u reálného i ideálního objektu?

kniha5.indd 78

21.12.2011 19:53:16


79

d) Zjistěte v učebnicích základní školy, jak je zaveden pojem „těleso“. e) Uveďte, jakým způsobem zavedete pojem „tuhé těleso“ na střední škole. KÚ 7 U všech pojmů, uvedených jako příklad idealizace v této studijní opoře nebo Vámi, uveďte: a) Které vlastnosti reálného tělesa nebo objektu zanedbáváte? b) Které vlastnosti ideálnímu objektu nebo procesu přisuzujete? c) Uveďte, jak zavedete Vy daný ideální pojem na střední škole. KÚ 8 Vytvořte tabulku, v níž do jednoho sloupce uvádějte ideální objekty nebo procesy a do druhého jim odpovídající reálné objekty nebo procesy ve dvou po sobě následujících tematických celcích. Porovnejte údaje v tabulce. K čemu jste dospěli? KÚ 9 Vysvětlete proces formalizace na základě toho, že se jedná o srovnání a abstrakci na konkrétním příkladě: a) z přírodovědného předmětu základní školy, b) z přírodovědného předmětu střední školy.

kniha5.indd 79

21.12.2011 19:53:16

80


3 METODY ZÍSKÁVÁNÍ EMPIRICKÝCH POZNATKŮ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH V této kapitole se dozvíte: • o metodách získávání empirických poznatků; • o pozorování v přírodních vědách; • o reálném experimentu v přírodních vědách a měření; • o myšlenkovém experimentu. Budete schopni: • optimalizovat reálný přírodovědný experiment ve vzdělávání přírodních věd tak, abyste využili emoční inteligenci žáka; • optimalizovat přírodovědné měření; • připravit schéma myšlenkového experimentu ve vzdělávání přírodovědného experimentu a realizovat myšlenkový experiment. Klíčová slova této kapitoly: metody získávání empirických poznatků, pozorování, experiment, reálný experiment, měření v přírodních vědách, myšlenkový experiment. Ve druhé kapitole jste se seznámili s metodami vědeckého poznání - objektů, jevů a procesů jako idealizovaných objektů (viz 2.2.1), - struktur (viz 2.2.2) a - systémů (viz 2.2.3). Takové poznání však ještě neposkytuje konkrétní poznatky o poznávaných objektech. Pro získání konkrétních poznatků o objektech je nutný empirický a teoretický výzkum. V této části se budete zabývat pouze metodami používanými při empirickém poznávání, kde základními metodami získávání vědeckých poznatků jsou - pozorování a - experiment.

pozorování

kniha5.indd 80

3.1 POZOROVÁNÍ Jednou ze základních metod vědeckého poznání, které slouží ke zjišťování faktů, je pozorování. Jedná se zpravidla o první metodu, jejímž prostřednictvím se seznamujeme

21.12.2011 19:53:16

METODY ZÍSKÁVÁNÍ EMPIRICKÝCH POZNATKŮ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH

81

s objektem poznání. Pozorování je předem stanovené, záměrné a plánovité vnímání, jehož cílem je na dané úrovni odhalit podstatné vlastnosti a vztahy objektu poznání. Úkol k textu V psychologii rozlišujeme pozorování bezděčné a záměrné. a) O jaké pozorování se jedná v přírodních vědách? b) Uveďte konkrétní příklady z vyučování přírodních věd.

Schopnost vnímat (viz poznámka na konci) objekty okolního světa je spjata s fyziologickou podstatou člověka. Člověk vnímá smysly, které mají různou citlivost. Nejvíce informací o objektech a jevech získává zrakem, potom sluchem, hmatem. Rozlišovací schopnost smyslových orgánů se u člověka zvyšuje při jejich častém užívání v obdobných situacích. Rozlišovací schopnosti smyslových orgánů mohou být zvětšeny pomocí přístrojů. Příklady z praxe První z velkých objevů „prodloužení lidských smyslů“ uskutečnili Holanďané, a to Zacharias Jansen (1580 – 1638), který zkonstruoval v roce 1590 mikroskop, a Hans Lippershey (1587 - 1619), který zkonstruoval dalekohled kolem roku 1608. Ač se vládní místa v té době snažila druhý vynález utajit, přesto se o něm dověděl již následujícího roku Galileo Galilei (1564 – 1642); dalekohled, o to dokonalejší, znovu sám sestrojil a použil jej poprvé také k astronomickým pozorováním. Objevil čtyři Jupiterovy měsíce, Venušiny fáze, skvrny na Slunci a hory na Měsíci. Tyto objevy měly mimořádný význam v poznání „megasvěta“.

Přístroje však nejen zvětšují rozlišovací schopnost našich smyslových orgánů, ale poskytují „doplňkové orgány vnímání“. Lidské smysly například nedokáží vnímat elektrostatická pole, magnetostatická pole, elektromagnetická pole nebo chemická složení látek. Přístroje však toto dokážou. Přítomnost elektrostatického pole můžeme například zjistit elektrometrem nebo coulombmetrem, magnetostatického pole magnetkou nebo magnetometrem, elektromagnetického pole pomocí antény, která je součástí oscilačního obvodu. Příklad objevu: Zjišťovat chemické složení látek můžeme buď chemickou analýzou, která je velmi zdlouhavá, nebo pomocí rychlé spektrální analýzy. Prvním zajímavým objevem v oblasti spektrální analýzy bylo zjištění prvku hélia nejdříve na Slunci (1868) a teprve pak na Zemi. Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) vysvětlil, jak vznikají tmavé čáry ve spojitém slu-

kniha5.indd 81

21.12.2011 19:53:16

82


nečním spektru, a to tak, že plyny v rozžhaveném stavu pohlcují jen takové záření, které při tomtéž chemickém složení a tepelném stavu vysílají. Prochází-li světlo ze zdroje bílého světla prostředím, které pohlcuje některé jeho složky, vzniká absorpční spektrum (je pohlcena právě ta část spektra, kterou prostředí samo může vyzařovat). Podle tmavých čar v absorpčním spektru můžeme zjistit, které látky obsahuje prostředí, jímž světlo prošlo. A tak z tmavých Fraunhoferových čar v jinak spojitém slunečním spektru bylo, kromě jiných prvků, také poprvé zjištěno hélium. V současné době se používají spektrofotometry ke zkoumání chemického složení hvězd stále, protože se jedná o velmi citlivou metodu. Pozorování je aktivní formou činnosti, která předpokládá určité stanovení cílů pozorování a úkolů pozorování. Obyčejně dává odpověď na otázku, jak vypadá náš objekt zkoumání. Na základě pozorování můžeme vytvořit popis daného objektu zkoumání, tj. předmětu nebo jevu. Dobrý a dokonalý popis je předpokladem a východiskem pro použití dalších vědeckých poznávacích metod. Je to základní podmínka pro vysvětlení daného jevu. Při popisu jevu či události je třeba vždy použít správně volených pojmů a navíc je třeba užívat těchto pojmů zcela přesně a jednoznačně. Úkolem popisu je zachytit a utřídit co nejvíce informací o daném objektu. Sám popis nestačí k postižení podstaty jevu, vytváří pouze předpoklady k jejímu poznání. Ve školní praxi již při pozorování může nastat u žáka podstatná ztráta informace, „když neví, co má pozorovat“. Příkaz učitele „Popiš, co jsi pozoroval!“ zůstává potom nezodpovězen a další navazující metody vědeckého zkoumání nemohou být vůbec použity. Na základě jasného, přesného a úplného popisu je možno použít dalších metod vědeckého zkoumání. Mezi ně zařazujeme srovnání, které je vzhledem k ostatním metodám vědeckého poznání postupem velmi starým. Při srovnání zjišťujeme shodné či rozdílné stránky u dvou či více různých předmětů či znaků. Zpravidla zjišťujeme nejprve shodné znaky předmětů a jevů a potom rozdílné znaky. Pro vědecké poznání je srovnání velmi efektivní, i když je poměrně jednoduchým postupem. Často se na ně ve školní praxi ve fyzice zapomíná. Výsledkem je zaměňování objektů, jevů, ale i procesů žákem. Průvodce studiem Vím, že již jste unaven/a. Navíc jste přesvědčen/a, že všechno znáte. Myslím si, že ne, to Vám jen únava říká,“odpočiň si“. Vždy po hodině intenzivního studia si deset minut odpočiňte, maximálně se odreagujte. Nezapomeňte otevřít okno a pustit kyslík do místnosti. Jen dobře okysličená krev dobře vyživuje mozek a ten o to rychleji bude u Vás pracovat.

kniha5.indd 82

21.12.2011 19:53:16


83

Při pozorování používáme - metodu shody nebo - reprezentativního výběru.

3.1.1 Pozorování – metoda shody Příklad Každý z nás pozoroval duhu. Ale v každém případě se jednalo o jiné ovzduší, o jinou trajektorii slunečních paprsků, o jinou denní dobu. Proč jsme přesvědčeni, že vždy pozorujeme totéž, čili duhu? Proměnlivých prvků zde bylo přece mnoho.

Při našem pozorování jsme se snažili typizovat stálé v měnícím se. Použili jsme zde vlastně nejjednodušší metodu pozorování – metodu shody. Její podstatou je požadavek maximální mnohotvárnosti situací, za nichž je daný jev pozorován. Pozorování má vědecký význam zpravidla pouze v tom případě, můžeme-li je mnohonásobně opakovat. Může se zdát, že opakovat pozorování je nutno ve stejných situacích, to znamená za stejných podmínek. Avšak v tomto případě nebude zřejmé, ke kterým objektům se v těchto situacích vztahují výsledky pozorování. Objasnit, o které objekty se vlastně jednalo, je možno pouze prostřednictvím variací všech ostatních podmínek dané situace. 3.1.2 Pozorování – metoda reprezentativního výběru Způsoby zabezpečení mnohotvárnosti v pozorování mohou být různé. Jestliže vybraná skupina faktů charakterizuje skoro celý sledovaný objekt, potom tento výběr nazýváme reprezentativním. Dosáhnout reprezentativnosti výběru můžeme dvěma způsoby: a) buď rozdělíme celý soubor faktů na typy – typický výběr, b) nebo použijeme tzv. náhodný výběr pomocí tabulek náhodných čísel. V současné době každý počítač má vbudován generátor náhodných čísel; dříve se používaly statistické tabulky (J. Janko, 1958).

3.1.3 Psychické procesy při pozorování Vnímání, které jsme uváděli při definici pozorování, je psychickým procesem. Nejdříve pár slov o psychických procesech. (J. Čáp, J. Mareš, 2001).

vnímání

Psychické procesy: Jednotlivý psychický proces je abstrakce. Ve skutečnosti jsou různé psychické procesy navzájem spojeny v celek a navíc jsou jen dílčí složkou komplexních životních činností člověka.

kniha5.indd 83

21.12.2011 19:53:16

84


Psychické procesy jsou funkcí mozku, mají své nervové mechanismy, které můžeme vyjádřit v pojmech neurofyziologie. - Psychické procesy jsou spjaty s okolním světem. - Psychické procesy působí v životních činnostech, plní v nich funkce příjmu informací, plánování, kontroly a řízení. - Psychické procesy se v činnostech projevují a zároveň formují. - Psychické procesy se rozvíjejí učením. - Psychické procesy závisejí na vlastnostech osobnosti (myšlení na schopnostech osobnosti, volní rozhodování na charakterových vlastnostech osobnosti apod.). Souhrou uvedených momentů dochází k tomu, že tentýž druh psychických procesů vykazuje značné rozdíly mezi různými osobami i u téhož jedince v různých okamžicích jeho života. Poznávací procesy - Poznávací procesy svět zobrazují, odrážejí, i když ne vždy zcela věrně. - Poznávací procesy jsou nezbytné ve všech činnostech člověka. Poznání začíná názorným poznáváním: o vnímáním a o představami. Vnímání je psychický proces, kterým zobrazujeme jevy působící v daném okamžiku na naše smyslové orgány. Vnímání je základem všeho poznávání, ostatní poznávací procesy zpracovávají údaje získané vnímáním. Ve vnímání rozlišujeme - vjemy a - počitky. Vjem znamená obraz předmětu nebo procesu jako celku (například vjem kyvadla). Počitek znamená obraz některého jednotlivého znaku vnímaného předmětu (například počitek černé barvy). Počitky se u člověka zpravidla nevyskytují izolovaně, jsou to uměle odlišené části složitějších vjemů. Orgán, kterým vnímáme, nazýváme analyzátor. Skládá se z receptoru, dostředivé nervové dráhy a centra v mozkové kůře (korového zakončení). Počitky a vjemy tedy nejsou lokalizovány do smyslových orgánů, do oka, ucha apod., jak se dříve předpokládalo. K jejich vzniku je zapotřebí všech součástí analyzátoru, přičemž nejnáročnější funkce probíhají v korovém zakončení. Termín analyzátor odpovídá tomu, že je to orgán, který analyzuje, vyčleňuje, rozlišuje, diferencuje jednotlivé části a aspekty ve složitém proudu působení z prostředí. Spolu

kniha5.indd 84

21.12.2011 19:53:16


85

s analýzou však při vnímání probíhá i syntéza: ať vnímáme krajinu nebo stroj či jeho výkres, nebo mluvenou řeč, či hudební skladbu, vystihujeme uspořádání, vzájemné vztahy jednotlivých částí. Vnímání je tedy analyticko-syntetická činnost nervové soustavy, jejími elementárními fyziologickými mechanismy je diferenciace (rozlišování), tvoření dočasných spojů a jejich soustav. Naše vjemy jsou více nebo méně složité celky s určitým uspořádáním na části s určitou strukturou. Platí o nich, že celek je více než pouhá suma částí. Každý druh analyzátorů a jim odpovídajících počitků i vjemů má své zvláštnosti a plní v životě člověka určité úlohy. Vnímání je spjato s ostatními psychickými procesy. Různí lidé vnímají tentýž předmět různě. Příklad Mikroskop vnímá odborník velmi podrobně a detailně, zatímco neodborník mnoho detailů vůbec „nevidí“; je to dáno jejich odlišnými zkušenostmi, vědomostmi a dovednostmi, představami, myšlením.

Na podkladě vnímání se rozvíjejí také ostatní poznávací procesy. Reflexní proces při vnímání zanechává určitou stopu v nervové soustavě, která umožňuje vybavit si později to, co jsme dříve vnímali. Takový názorný obraz něčeho, co v daném okamžiku nepůsobí na naše receptory, nazýváme představa. Představy jsou jednak - představy paměti, které reprodukují (ať již poměrně věrně nebo nedokonale, neúplně, s chybami) něco, co je nám známo, co jsme v dané podobě již vnímali, - představy fantazijní produkují obrazy něčeho pro nás relativně nového.

představy

Úkoly k textu 1. Jakým způsobem budete u žáka budovat představy paměti v přírodovědném předmětu? Navrhněte několik způsobů. Uveďte konkrétní příklady. 2. Jakým způsobem budete u žáka budovat fantazijní představy v přírodovědném předmětu? Navrhněte několik způsobů. Uveďte konkrétní příklady.

3.2 EXPERIMENT 3.2.1 Reálný experiment Experiment předpokládá aktivní zásah do průběhu pozorovaného jevu, procesu, objektu. Nejčastěji tímto aktivním zásahem bývají záměrně přesně stanovené podmínky, za

kniha5.indd 85

reálný experiment

21.12.2011 19:53:16

86


nichž experiment probíhá. Tento umělý zásah umožňuje odhalovat takové vlastnosti, které by nikdy přirozené podmínky neumožnily. Experiment je určitým způsobem materiálním působením na objekty, jevy a procesy. Cílem experimentu je vědecké zkoumání. Některé experimenty v současné době v přírodních vědách, zejména ve fyzice vysokých energií a kosmickém výzkumu, jsou nesmírně nákladné, proto na realizaci těch nejnákladnějších se sdružují finanční prostředky jednotlivých států.

Příklady Pro ověření teorie elektroslabé interakce (sjednocení interakcí elektromagnetické a slabé) (A. Salam, 1980), za kterou obdrželi v roce 1979 Nobelovu cenu za fyziku Sheldon Lee Glashow (*1932) z USA, Pákistánec Abdus Salam (*1926) a Steven Weinberg (*1933) z USA, bylo třeba v laboratoři vyrobit a dokázat, že existují hypotetické vektorové mezony W+, W– a Z, které teorie elektroslabé interakce předpokládala. Toto ověření bylo prováděno za sdružení finančních prostředků na antiprotonovém urychlovači o obvodu 6,8 km. Skutečně vhodný urychlovač, který byl za tímto účelem naplánován a také vybudován, má obvod 30 km a cenu přibližně 1,5 miliardy dolarů (1986). Hypotetické vektorové mezony však byly objeveny a Nobelovu cenu za fyziku za jejich objev v roce 1984 dostali Carlo Rubbia (*1934) z Itálie a Simon van der Meer (*1925) z Nizozemí. Takže tvůrci teorie elektroslabé interakce nemuseli „vracet“ Nobelovu cenu za jejich předpověď z roku 1979. Náklady na současná fyzikální experimentální zařízení jsou tak vysoké proto, že se jedná vlastně o nejpreciznější přístroje, co kdy lidstvo vyrobilo. Avšak bez precizní speciální přístrojové techniky není v současné době možný rozvoj fyzikální vědy. Nutno zde zdůraznit, že bezprostředním cílem fyzikálních experimentů není přímé uspokojování praktických potřeb člověka, nýbrž vědecké zkoumání. Teprve výsledek tohoto zkoumání (objev nového jevu, vlastnosti, materiálu, atd.) se stává zárodkem uspokojování praktických potřeb člověka. Každý jev musí být nejdříve objeven, aby mohl být využit! Při projektování a stavbě obrovských urychlovačů se používají nejdokonalejší výpočetní metody, nejpokročilejší technologie, vyžaduje se mimořádná přesnost, stabilita a spolehlivost při řízení provozu urychlovače a analýza výsledků experimentů vyžaduje zcela unikátní kybernetické systémy atd. Tyto zkušenosti a poznatky se pak využívají k projektování a řízení složitých výrobních technologií i celých závodů. Náklady na původní experimenty a zařízení se tak mnohonásobně vracejí oklikou do praktických aplikací.

kniha5.indd 86

21.12.2011 19:53:16


87

3.2.2 Myšlenkový experiment Kromě již uvedeného reálného experimentu existuje také myšlenkový experiment. Úkoly k zamyšlení - Kdy jste se poprvé setkal/a s pojmem myšlenkový experiment? - Myslíte, že vámi uvedený myšlenkový experiment byl skutečně první „myšlenkový“ v historii přírodních věd?

Metodu myšlenkového experimentu systematicky rozpracoval v souvislosti s experimentální metodou již Galileo Galilei (1564 – 1642). Vámi pravděpodobně zmíněný Albert Einstein, jako fyzik provádějící myšlenkové experimenty v teorii relativity, se „učil“ od zakladatele experimentální metody ve fyzice Galilea Galileiho.

myšlenkový experiment

Galilei charakterizuje myšlenkový experiment jako způsob myšlení, ve kterém všechno, co se děje při konkrétní formě, podobně se děje i v abstrakci, a ve kterém je třeba odhlédnout od všech případných překážek. Myšlenkové experimenty umožnily Galileovi precizně promyslit reálné experimenty a zdůvodnit zákon setrvačnosti. A zákon setrvačnosti znamenal ve fyzice první velký pokrok, byl ve skutečnosti skutečným počátkem fyziky. Uvedeme dva myšlenkové experimenty, které vedly Galilea k formování zákona setrvačnosti (A. Einstein, 1958). Příklad: Galileiho myšlenkový pokus při formulování zákona setrvačnosti Nejzákladnější problém, který pro svou složitost zůstal po tisíciletí nejasný, je problém pohybu. Všechny pohyby, které pozorujeme v přírodě – míč vyhozený do vzduchu, loď plující po moři, auto jedoucí po silnici – jsou ve skutečnosti velmi složité. Abychom těmto jevům porozuměli, je třeba začít s jednoduššími případy a pomalu postupovat ke složitějším. a) Představme si těleso, které je v klidu, tedy se vůbec nepohybuje. Aby se změnila poloha takového tělesa, je třeba nějak na ně zapůsobit, postrčit je, pohnout jím, nechat na ně působit jiná tělesa. Naše intuice nám říká, že pohyb souvisí s procesem postrkávání, hýbání nebo tažení. Opětovná naše zkušenost dovoluje prohlásit, že musíme těleso postrčit prudčeji, chceme-li, aby se pohybovalo rychleji. To nás přirozeně vede k úsudku, že rychlost daného tělesa bude tím větší, čím silnější „vliv“ bude na něj působit. Auto s motorem o větším výkonu může jet rychleji než auto s menším výkonem. Intuice nám tedy říká, že rychlost podstatně souvisí s působícím „vlivem“.

kniha5.indd 87

21.12.2011 19:53:16

88


Čtenářům detektivek je znám fakt, že falešné řešení, nebo tak zvaný falešný klíč, příběh zatemňuje a konečné řešení oddaluje. Způsob usuzování, diktovaný intuicí v naší předcházející úvaze, byl nesprávný a vedl ke klamným představám o pohybu, na nichž lidstvo lpělo po staletí. Hlavním důvodem, proč se tak dlouho věřilo v tuto intuitivní myšlenku, byla velká autorita filozofa Aristotela (384 př.n.l. až 322 př.n.l.) v celé Evropě. Usuzování uvedené v předcházejícím odstavci je v současné době běžné uvažování dětí, ke kterému dospívají na základě každodenních zkušeností, je to tzv. předpojmové období u dětí. Uvedený pojem pohybu, který není v souladu s vědeckým pojmem pohybu, bývá nazýván předpojem (preconception). Proto je často v současné době hovořeno o tzv. aristotelovské fyzice u dětí, ale často lze o aristotelovské fyzice mluvit i u dospělých, jak bylo zjištěno výzkumy. V mechanice, po dva tisíce let přisuzované Aristotelovi, čteme: „Těleso, které se pohybuje, dostane se do stavu klidu, jestliže síla, která je pohání, nepůsobí již tak, že je pohání.“ b) Ale zkusme uvažovat jinak než Aristoteles. Vyšetřeme základní fakta pohybu poněkud pečlivěji. Začněme prostou zkušeností, známou lidskému pokolení od počátku civilizace a získanou v tvrdém existenčním boji (A. Einstein – I. Infeld 1958, s. 9). Dejme tomu, že někdo tlačí po rovné cestě vozík a náhle do něj přestane tlačit. Vozík se bude dále pohybovat a pak se zastaví. Ptáme se: jak lze tuto trajektorii zvětšit? Existují četné prostředky, jako například namazat kola a uhladit cestu. Čím snadněji se kola otáčejí a čím hladší je cesta, tím dále se bude vozík pohybovat. Čeho jsme vlastně dosáhli namazáním kol a uhlazením cesty? Jenom toho, že jsme zmírnili vnější vlivy. Vliv tření v kolech a mezi koly a cestou se zmenšil. To je již teoretický výklad pozorovaného jevu. Schází ještě další krok v těchto úvahách a nalezli jsme klíč k řešení, který je tento. Představme si cestu dokonale hladkou a kola zcela bez tření. Potom by neexistovalo nic, co by vozík zastavilo, takže by se neustále pohyboval. K tomuto závěru dospějeme jenom tím, že si představíme idealizovaný pokus, který ve skutečnosti nelze nikdy provést, protože je nemožné odstranit všechny vnější vlivy. Idealizovaný pokus byl klíčem, který skutečně tvořil základ mechaniky pohybu. Tímto způsobem uvažoval Galileo Galilei. Jedná se vlastně o skutečné základy fyziky, které vznikly jako intuitivní závěry, které se opíraly o bezprostřední pozorování. ZÁVĚR: Porovnáme-li oba způsoby usuzování o pohybu, to znamená usuzování Aristotelovo a Galileovo, vidíme, že z reálného pozorování můžeme různými způsoby usuzování dospět ke zcela protichůdným závěrům. Aristoteles uvažoval takto: čím větší „vliv“, tím větší rychlost. Rychlost potom ukazuje, zda na těleso působí či nepůsobí vněj-

kniha5.indd 88

21.12.2011 19:53:16


89

ší síly. Nový klíč k řešení, který nalezl Galilei, zní: Není-li těleso ani strkáno, ani taháno, ani není na ně působeno nějakým jiným způsobem, čili stručněji řečeno, nepůsobí-li na těleso vnější síly, potom se pohybuje rovnoměrně, to je stále stejnou rychlostí přímočaře. Rychlost tedy ukazuje, zda na těleso působí či nepůsobí vnější síly. Závěr Galileiho, který je správný, byl o generaci později vyjádřen Isaacem Newtonem (1642 – 1727) jako zákon setrvačnosti. Je to zpravidla první zákon, jemuž se ve škole v mechanice žák učí. „Každé těleso setrvává ve svém stavu klidu nebo rovnoměrně přímočarého pohybu, není-li vnějšími silami přinuceno svůj stav změnit.“ Pochopili jste, že zákon setrvačnosti nemohl být odvozen přímo z provedeného experimentu, nýbrž pouze spekulativním myšlením, které se shoduje s pozorováním? V současné době však reálný experiment je možno provést na vzduchové dráze, kde jsou ideální podmínky. Dříve, kdy idealizovaný experiment nebylo možno ve skutečnosti nikdy provést, pomohl tento myšlenkový experiment při porozumění těm experimentům, které bylo možno provést. Z velkého počtu složitých pohybů ve světě, který nás obklopuje, zvolili jsme jako první příklad rovnoměrný pohyb. Je to pohyb nejjednodušší, protože zde nepůsobí vnější síly. Rovnoměrný pohyb za běžných podmínek nemůže být nikdy uskutečněn, například kámen padající z věže nebo libovolně vržený kámen se nikdy nemůže pohybovat rovnoměrně, protože nikdy nemůžeme na Zemi vyloučit vliv vnějších sil, které na kámen působí, nemůžeme kámen odizolovat od působení tíhové síly. Speciální technika však může vytvořit takové podmínky, které dovolují reálně pozorovat rovnoměrný přímočarý pohyb, například vzduchová poduška nebo podmínky v kabině družice Země nebo podmínky za působení sil, které jsou v rovnováze (padající výtah, parašutista v určitém stadiu letu). Myšlenkový experiment, který provedl Galileo Galilei, se stal základem všech myšlenkových pokusů nejen ve fyzice, ale i v jiných vědách včetně humanitních. Současné pojetí myšlenkového experimentu V současné době je myšlenkový experiment chápán také jako poznávací činnost, která obvykle předchází materiální realizaci experimentu, jako právě to, co přírodovědec může vykonat ve svém myšlení dříve, než přikročí k (materiální) realizaci experimentu. Nezávislost myšlenkového experimentu na materiálních prostředcích je velmi významná – umožňuje jeho samostatnou existenci jako teoretické metody poznání. Myšlenkový experiment, jako jeden z typů modelového experimentu, může tedy existovat ve dvojí podobě: a) myšlenkový experiment jako samostatná logická konstrukce, kterou je třeba vybudovat tam, kde materiální realizace modelu není možná, nebo není vhodná;

kniha5.indd 89

21.12.2011 19:53:16

90


b) myšlenkový experiment jako fáze materiálně realizovaných experimentálních činností, v rámci kterých experimentátor vykoná logickou analýzu úlohové situace a uvědomuje si logickou strukturu poznávacího procesu, kterou má uskutečnit. Obecně – myšlenkový experiment je nezávislý na materiálních prostředcích poznávání, dokonce se dá vykonat dříve, než dozrají technické podmínky tak, aby bylo možné experiment materiálně realizovat.

3.2.3 Didaktický pohled na reálný a myšlenkový experiment Jiný je pohled na reálný experiment a myšlenkový experiment z pozice didaktiky přírodních věd. Reálný experiment se již dávno stal součástí přírodních věd, je nový jen z hlediska žáka, představuje proto model poznávacího procesu, ať se realizuje jako reálný nebo jako modelový experiment. I reálný experiment je ve školních podmínkách jednoduchým didaktickým modelem empirického poznání. Modelování modelového fyzikálního experimentu ve škole je dvojnásobným modelováním poznávacího procesu (V. Koubek 1989). V dalším textu nebudeme přívlastek „modelový“ u experimentu uvádět, ale budeme jej brát v tomto významu. Ve vyučování přírodním vědám při provádění myšlenkových experimentů se zkoumají situace, které jsou vědecky možné, i když někdy prakticky nerealizovatelné nebo obtížně realizovatelné. Myšlenkový experiment ve vyučování však nikdy nemůže nahradit reálný experiment, ve kterém se projevují další vlivy a souvislosti. Proto vedeme žáky k tomu, že teprve reálný experiment může s konečnou platností potvrdit nebo vyvrátit závěry myšlenkového experimentu. Tam, kde nemůžeme z nejrůznějších důvodů ve vyučování přírodním vědám provádět reálný experiment, je třeba žákům buď sdělit výsledky vědeckého experimentu v dané oblasti (internet), nebo alespoň žákům ukázat na důsledky, které plynou z myšlenkového experimentu, a jejich shodu se skutečností. etapy myšlenkového experimentu

kniha5.indd 90

Etapy při provádění myšlenkového experimentu ve vzdělávání přírodním vědám Pro myšlenkový experiment jsou typické určité etapy, které můžeme sledovat i na výše uvedených dvou příkladech myšlenkových experimentů týkajících se pohybu, a to u Aristotela a Galilea. a) Nejdříve se podle určitých pravidel sestrojí ideální model reálného objektu.

21.12.2011 19:53:16


91

b) Podle stejných pravidel se stanoví ideální podmínky, za kterých model pracuje, zvolí se ideální přístroje, případně se určí i pozorovatel. c) Provádí se zamýšlená změna nejrůznějších charakteristik a sleduje se vliv těchto změn na model. Z hlediska vyučování přírodním vědám je cenná značná „názornost“ myšlenkového experimentu, která spočívá v tom, že se při něm pracuje s idealizovanými objekty, které lze zobrazit i s detaily. U žáka takto lze vyvolat konkrétní představy o průběhu určitého přírodovědného procesu. Proto nezbytným doplňkem každého myšlenkového experimentu ve vyučování je vhodný schematický náčrtek. Posílí konkrétnost představ žáka a umožní vytvořit obraz o uspořádání myšlenkového experimentu i o jeho průběhu. Nové poznatky, ke kterým se dospívá na základě myšlenkového experimentu, přijímá žák jako věrohodné téměř ve stejné míře jako nové poznatky získávané na základě reálného experimentu. Příklady myšlenkových experimentů ve vyučování fyzice S myšlenkovými experimenty se setkáváme ve vyučování fyzice dosti často, v učebnicích fyziky najdeme mnoho příkladů. • Myšlenkový experiment je použit při odvození vztahu pro potenciální energii kapaliny o jednotkovém objemu. • Pomocí myšlenkového experimentu je odvozována stavová rovnice ideálního plynu. • Myšlenkový experiment vede k formulaci Faradayova zákona elektromagnetické indukce.

Pouze pro didaktické účely se někdy na střední škole používají myšlenkové experimenty, které mají nahradit provádění reálného experimentu, například při vyvozování Hookeova zákona v tahu. Jestliže však uvedené odvození zákona budete důkladně analyzovat, zjistíte, že „odvození“ předpokládá platnost závislosti, která má být získána reálným experimentem. Řečeno jinými slovy, odvozování fyzikálních zákonů myšlenkovými experimenty, které vlastně by měly být reálnými experimenty, je chybné. Takovémuto „usnadňování“ výuky by se měl učitel raději vyhýbat i na střední škole, i když se vše zdá být žákům zcela „jasné“. Ve školní praxi reálný experiment má vždy přednost před myšlenkovým, potom vědomosti a dovednosti žáka jsou trvalejší. Úkol k zamyšlení Tipněte si, ve kterých oborech přírodních věd má myšlenkový experiment mimořádné postavení.

kniha5.indd 91

21.12.2011 19:53:16

92


Průvodce studiem Zamysleli jste se opravdu? Uvádím odpověď a není to pouze teorie relativity. Jsou to ty obory přírodních věd, kde provedení reálného experimentu je prakticky nerealizovatelné a kde logické závěry myšlenkových experimentů mají zásadní význam.

Jednou z takových oblastí je zvláště speciální teorie relativity. Albert Einstein zavedl model inerciálního systému v podobě „padajícího výtahu“ na Zemi. Zavedl užívání idealizovaných přístrojů, jako jsou ideální hodiny, ideální tyče apod. Na základě myšlenkových experimentů Einstein došel k závěrům o kontrakci délek, dilataci času, relativnosti současnosti, sčítání rychlostí atd. Z hlediska vyučování fyzice jsou tyto myšlenkové experimenty speciální teorie relativity zásadně důležité pro vniknutí do podstaty a metod speciální teorie relativity. Sám Albert Einstein jim věnoval velkou úlohu i při popularizaci teorie relativity. Bez důkladného rozpracování, a to rozpracování metodicky pečlivě rozváženého a vyzkoušeného pro daný věk žáků, hrozí i zde velké nebezpečí naprosto formálního osvojení učiva pouze na základě matematického formalismu, bez pochopení základů speciální teorie relativity. Myšlenkové experimenty užívané ve vyučování přírodním vědám vycházejí z velké části z myšlenkových experimentů vytvořených v přírodních vědách. Tyto jsou ve vyučování přírodních věd plně opodstatněny, protože umožňují získat závěry, k nimž nelze zpravidla dospět jiným způsobem, a odpovídají metodě vědecké práce. Od určité mentální úrovně žáků jsou důležitou složkou při vytváření správných názorů a představ žáků, umožňují jim neformální pochopení řady přírodních jevů.

3.2.4 Měření v přírodních vědách Jak pozorování, tak i experiment mohou mít kvalitativní nebo kvantitativní charakter. Při kvalitativním pozorování nebo experimentu na základě zkušenosti poznáme, máli nebo nemá-li zkoumaný objekt danou charakteristiku. Například hodíme kámen do vody, přesvědčíme se, že se na rozdíl od dřeva potopí. V některých případech podobný výsledek zcela postačuje. Fyzikální měření

kniha5.indd 92

Často je však nutno určit kvantitativní charakteristiku objektu nebo procesu. Potom se používá postup zvaný měření. Měření se obyčejně provádí porovnáváním zkoumaného objektu s jiným objektem, který má přesně stanovené vlastnosti; takový předmět se nazývá etalon nebo se jedná o stupnici stavů.

21.12.2011 19:53:16


93

Příklad etalonu a stupnice stavů Nejznámějšími etalony jsou jeden metr nebo jeden kilogram. Běžnou stupnicí stavů je Celsiova teplotní stupnice. Měření pomáhá zbavit se subjektivnosti při hodnocení různých objektů, jevů a procesů. Někomu se například zdá, že čas velmi rychle ubíhá, jinému se zas vleče. Jenom měřením času v dané soustavě můžeme objektivně porovnávat časové intervaly.

Průvodce studiem Vím, že měření v přírodních vědách znáte důvěrně, neboť jste mu věnoval/a mnoho času a ještě více vašeho volného času „spolklo“ zpracovávání protokolů měření. Měření v přírodních vědách jako kvantitativní reálný experiment jsem uvedla pouze pro úplnost výčtu, ale jeho uvedení není úplné. Mnohem více se o měření v přírodních vědách dovíte z publikací, které jsou věnovány fyzikálnímu měření nebo úvodu do fyzikálního měření. Následuje dlouhé shrnutí kapitoly. Odpočiňte si, ať po přečtení shrnutí lehce zvládnete následující otázky a korespondenční úkoly. Panem recenzentem mi bylo doporučeno, abych úkoly na čas nejnáročnější vypustila, což jsem také učinila zajisté k vaší radosti.

SHRNUTÍ KAPITOLY Metody získávání empirických poznatků v přírodních vědách, pozorování a experiment. Pozorování slouží ke zjišťování faktů. Pozorování je předem stanovené, záměrné a plánovité vnímání, jehož cílem je na dané úrovni odhalit podstatné vlastnosti a vztahy objektu poznání. Člověk vnímá smysly, které mají různou citlivost. Nejvíce informací o objektech a jevech získává zrakem, potom sluchem, hmatem. Rozlišovací schopnost smyslových orgánů se u člověka zvyšuje při jejich častém užívání v obdobných situacích. Rozlišovací schopnosti smyslových orgánů mohou být zvětšeny pomocí přístrojů. Nejjednodušší metodou pozorování je metoda shody, u které určujeme stálé v měnícím se. Složitější metodou pozorování je metoda reprezentativního výběru. Vnímání je psychickým procesem, který má své nervové mechanismy, je funkcí mozku. Je spojeno s ostatními psychickými procesy. Různí lidé vnímají tentýž předmět různě. Pro vzdělávání má význam vybavování toho, co jsme vnímali, což se děje představami. Představy paměti reprodukují něco, co jsme dříve vnímali, fantazijní představy produkují obrazy něčeho pro nás relativně nového.

kniha5.indd 93

21.12.2011 19:53:16

94


Experiment předpokládá aktivní zásah do průběhu pozorovaného jevu, procesu, objektu. Nejčastěji tímto aktivním zásahem bývají záměrně přesně stanovené podmínky, za nichž experiment probíhá. Tento umělý zásah umožňuje odhalovat takové vlastnosti, které by nikdy neumožnily přirozené podmínky. Cílem experimentu je vědecké zkoumání. Metodu myšlenkového experimentu systematicky rozpracoval v souvislosti s experimentální metodou již Galileo Galilei, zakladatel experimentální metody. Ten charakterizuje myšlenkový experiment jako způsob myšlení, ve kterém všechno, co se děje při konkrétní formě, podobně se děje i v abstrakci a ve kterém je třeba odhlédnout od všech případných překážek. Myšlenkový experiment, jako jeden z typů modelového experimentu, může tedy existovat jako samostatná logická konstrukce, kterou je třeba vybudovat tam, kde materiální realizace modelu není možná nebo není vhodná, nebo jako fáze materiálně realizovaných experimentálních činností, v rámci kterých experimentátor vykoná logickou analýzu úlohové situace a uvědomuje si logickou strukturu poznávacího procesu, kterou má uskutečnit. V přírodovědném vzdělávání reálný experiment se již dávno stal součástí tohoto vzdělávání, experiment je nový jen z hlediska žáka, představuje proto model poznávacího procesu, ať se realizuje jako reálný nebo jako modelový experiment. I reálný experiment je ve školních podmínkách jednoduchým didaktickým modelem empirického poznání. Ve vyučování přírodovědným předmětům při provádění myšlenkových experimentů se zkoumají situace, které jsou vědecky možné, i když někdy prakticky nerealizovatelné nebo obtížně realizovatelné. Etapy myšlenkového experimentu: a) Nejdříve se podle určitých pravidel sestrojí ideální model reálného objektu. b) Podle stejných pravidel se stanoví ideální podmínky, za kterých model pracuje, zvolí se ideální přístroje, případně se určí i pozorovatel. c) Provádí se zamýšlená změna nejrůznějších charakteristik a sleduje se vliv těchto změn na model. Z hlediska vyučování přírodovědným předmětům je cenná značná „názornost“ myšlenkového experimentu. Při kvalitativním pozorování nebo experimentu na základě zkušenosti poznáme, má-li nebo nemá-li zkoumaný objekt danou charakteristiku. Měření je kvantitativní experiment. Používá se, chceme-li znát kvantitativní charakteristiky objektu, jevu nebo procesu. Měření se obyčejně provádí porovnáváním zkoumaného objektu s jiným objektem, který má přesně stanovené vlastnosti. Takový předmět se nazývá etalon nebo se jedná o stupnici stavů.

kniha5.indd 94

21.12.2011 19:53:16


Otázky 1. Při pozorování používá člověk smyslové orgány. Které vynálezy umožnily „prodloužit“ lidské smysly? Které vynálezy dokonce poskytly člověku „doplňkové orgány“ pro vnímání? 2. Které vlastnosti může člověk zjišťovat pouze pomocí přístrojů a ne smyslovými orgány bezprostředně? 3. Vysvětlete na konkrétním příkladu ze základní nebo střední školy nejjednodušší metodu pozorování – metodu shody. 4. Vysvětlete na konkrétním příkladu ze základní nebo střední školy metodu reprezentativního výběru.

Korespondenční úkoly – zpracovat písemně, maximálně 2 stránky jeden úkol Z následujících korespondenčních úkolů zpracujete jeden, který Vám přidělí tutor.

95

KÚ 1 Vysvětlete na konkrétním příkladu přírodovědný experiment. Sledujte při tom cíl experimentu, podmínky, aktivní zásah do průběhu experimentu. KÚ 2 Sledujte tři základní etapy myšlenkového experimentu v textu studijní opory u pokusu na pohyb u Aristotela a u Galilea. a) Porovnejte jednotlivé etapy. b) Proč Aristoteles dospěl k závěru: „Těleso, které se pohybuje, dostane se do stavu klidu, jestliže síla, která je pohání, nepůsobí již tak, že pohání.“ K tomuto závěru totiž běžně dospívají děti. c) Proč Galilei dospěl k závěru: „Není-li těleso ani strkáno, ani taháno, ani není na něj působeno nějakým jiným způsobem, čili stručněji řečeno, nepůsobí-li na těleso vnější síly, potom se pohybuje rovnoměrně, to je stále stejnou rychlostí přímočaře.“ Promyslete, jak povedete Vaše žáky, kteří určitě všichni mají aristotelovské představy o pohybu (jak bylo zjištěno mnoha výzkumy na celém světě včetně nás), aby si tyto představy uvědomili, formulovali je a potom s vaší pomocí dospěli k zákonu setrvačnosti a rovněž jej žáci sami formulovali. Použijte myšlenkový experiment, bude-li to možné. Zapište váš osobní postup včetně prvotního zjištění situace, zda všichni žáci skutečně mají aristotelovské představy o pohybu, a jak provedete rekonstrukci těchto představ na představy přírodovědné.

kniha5.indd 95

21.12.2011 19:53:16

96


KÚ 3 Jak byste vyvozovali zákon setrvačnosti v 7. ročníku základní školy a jak v prvním ročníku gymnázia? a) Kdy, kde a jak použijete reálný experiment? b) Kdy, kde a jak použijete myšlenkový experiment (například zkušenosti žáků při jízdě na kole na rovném terénu za bezvětří a na nerovném terénu, vliv naolejování ložisek, vliv plášťů)? KÚ 4 Zamyslete se nad zákonem setrvačnosti. a) Uveďte vyvození zákona setrvačnosti v různých učebnicích fyziky základní školy, střední školy i vysoké školy, které jsou Vám dostupné (citujete). b) Porovnejte jednotlivá vyvození zákona setrvačnosti (co je shodné, co je rozdílné). c) Mohou na základě některého vyvození zákona setrvačnosti v učebnicích fyziky žáci dospět k Aristotelovskému pochopení pohybu? Které pojmy byste měli používat a které raději nepoužívat, aby žáci pohyb chápali jako I. Newton. d) Který krok při vyvozování zákona setrvačnosti je vždy nutný? e) Navrhněte vyvození zákona setrvačnosti, které podle Vašeho uvážení je pro uvedenou věkovou skupinu žáků nejvhodnější, aby žáci skutečně „pochopili“ zákon setrvačnosti, ne aby jej uměli pouze „zpaměti“ memorovat. KÚ 5 Uveďte typické etapy myšlenkového experimentu na konkrétním příkladu ze střední školy. KÚ 6 Kdy je vhodné ve vyučování přírodovědným předmětům používat myšlenkové experimenty? Uveďte konkrétní příklady. Zdůvodněte vaši volbu. KÚ 7 Kdy není vhodné ve vyučování přírodovědným předmětům používat myšlenkové experimenty? Uveďte konkrétní příklady. Zdůvodněte Vaši volbu. KÚ 8 Provedeme myšlenkový experiment. Představte si, že na základní škole zavádíte pojem „měření“. Uveďte, jak budete postupovat.

kniha5.indd 96

21.12.2011 19:53:17


97

Průvodce studiem Docela dobře jste zvládl/a metody získávání empirických poznatků – pozorování a experiment. Vím, že většinu jste již dobře znal/a, ale utřídění a jiný pohled na věc je někdy užitečný. Podstatné přitom je, že přírodovědná fakta ani vy ani žák nemůže získávat pouhým čtením, je třeba zapojit receptory, které člověk má, nebo přístroje, které mu umožní zprostředkovaně pozorovat. Přírodovědci většinou díky záměrnému pozorování experimentů, které dopředu naplánují, bývají i dobrými pozorovateli svého společenského okolí. Přírodní vědy při pozorování hledají příčiny a potom následky. Toto velmi ovlivňuje způsob myšlení přírodovědců, ale i žáků, kteří používají badatelské metody přírodních věd. Přírodovědec je velmi kritický k různým názorům v médiích, kde někdy je následek pokládán za příčinu – prostě nedokáže zaměnit následek za příčinu, což se často vyskytuje v projevech demagogů.

kniha5.indd 97

21.12.2011 19:53:17

98


4 METODY ROZVOJE VĚDĚNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH V této kapitole se dozvíte: • o metodách rozvoje vědění; • o metodě dedukce v přírodních vědách; • o metodě indukce v přírodních vědách; • o analogii v přírodních vědách. Budete schopni: • navrhnout a použít vědeckou metodu dedukce ve přírodovědném vzdělávání; • navrhnout a použít vědeckou metodu indukce v přírodovědném vzdělávání; • navrhnout a použít vědeckou metodu analogie v přírodovědném vzdělávání. Klíčová slova této kapitoly: metody rozvoje vědění v přírodovědném vzdělávání, metoda dedukce v přírodovědném vzdělávání, metoda indukce v přírodovědném vzdělávání, metoda analogie v přírodovědném vzdělávání, metoda modelování v přírodovědném vzdělávání.

4.1 ÚVOD DO METOD ROZVOJE VĚDĚNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH V moderní vědě mají zvláštní význam metody rozvoje již existujícího vědění. Každá z těchto metod je zvláštním typem přeměny informace, která byla získána na empirické úrovni. Pomocí takové přeměny se vytváří nové nebo se „zlepšuje“ existující vědění, které má nové, cenné charakteristiky – průkaznost, značnou jednoduchost, značnou efektivnost atd. logika

Přeměna neboli transformace informace se přitom musí uskutečnit podle určitých pravidel. Jsou to pravidla závěrů, stanovující závislost pravdivosti výsledků přeměny na pravdivosti výchozích informací – premis (předpokladů). Tato pravidla, bez ohledu na obsah informace, zkoumá speciální věda – logika a její části formální logika a predikátová logika. Ve formální logice se používá termín soud. Soud je každá věta, která něco vypovídá. Na základě soudů, které něco vypovídají, je možno logickou cestou vyvodit úsudek, který vypovídá o něčem dalším. Premisy (předpoklady) jsou soudy, které jsou vstupními soudy ve vyvozování. Úsudek je závěrečný soud, který z uvedených premis logicky vyplývá.

kniha5.indd 98

21.12.2011 19:53:17

METODY ROZVOJE VĚDĚNÍ V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH

99

Mezi metody rozvoje vědění patří: • dedukce, • indukce, • analogie.

4.2 DEDUKCE V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH Jestliže vyvozené závěry nepřesáhnou rámec předpokladů (premis), jedná se o deduktivní vyvození, neboli o dedukci (z latinského slova deductio = vyvození). Jedná se o postup vyvozování od obecného ke konkrétnímu. Dedukce se často používá k tomu, abychom získali v jasné formě informaci, která se nejasně předpokládá v premisách. Nejjednodušší formou deduktivních závěrů jsou sylogismy. Sylogismus je jednoduchý deduktivní úsudek, jehož obě premisy jsou kategorickými soudy, to znamená soudy o existenci nebo neexistenci něčeho.

dedukce

sylogismus

Kategorický soud má schéma „S je (není) P“. Soud vypovídá o subjektu S a nespojuje tuto souvislost S a P (predikátu) s žádnými podmínkami. Příklad sylogismu (deduktivního úsudku) Všechny kovy jsou vodiči elektrického proudu. Soudy Zlato je kov.

}

Tedy zlato je vodičem elektrického proudu.

Premisy Závěr

Na základě dedukce se ve vědě vytvořily velmi výkonné metody teoretické analýzy jako například axiomatické metody, hypoteticko-deduktivní metody, metody matematické hypotézy. - Podstatou axiomatické metody je, že řada vědeckých tezí, vyznačující se svou obecností, samozřejmostí a jinými vlastnostmi, podstatnými pro poznání, se volí jako nedokazované teze – axiómy. Ostatní vědecké teze se z nich vyvozují jako závěry podle logických pravidel. Zpočátku se sféra aplikace axiomatické metody omezo¬vala především na oblast matematiky, v současné době proniká axiomatická metoda do fyziky (zejména teoretické fyziky), biologie a dokonce i jazykovědy. - Hypoteticko-deduktivní metoda je blízká svou podstatou axiomatické metodě, liší se však od ní tím, že jejím východiskem nejsou teoretické teze (axiómy), ale souhrn zkušenostních faktů – empirické poznatky. Pro vysvětlení těchto

kniha5.indd 99

21.12.2011 19:53:17

100


faktů jsou stanoveny hypotézy, z nichž se pak pomocí dedukce vyvozuje závěr jako poznatek, který ztrácí svůj čistě empirický charakter. Jestliže z hypotézy získáme závěr, který je v rozporu s empirickým poznatkem (zkušenostním faktem), znamená to, že je hypotéza v něčem nepravdivá nebo je empirický poznatek nepřesný.

Příklad Ze zákonů Newtonovy mechaniky plynulo, že Země není koule, proto sám Newton pochyboval o svých zákonech. Přesto se ukázalo, že zákony klasické mechaniky jsou správné, protože nová, přesnější měření potvrdila deduktivní závěry plynoucí z Newtonovy mechaniky a dokázala, že Země má tvar přibližně rotačního elipsoidu. Jestliže však jsou empirické poznatky nezvratné, hypotéza, která jim odporuje, musí být zavržena nebo změněna. Hypotéza, potvrzená empirickými poznatky a zvláště na jejím základě provedené předpovědi nových, dříve neznámých faktů, které se později potvrzují, je argumentem ve prospěch pravdivosti hypotézy. Shoda deduktivních závěrů z hypotéz se zkušenostními fakty však nutně neznamená pravdivost těchto závěrů. Zkušenostním faktům může současně odpovídat celá řada různých hypotéz.

Příklad Pád tunguzského meteoritu může být vysvětlen na základě nejrůznějších hypotéz, včetně hypotézy o kosmické lodi. Současně platí, že i když se ukáže, že hypotéza není pravdivou, přesto je velkým stimulem vědeckého myšlení. Pomocí dedukce získáváme poznatky, které byly již nejasně obsaženy v premisách. Avšak tyto poznatky získávají v procesu deduktivního vyvozování novou, pro praktickou činnost nejdůležitější zvláštnost – sebeuvědomění.

kniha5.indd 100

Příklady - Archimedův zákon byl objeven již ve starém Řecku, avšak po celá staletí nemohli stavitelé lodí určit, jak hluboko se loď ponoří při spouštění do vody. - Čistě deduktivní cestou je možno dělat ze známých faktů a obecných tezí skutečné objevy. Příkladem může být objev planety Neptun, o kterém jsme již psali v kapitole 1.3.

21.12.2011 19:53:17


4.3 INDUKCE V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH Indukce označuje ve smyslu tradiční logiky vyvozování od dílčího k obecnému. V současné době se však ve vědeckém poznání chápe indukce mnohem šířeji. Indukce (z latinského slova inductio = přenesení) neboli induktivní závěry získáme rozšířením informace získané zkoumáním určitého počtu objektů na nové objekty.

101

indukce

V reálném procesu poznávání vždy vystupují indukce a dedukce společně. Problém indukce vzniká ve vědě v souvislosti s otázkou, odkud se bere poznatek, který slouží jako premisa de¬duktivního závěru. Odpověď na tuto otázku je spojována se smyslovým zdrojem našeho poznání. Zkoumali jsme již metody pozorování a experiment, s jejichž pomocí získáváme empirické poznatky. Avšak empirický poznatek vyžaduje zobecnění. Úsilí mnoha logiků, zvláště od počátku bouřlivého vývoje empirických věd, směřovalo k nalezení logických metod, s jejichž pomocí by bylo možno přecházet od faktů jednotlivých pozorování k obecnému závěru. Jednodušší formou induktivního závěru je indukce vyčíslením. Při ní se závěr o určité třídě jevů provádí na základě prozkoumání některých předmětů dané třídy. Teze získané induktivní cestou, vyčíslením, nejsou průkazné, protože překračují rámec meze faktů popisovaných v premisách. Mají však určitý stupeň pravděpodobnosti. Tento stupeň je v různých případech různý. Moderní logika vytváří na základě teorie pravděpodobnosti metody, které pomáhají stanovit stupeň pravděpodobnosti induktivních závěrů. Byla vytvořena tzv. pravděpodobnostní logika, která je základem moderní teorie indukce. Teze teorie pravděpodobnosti jsou také základem jiné, induktivní metodě příbuzné, metodě analýzy zkušenostních faktů – statistické metody. Jedná-li se v premisách induktivního závěru o jednotlivá fakta a závěr je obecným soudem, potom statistické metody jsou založeny na stanovení kvantitativních, číselných vztahů ve velkých počtech jednotlivých pozorování. Statistické metody jsou v současné době široce aplikovány v nejrůznějších vědách, ve fyzice, biologii, chemii atd. Zvláštní význam mají při zkoumání společenských jevů a pedagogických jevů. Matematická statistika určuje podmínky, jejichž splnění umožňuje, aby se výsledky statistického zkoumání staly přesnějšími. V širokém slova smyslu se indukcí nazývá souhrn řady empirických metod, přechod od známého k neznámému, souhrn způsobů zobecňování, analýzy faktů opírajících se o pozorování, experiment a praxi. Je to forma poznání od empirické úrovně až k úrovni teoretické. Zahrnuje tedy nejenom populární indukci, ale zahrnuje i metodu analogie, statistický popis i statistické závěry, postupy vědecké indukce, které rozpracoval J. S. Mill,

kniha5.indd 101

21.12.2011 19:53:17

102


a další formy extrapolace od známého k neznámému. Indukce je složitá cesta vyvozování hypotetických závěrů ze známých tvrzení, z faktů, událostí, jevů, které získáme při pozorování, experimentech atd. Cílem induktivních metod je proniknout do podstaty jevů, odhalovat jejich zákonitosti. Tohoto cíle se dosahuje v hypotéze a teorii.

analogie

4.4 ANALOGIE V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH Mezi závěry důležité místo v současné době zaujímají závěry podle analogie. Jsou mezi ně často zařazovány jen takové závěry, v nichž se libovolný znak přenáší z jednoho předmětu na druhý na základě toho, že u těchto předmětů jsou některé znaky obecné. Závěry tohoto typu jsou v současné vědě málo uplatňovány. Mnohem častěji se nyní analogií chápou závěry na základě obecnosti vztahů ve srovnávacích systémech.

Příklad Závěry na základě analogie byly použity při tvorbě dnes již historického planetárního modelu atomu (E. Rurherford a N. Bohr), který představuje strukturu podle analogie se strukturou Sluneční soustavy. V širokém slova smyslu lze závěry z analogie definovat jako přenos informace, získané při zkoumání jednoho objektu – modelu, na druhý objekt, nazývaný prototypem (nebo vzorkem, originálem). Důvody, které umožňují činit takový závěr, mohou být různé. Může to být například výskyt obecných vlastností nebo jednoznačného souladu prvků modelu a prototypu (izomorfismus). Protože závěry podle analogie jsou logickým základem pro využití modelů v procesu poznání, nemluvíme o dvou různých metodách – analogii a modelování, ale o jedné metodě – analogii-modelování, kterou je možno zkoumat z různých aspektů.

4.4.1 Modelování Podstata modelů a prototypů mívá nejrůznější charakter. Mohou to být především dva různé látkové objekty. Takové modely jsou široce užívané v technice.

kniha5.indd 102

Příklad Jedná se například o různé modely proudění tekutin nebo modely turbín. Výsledky získané při zkoumání modelu se přenášejí na prototyp a praxe nejširší aplikace modelů v pro-

21.12.2011 19:53:17


103

jekční činnosti svědčí o tom, že na získané závěry je možno se spolehnout. Model hydrouzlu je například svou vnější podobou zcela podobný svému prototypu. Nejčastěji nebývá mezi modelem a prototypem žádná vnější podoba. Například pro model železničního uzlu se nepoužívá konstrukce prostorově podobná svému prototypu, ale počítačový model. Modelem může být materiální objekt, jehož prototypem je určité formální, teoretické schéma. Příklad Schéma deduktivního myšlení (myšlení založeného na dedukci) může být reprodukováno v počítači, jehož činnost je v takovém případě modelem tohoto myšlení. Informace získané jako výsledek práce podobného modelu nahrazuje do určité míry reálný proces lidského myšlení (cesta k umělé inteligenci).

Často vystupuje model jako určité abstraktní schéma a prototyp naopak jako reálný jev v celé mnohotvárnosti svých znaků. Příklad Prototypem mohou být konkrétní formy jazyka a modely jsou určité formální konstrukce zobecňující tato fakta. Oba srovnávané objekty – model a prototyp – mohou konečně představovat teoretické konstrukce. Toho se využívá při odhalování analogií, třeba mezi logikou a algebrou, nebo mezi různými fyzikálními a matematickými teoriemi atd. Nesmírně praktický význam má objevení podmínek, za nichž závěry podle analogie mají určitou pravděpodobnost, čímž se také potvrzuje oprávněnost využití příslušných modelů při zkoumání určitých jevů. Vzhledem k řadě důležitých případů jsou podmínky zvýšení pravděpodobnosti závěrů podle analogie vyjasněny dostatečně podrobně. Tak pro případ, kdy model a prototyp jsou popisovány matematickými rovnicemi, je vytvořena speciální disciplína – teorie podobnosti, v níž se definují dostatečné a nutné podmínky jevů. Dospělo se i k některým jiným pravidlům závěru podle analogie. Avšak v mnohých případech čeká problém definice podmínek odůvodněnosti závěrů podle analogie ještě na své řešení.

kniha5.indd 103

21.12.2011 19:53:17

104


model ve fyzice

4.4.2 Modely v přírodních vědách Model v přírodovědném pojetí je vždy modelem reality. Vzhledem k objektu je model abstraktnější, idealizovaný a obecnější. Model v matematickém pojetí (model teorie) je každá interpretace matematického systému. Model je konkrétnější, speciálnější. V současné době je snaha po jednotném pojetí modelu, i když je rozdíl v užívání modelu. Proto se používá definice modelu založená na pojmu rozšířený izomorfismus (homomorfismus). Model v přírodních vědách by měl splňovat tyto podmínky: 1. Mezi modelovým objektem a modelem existuje vztah přirozeného izomorfismu (případně homomorfismu), 2. Model přináší nové informace, slouží k popisu, objasnění, zapamatování originálu atd. 3. Užití modelu je ověřeno praxí. Uvedené pojetí modelu umožňuje jednotný přístup i ve výuce matematiky a fyziky. S jakými modely pracuje fyzika, jaká je jejich funkce? a) modely podle realizace – materiální a ideální, b) modely podle typu shody s modelovým objektem: - modely – idealizace, - modely spočívající na shodě vnitřní struktury různých fyzikálních systémů, - modelové konstrukce, - modely znakové (matematické, grafické aj.), c) modely podle funkce: - model experimentu, - model dat, - model jako reprodukce (imitace) fyzikálního systému, - model jako podklad pro vybudování teorie, - model jako most mezi teorií a fyzikální skutečností, - model jako interpretace fyzikální teorie, - model jako kritérium správnosti, - model jako důkaz správnosti, - model ve funkci vysvětlující (explanační), - model ve funkci uspořádání (klasifikující), - model jako prostředek získávání nových poznatků, - model jako prostředek předvídání (funkce predikce) aj.

kniha5.indd 104

21.12.2011 19:53:17


105

4.4.3 Modely v přírodovědném vyučování Model v přírodovědném vyučování má dvojí postavení: 1. model jako prostředek nebo způsob výuky. 2. model jako vlastní zobrazení přírodovědné reality. a) Gnozeologické aspekty užití modelování v přírodovědném vyučování: - vztah přírodovědné reality a jejího popisu, - ztotožňování reality a jejího popisu, - neporozumění vývoji přírodovědných poznatků, - absolutizace určitého přírodovědného modelu nebo teorie. b) Didakticko-psychologické aspekty užití modelování v přírodovědném vyučování: - význam modelu pro integraci učiva přírodních věd, - význam modelu pro pochopení struktury učiva, - model a vysvětlení učiva, modelování a názornost, - model při osvojení učiva, jeho zapamatování a vybavování, - model jako jedna z obecných metod myšlení. Příklad: Ideální modely v učivu fyziky Ideální modely v učivu fyziky převážně vycházejí z vědeckých modelů, které jsou nezbytně zjednodušeny. V celkem malé míře jsou ideální modely specificky vytvořené pro vyučování fyzice. Některé modely jsou podrobněji propracovány z hlediska využití ve vyučování fyzice (J. Vachek, O. Lepil 1980). Jedná se o tyto modely: - modely – idealizace, - obrazy a grafické modely, - modely analogie, - znakové modely, zvláště matematické.

ideální modely

Jako příklad, jak se projeví systematické zavedení modelů, byly rozpracovány tyto modely: - fyzikální pole a jejich modelování, - elektrický proud a modely elektrické vodivosti. POZNÁMKA: Ideální modely byly podrobněji probrány v části 2.2.1 Idealizace objektů a procesů.

kniha5.indd 105

21.12.2011 19:53:17

106


4.5 POUŽÍVÁNÍ VĚDECKÝCH PŘÍRODOVĚDNÝCH METOD V PŘÍRODOVĚDNÉM VZDĚLÁVÁNÍ Otázkám metod poznání v přírodovědném vzdělávání se u nás až dosud věnovala poměrně malá pozornost. V minulosti byla metodám přírodovědného poznání věnována poměrně značná pozornost na základní škole. Na středních školách metodologické aspekty přírodovědného poznání byly v přírodovědné výuce většinou opomíjeny, a to na úkor prezentace „hotových poznatků“. Jak vypadá situace u našich nejbližších sousedů za hranicemi? Nesrovnatelně větší pozornost je věnována problematice poznávacích a pracovních metod ve vyučování fyzice v Německu. Učební osnovy kladou důraz na experimentální charakter vyučování. Experiment je základním prostředkem jak pro osvojování pracovních postupů, tak pro získání nových vědomostí, čili experiment plní funkci poznávací i metodologickou. Například v 8. a 9. ročníku je zaváděna na konkrétním příkladu metoda indukce a dedukce. V Rusku se otázkami poznávacích metod přírodních věd zabývali a dále soustavně zabývají. Prosazuje se myšlenka vypracovat ucelenou soustavu vědomostí o nejobecnějších metodách vědeckého poznání a zařadit je do učebnic (L. J. Zorinová, 1977). K těmto tak zvaným metodologickým vědomostem a dovednostem by měly patřit zejména: - vědomosti a dovednosti o způsobech získávání vědeckých poznatků, - vědomosti a dovednosti o způsobech prověřování vědeckých poznatků, - vědomosti a dovednosti o způsobech idealizace objektů a jevů, - vědomosti a dovednosti o způsobech formalizace objektů a jevů, - vědomosti a dovednosti o používání obecných vědeckých pojmů: fakt, jev, proces, definice, pravidlo, zákon, princip, postulát, axiom, experiment, teorie, hypotéza, příčina, důsledek atd. Uvedené skupiny vědomostí a dovedností, které se ve vyučování vztahují vždy k předmětovému učivu, nepatří vzhledem k jejich významu k předmětovým vědomostem a dovednostem, ale k metodologickým vědomostem a dovednostem, čili k přírodovědným kompetencím žáka. Doporučuje se proto začlenit je nejen do učebnic všech přírodovědných předmětů. Osvojení metodologických vědomostí a dovedností patří do oblasti základních vzdělávacích cílů celého přírodovědného vzdělávání. Charakter vzdělávacích cílů, přesněji řečeno kompetencí, mají rovněž přírodovědné postupy, které navrhují k zařazení do základního učiva přírodovědné výuky i někteří západoevropští pedagogové. Jedna rozpracovaná soustava základních přírodovědných postupů obsahuje tyto pojmy: třídění, sdělování, řízení proměnných veličin, operační definování, navrhování experimentů, vytváření modelů, vytváření hypotéz, formulace závěrů,

kniha5.indd 106

21.12.2011 19:53:17


107

interpretace výsledků, pozorování, měření, předvídání, formulace otázek, užívání čísel, užívání prostoročasových údajů. Průvodce studiem Kapitola byla dosti náročná. Myslím, že byste si měl/a odpočinout a teprve potom přečíst poměrně dlouhé shrnutí kapitoly. Cílem tohoto shrnutí je systematizace Vašich vědomostí tak, abyste snadno odpověděl/a na následné otázky. Za náročnou kapitolou jsou také náročné korespondenční úkoly. Však jste také dostatečně hloubavý/á, že je při troše hlubšího zamyšlení zvládnete. Slibuji, že poslední kapitola, která bude následovat, bude zajímavější a úkoly na jejím konci mnohem jednodušší – máte se na co těšit!.

SHRNUTÍ KAPITOLY V moderní vědě mají zvláštní význam metody rozvoje již existujícího vědění. Každá z těchto metod je zvláštním typem přeměny informace, která byla získána na empirické úrovni. Pomocí takové přeměny se vytváří nové nebo se „zlepšuje“ existující vědění. Transformace informace se přitom musí uskutečnit podle určitých pravidel. Jsou to pravidla závěrů, stanovující závislost pravdivosti výsledků přeměny na pravdivosti výchozích informací – premis (předpokladů). Tato pravidla, bez ohledu na obsah informace, zkoumá speciální věda – logika a její části formální logika a predikátová logika. Ve formální logice se používá termín soud. Soud je každá věta, která něco vypovídá. Na základě soudů, které něco vypovídají, je možno logickou cestou vyvodit úsudek, který vypovídá o něčem dalším. Premisy (předpoklady) jsou soudy, které jsou vstupními soudy ve vyvozování. Úsudek je závěrečný soud, který z uvedených premis logicky vyplývá. Mezi metody rozvoje vědění patří dedukce, indukce a analogie. Deduktivní vyvození neboli dedukce dává vyvozené závěry, které nepřesáhnou rámec předpokladů (premis). Jedná se o postup od obecného ke konkrétnímu. Dedukce se často používá k tomu, abychom získali v jasné formě informaci, která se nejasně předpokládá v premisách. Na základě dedukce se ve vědě vytvořily velmi výkonné metody teoretické analýzy. Podstatou axiomatické metody je, že řada vědeckých tezí, vyznačující se svou obecností, samozřejmostí a jinými vlastnostmi pod-

kniha5.indd 107

21.12.2011 19:53:17

108


statnými pro poznání, se volí jako nedokazované teze – axiómy. Ostatní vědecké teze se z nich vyvozují jako závěry podle logických pravidel. Zpočátku se sféra aplikace axiomatické metody omezo¬vala především na oblast matematiky, v současné době proniká axiomatická metoda do fyziky (zejména teoretické fyziky), biologie a dokonce i jazykovědy. Hypoteticko-deduktivní metoda je blízká svou podstatou axiomatické metodě, jejím východiskem je souhrn zkušenostních faktů – empirické poznatky. Pro vysvětlení těchto faktů jsou stanoveny hypotézy, z nichž se pak pomocí dedukce vyvozuje závěr jako poznatek, který ztrácí svůj čistě empirický charakter. Jestliže z hypotézy získáme závěr, který je v rozporu s empirickým poznatkem (zkušenostním faktem), znamená to, že je hypotéza v něčem nepravdivá nebo je empirický poznatek nepřesný. Indukce označuje úsudek od dílčího k obecnému. V současné době se však ve vědeckém poznání chápe indukce mnohem šířeji. Induktivní závěry získáme rozšířením informace získané zkoumáním určitého počtu objektů na nové objekty. V reálném procesu poznávání vždy vystupují indukce a dedukce společně. Nejjednodušší formou induktivního závěru je indukce vyčíslením. Při ní se závěr o určité třídě jevů provádí na základě prozkoumání některých předmětů dané třídy. Teze získané induktivní cestou, vyčíslením, nejsou prů¬kazné, protože překračují rámec meze faktů popisovaných v premisách. Moderní logika vytváří na základě teorie pravděpodobnosti metody, které pomáhají stanovit stupeň pravděpodobnosti induktivních závěrů. Byla vytvořena tzv. pravděpodobnostní logika, která je základem moderní teorie indukce. Obecně se dnes indukcí nazývá souhrn řady empirických metod, přechod od známého k neznámému, souhrn způsobů zobecňování, analýzy faktů opírajících se o pozorování, experiment a praxi. Je to forma poznání od empirické úrovně až k úrovni teoretické. Zahrnuje tedy nejenom populární indukci, ale zahrnuje i metodu analogie, statistický popis i statistické závěry, postupy vědecké indukce a další formy extrapolace od známého k neznámému. Cílem induktivních metod je proniknout do podstaty jevů, odhalovat jejich zákonitosti. Tohoto cíle se dosahuje v hypotéze a teorii. Závěry z analogie lze definovat jako přenos informace, získané při zkoumání jednoho objektu – modelu, na druhý objekt, nazývaný prototypem (nebo vzorkem, originálem). Důvody, které umožňují činit takový závěr, mohou být různé. Může to být například výskyt obecných vlastností nebo jednoznačného souladu prvků modelu a prototypu (izomorfismus). Protože závěry podle analogie jsou logickým základem pro využití modelů v procesu poznání, nemluvíme o dvou různých metodách – analogii

kniha5.indd 108

21.12.2011 19:53:17


109

a modelování, ale o jedné metodě – analogii-modelování, kterou je možno zkoumat z různých aspektů. Model v přírodovědném pojetí je vždy modelem reality. Vzhledem k objektu je model abstraktnější, idealizovaný a obecnější. Model v matematickém pojetí (model teorie) je každá interpretace matematického systému. Model je konkrétnější, speciálnější. V současné době je snaha po jednotném pojetí modelu. Proto se používá definice modelu založená na pojmu rozšířený izomorfismus (homomorfismus). Model v přírodních vědách by měl splňovat tyto podmínky: mezi modelovým objektem a modelem existuje vztah přirozeného izomorfismu (případně homomorfismu), model přináší nové informace, slouží k popisu, objasnění, zapamatování originálu atd., užití modelu je ověřeno praxí. Uvedené pojetí modelu umožňuje jednotný přístup ve vzdělávání matematice i v přírodních vědách. Ve vzdělávání fyzice jsou používány zejména tyto modely: modely podle realizace – materiální a ideální, modely podle typu shody s modelovým objektem: modely – idealizace, modely spočívající na shodě vnitřní struktury různých fyzikálních systémů, modelové konstrukce, modely znakové (matematické, grafické aj.), modely podle funkce: model experimentu, model dat, model jako reprodukce (imitace) fyzikálního systému, model jako podklad pro vybudování teorie, model jako most mezi teorií a fyzikální skutečností, model jako interpretace fyzikální teorie, model jako kritérium správnosti, model jako důkaz správnosti, model ve funkci vysvětlující (explanační), model ve funkci uspořádání (klasifikující), model jako prostředek získávání nových poznatků, model jako prostředek předvídání (funkce predikce) aj.

Otázky 1. Vysvětlete základní pojmy formální logiky: soud, premisa, úsudek. 2. Které metody patří k metodám rozvoje vědění? 3. Popište deduktivní způsob vyvozování. 4. Co soudíte o pravdivost úsudku v deduktivním vyvozování? Zdůvodněte. 5. Kdy použijete deduktivní způsob vyvozování? Uveďte věkovou skupinu. 6. Popište způsob vyvozování jednoduchým sylogismem. 7. Popište induktivní způsob vyvozování. 8. Co soudíte o pravdivost úsudku v induktivním vyvozování? Zdůvodněte. 9. Kdy použijete induktivní způsob vyvozování? Uveďte věkovou skupinu. 10. Popište způsob vyvozování z analogie. 11. Co soudíte o pravdivost úsudku při vyvozování z analogie? Zdůvodněte. 12. Ke kterému způsobu vyvozování přiřadíte modelování? Zdůvodněte. 13. Které skupiny modelů používáte ve vzdělávání fyzice?

kniha5.indd 109

21.12.2011 19:53:17

110


Korespondenční úkoly – zpracovat písemně, maximálně 2 stránky jeden úkol Z následujících korespondenčních úkolů zpracujete jeden. KÚ 1 Na základě analýzy učebnic přírodovědných předmětů základní nebo střední školy uveďte konkrétní příklady vyvozování dedukcí na základní nebo střední škole. Uvádějte přesné citace, protože se ke zpracování materiálu vrátíte později. KÚ 2 Zpracujte návrh vyvozování dedukcí pro základní nebo střední školu. KÚ 3 Na základě analýzy učebnic základní nebo střední školy uveďte konkrétní příklady vyvozování indukcí. Uvádějte přesné citace, protože se ke zpracování materiálu vrátíte později. KÚ 4 Zpracujte návrh vyvozování indukcí pro základní nebo střední školu. Návrh ověřte ve školní praxi. KÚ 5 Na základě analýzy učebnic základní nebo střední školy uveďte konkrétní příklady vyvozování na základě analogie. Uvádějte přesné citace, protože se ke zpracování materiálu vrátíte později. KÚ 6 Zpracujte návrh vyvozování na základě analogie pro základní nebo střední školu. Návrh ověřte ve školní praxi. KÚ 7 Zpracujte vlastní návrh vyvozování pomocí modelování ve vzdělávání přírodovědným předmětům na základní nebo střední škole. KÚ 8 Proveďte analýzu používání všech vědeckých přírodovědných metod ve vyučování přírodovědným předmětům na základě učebnic pro základní školu nebo učebnic pro střední školu. K analýze použijte alespoň dvě učebnice daného typu školy. V závěrech uveďte metody od nejčastěji používaných metod k nejméně používaným. Na základě analýzy formulujte závěr, které metody jsou nejčastěji používány v učebnicích pro základní nebo střední školu.

kniha5.indd 110

21.12.2011 19:53:17


111

Další zdroje • BEDNAŘÍK, M. Metody fyziky v soustavě fyzikálního vzdělávání. In: Acta Universitatis Palackinae Olomoucensis, Facultatis, Rerum Naturalis – TOM 73. Olomouc, 1982, s. 175 – 198. • VACHEK, J., LEPIL, O. Modely a modelování ve vyučování fyzice. Praha: SPN, 1980.

kniha5.indd 111

21.12.2011 19:53:17

112


5 METODOLOGICKÁ ANALÝZA OBSAHU VZDĚLÁVÁNÍ PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ V této kapitole se dozvíte: • co patří do obsahu vzdělávání ve fyzice; • o efektivnosti vzdělávacího procesu z hlediska žáka na základě informačního modelu; • o vytváření přírodovědných pojmů u žáků; • o vytváření přírodovědeckých empirických zákonů u žáků. Budete schopni: • připravit a realizovat vzdělávací proces ve fyzice tak, aby efektivnost procesu z hlediska žáka byla co největší; • navrhnout a realizovat proces vytváření fyzikálních pojmů u žáků s využitím Jammerova modelu utváření a rozvoje přírodovědných pojmů; • navrhnout a realizovat vyvozování empirického zákona ve fyzice. Klíčová slova této kapitoly: obsah vzdělávání ve fyzice, základní články logické struktury fyziky, informační model vzdělávacího procesu, efektivnost vzdělávacího procesu, přírodovědné pojmy, model utváření a rozvoje přírodovědných pojmů, empirický zákon.

Obsah vzdělávání

kniha5.indd 112

5.1 OBSAH VZDĚLÁVÁNÍ PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ Obsahem vzdělávání chápeme objektivní soubor poznatků věd a techniky jako soubor operací a úkonů. Od obsahu vzdělávání odlišujeme stav vzdělání žáka jako subjektivní výslednici vzdělávacího procesu. Schematicky lze uvažovat, že především vyučovací proces zajišťuje, aby 1. poznatek vědy se stal vědomostí žáka, 2. technická, umělecká, vědecká, praktická aktivita se stala dovedností žáka, 3. racionální poznávací operace používaná v praxi, ve vědě, v technice se stala poznávací schopností žáka, 4. filozofický soud, poučka, se stala přesvědčením spojeným s postojem žáka.

21.12.2011 19:53:17

METODOLOGICKÁ ANALÝZA OBSAHU VZDĚLÁVÁNÍ PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ

113

To znamená, že obsah vzdělávání přírodním vědám, do něhož patří • vědecký systém jednotlivých přírodních věd, tj. jednotlivá fakta, pojmy, zákony, principy, teorie, • teoretická a experimentální aktivita v přírodních vědách, • poznávací operace v přírodních vědách a • filozofické závěry přírodních věd, prostřednictvím vyučovacího procesu se transformuje v přírodovědné vědomosti žáka, poznávací schopnosti žáka, v přesvědčení a postoje žáka. Metodologická analýza obsahu vzdělávání dovoluje objevit společné didaktické ideje pro celou skupinu přírodovědných předmětů. V této analýze budeme proto postupně sledovat základní články logické struktury přírodních věd od nejjednoduššího článku ke složitějším. Začneme informacemi o faktech, budeme pokračovat pojmy, zákony, principy a přírodovědnými teoriemi. Současně budeme uvedené prvky logické struktury jednotlivých přírodních věd navzájem porovnávat. Na obr. 5.1 je uveden příklad logické struktury fyziky. Obdobnou strukturu mají všechny přírodní vědy.

logická struktura fyziky

Obr. 5.1 Logická struktura fyziky

Fyzikální teorie Fyzikální principy Fyzikální zákony Fyzikální pojmy Informace o fyzikálních faktech

Úkoly k textu 1. Určete, co patří do obsahu přírodovědného vzdělávání. 2. Určete základní články logické struktury fyziky.

kniha5.indd 113

21.12.2011 19:53:17

114


5.2 PRVKY OBSAHU VZDĚLÁVÁNÍ PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ Provedeme analýzu metodologického obsahu vzdělávání přírodovědných předmětů. Chceme seskupit přírodovědné materiály tak, abychom prokázali, že je možné společné, integrované „přírodovědné“ vzdělávání. Jedná se o společné v oblasti vzdělávacích cílů, základních kategorií, základních intelektuálních a psychomotorických činností. Z hlediska určité „společné“ metodologie přírodovědných disciplín prvky obsahu vzdělávání i vyučování musejí „odrážet“, „zobrazovat“ logické struktury jednotlivých přírodovědných disciplín. „Odraz“ nebo „zobrazení“ neznamená, že všechny složky struktury vědy musejí vstupovat do vyučovacího předmětu a tvořit jej. Rovněž i jazyk, kterým jsou tyto složky struktury vědy uváděny či formulovány, nemusí se shodovat s vědeckým jazykem. O tom, které složky přírodovědných disciplín budou vybrány a jak budou zobrazeny, rozhodují vzdělávací cíle, věk žáka a tvůrčí možnosti didaktiky daného předmětu. vzdělávací cíle

vyjadřovací jazyk

kniha5.indd 114

Přijetí určitých a ne jiných vzdělávacích cílů v následné fázi v určité míře determinuje výběr obsahu vzdělávání. Například v letech 1951–1960 v přírodovědných předmětech dominoval cíl pod názvem „polytechnizace“. Objektivně musíme uvést, že každá historická etapa má přinejmenším své oblíbené „módy“ nebo „trendy“ v oblasti cílů. Hodnocení a klasifikace žáků musí brát tyto cíle na zřetel. Kolem roku 1988 oblast cílů byla charakterizována „zteoretičtěním“ vzdělávání, v dnešní době se jedná o přiblížení vzdělávání životu člověka. Druhým činitelem, který rozhoduje o tom, které struktury vědy se objeví v obsahu vzdělávacího předmětu, je postulát didaktického zavedení jednotlivých prvků vědy. Je to činitel objektivnější než vzdělávací cíle. Jazyk přírodních věd je velmi vzdálen od obecného jazyka, protože operuje abstraktními pojmy, které se nejčastěji vztahují k oblastem nedostupným každodenní praxi člověka, navíc operuje bohatou symbolikou, zkráceným matematickým záznamem (V. F. Weisskopf, 1976). Toto je důvodem, proč přírodovědné didaktiky vypracovávají zvláštní vyjadřovací jazyk, který je s určitou mírou přesný, ale je názorný, obrazný, který umí mluvit k žákovi, povzbuzovat ho k činnosti, aby později žák tímto jazykem operoval jako nástrojem dalšího poznání. S tímto záměrem byl například zpracován Slovník školské fyziky (1989), kde jsou uvedena pojetí jejich obsahu ve školské fyzice. Následně byl vytvořen Výkladový slovník fyziky pro základní vysokoškolský kurz (Mechlová, Košťál, 1999). Všechno se to děje proto, aby se žákovi ulehčila percepce obsahu přírodních věd. Může se stát, že určitá oblast, velmi důležitá z hlediska přírodní vědy, není v obsahu vzdělávání proto, že didaktika nepřipravila vhodný jazyk pro tuto oblast. Například ve fyzice se jedná o pojem „Schrödingerova rovnice“. Úkol k textu Jak chápete termín „integrované přírodovědné vzdělávání“?

21.12.2011 19:53:17


Úkoly k zamyšlení Které přírodovědné obory, podle Vašeho názoru, mají dosti názorný vyjadřovací jazyk? Které přírodovědné obory, podle Vašeho názoru, mají nenázorný vyjadřovací jazyk?

5.3 INFORMAČNÍ MODEL VZDĚLÁVACÍHO PROCESU Každé učební osnovy musejí obsahovat informace o vědeckých faktech daného oboru. Neexistují osnovy bez těchto informací. Uvedené informace však přicházejí k žákovi z různých jiných zdrojů informací, a ne z učebních osnov. Zavedeme určitý teoretický model (U), který budeme považovat za informační zdroj pro žáka, při čemž model (U) má tuto strukturu (viz obr. 5.2): a) osobnost učitele, b) učební osnovy, c) učebnice, d) školní experiment, e) didaktické prostředky.

115

informační model vzdělávacího procesu

Současně s modelem (U) se dále vyskytují jiné zdroje informací: (1) mimoškolní zdroje informací – internet, rozhlas, televize, film, kniha, časopisy, turistika atd. (2) mimopředmětové školní zdroje informací – zájmový kroužek, ostatní předměty. Působení informačních zdrojů (U), (1), (2) je navzájem nezávislé, oddělené. Mohou se navzájem doplňovat, sčítat, až dají výslednou dominanci jednoho z nich, například (U). Navíc systém žák (Ž), není pasivní. Přijímání informací žákem je selektivní proces (výběrový proces). Tento proces může probíhat různými způsoby. Například žák může zcela „vypnout“ tok informací ze zdroje (U) a přijímat informace ze zbývajících zdrojů. Zjistíte to tak, že se žák velmi zajímá o fyziku v Domě přírodovědců (radioamatérský kroužek), ale ve vyučovacích hodinách fyziky je myšlenkově nepřítomný, nemá patřičné vědomosti a nerozvíjí své dovednosti. Nebo jsou žáci, kteří hodně čtou populární fyzikální literaturu, ale nemají systematické vědomosti a dosahují špatných školních výsledků. A naopak, jsou známi žáci, kteří dobře rozumějí školní fyzice na základě výkladu učitele, učebnice, ale nevědí nic navíc, nemají žádné informace o novinkách současné vědy z časopisů apod. V myšlení žáka podléhá každá informace „zpracování“ a to je nejdůležitější fáze v informačním systému. Tehdy se žák rozhoduje o tom, zda informaci přijme, či nikoli.

kniha5.indd 115

21.12.2011 19:53:17

116


Obr. 5.2 Informační model vzdělávacího procesu.

V obrázku 5.2 jsou prvky informačního systému: (U) – zdroj informací o struktuře: osobnost učitele, osnovy, učebnice, školní experiment, didaktické prostředky; (1) – mimoškolní zdroje informací, např. internet, rozhlas, televize, film, kniha, časopis; (2) – mimopředmětové školní zdroje informací, např. ostatní předměty, zájmový kroužek; Ž1, Ž2, … Žn, – jednot¬liví žáci; šipky znázorňují vazby a možné toky informací mezi jednotlivými prvky informačního modelu vzdělávacího procesu. Budeme sledovat přijímání informací systémem žák. Zaměříme se na možnosti ztráty informací systémem žák při příjímání a zpracování informací. Dále vezmeme v úvahu, že při vytvoření systému informací v systému žák může tento systém vytvářet (generovat) nové informace. Jednotlivé etapy při přijímání a zpracování informací systémem žák jsou: • hodnocení informací žákem, • výběr informací žákem, • zapamatování informací žákem, • transformace informací u žáka, • generování nových informací žákem. V uvedeném informačním modelu v závěru vzdělávacího procesu hodnotíme závislost efektivnosti vzdělávacího procesu žáka na množství informací v jednotlivých etapách přijímání a zpracování informací. Budeme proto analyzovat jednotlivé etapy informačního modelu podrobněji na konkrétním příkladu fyziky, kde to bude nutné.

kniha5.indd 116

21.12.2011 19:53:17


5.3.1 Hodnocení informací žákem Každý žák nezávisle na věku a vědomostech hodnotí to, o čem se dovídá. Buď se mu to líbí, nebo ho to nudí, nebo je to pro něj zajímavé, srozumitelné, přitažlivé, užitečné atd. Procesy hodnocení mohou u žáka probíhat i bez jejich uvědomění a mají vliv na další fáze učení žáka. Učitel může napomoci tomu, aby hodnocení vědomostí, které přicházejí k žákovi, nemělo za následek brzdění jeho procesu učení. Toto je možné pouze tehdy, když učitel žáka pozoruje, zkoumá ho, sonduje jeho postoj vzhledem ke zdroji informací. Zde nastává první ztráta množství informací.

5.3.2 Výběr informací žákem Žák vybírá pouze ty informace, o nichž uzná, že mu stojí za to je vybírat. Bylo by naivní přijmout předpoklad, že žák v procesu učení přijímá celou množinu informací, které k němu dospívají ze zdrojů informací (U), (1), (2). Z psychologie učení plyne, že intelektuální schopnosti žáka se poznají během selekce (výběru) informací. Žák vybírá pouze ty informace, které z rozmanitých důvodů uznal za hodny toho, aby se jimi zabýval. V prvním období vzdělávání v určité přírodní vědě proto rozhoduje intelektuální zajímavost, úžas a údiv žáka vzhledem k přírodě, k jejím hádankám, které nám předkládá. Teprve později se objevují ambice a vůle poznávat, ambice být „vědcem“. Žáci již v osmém ročníku prožívají radost a satisfakci z toho, když umějí vysvětlit nebo dokonce předpovědět určitý jev. U žáka také vzniká motivace k učení, celý systém různorodých dynamických činitelů, které žáka přinucují k učení. Objeví se také mimointelektuální motivy. Například žák se chce učit proto, že chce být dobrým žákem, chce být vyznamenáván, odlišovat se, chce se dostat na určitý druh školy, nebo se bojí despotického učitele, rodiče atd.

117

hodnocení informací

výběr informací

Výběr informací je tedy stále se měnící řadou psychických aktů, řadou, která je determinována postoji, které byly získány v počátcích učení přírodním vědám, determinovanou sice, ale ne jednoznačně. Je čistým pedagogickým idealismem předpokládat, že žák přijímá celou sumu informací o faktech, která jsou mu různými formami předávána ve vzdělávacím procesu. Nastává zde totiž již druhá ztráta množství informací.

5.3.3 Zapamatování informací žákem Informace, která byla na počátku žákem hodnocena, potom jím byla vybrána, podléhá zapamatování. Fyziologie a psychologie paměti uvádějí, že paměť je funkcí mozku, která se formuje pouze během operačních činností. Pouze takový žák, který řeší intelektuální a psychomotorické úlohy, si zapamatovává informace (J. Čáp, 2001).

kniha5.indd 117

zapamatování informací

21.12.2011 19:53:17

118


Existuje osvojování informací s úmyslným zaměřením na zapamatování. Psychologické výzkumy ukazují, že takto zapamatované informace jsou stěží použitelné při řešení problémů. Žák může tyto informace uvést, například verbálně, ale neumí je použít. Myslím, že k tomu není třeba doplňovat to, že uvedená situace je velmi nepedagogická. Na čem v životě více záleží, na tom, aby žák uměl v libovolné chvíli „zarecitovat“ Archimedův zákon nebo Ohmův zákon, nebo aby je uměl také použít? Zapamatování informací je spojeno se ztrátami, s rozptýlením určitého množství informací. O stupni rozptýlení rozhoduje intelektuální charakteristika myšlení žáka, podmínky procesu učení se žáka, existence nebo neexistence situací, které „přinucují“ žáka, dlouhodobé psychické působení, „připomínání si“ atd. Připomeneme si, že se zde jedná při zapamatování o třetí ztrátu množství informací.

transformace informací

5.3.4 Transformace informací u žáka Transformace informací nebo prostě změny informací se mohou týkat množství a kvality informací. Již uvedený model (U) v počáteční fázi transformuje vědomosti na tak zvaný vyučovací předmět. Dále při použití určitého systému signálů (didaktický jazyk daného vyučovacího předmětu) předává informace systému žák (Ž). Tento systém (Ž) získané informace logicky analyzuje pomocí svého vnitřního systému signálů (každý žák operuje jazykem s individuálními významy, disponuje vlastními představami, má za sebou individuální zkušenost atd.), pozoruje v informacích vazby, systémy. Vyčleňuje základní informace od druhotných. Tyto procesy transformace závisí na individuálních vlastnostech systému (Ž). Uvedené vlastnosti se formují velmi brzy, spíše v dětství. Když začíná vyučování fyzice, může se stát, že mnozí žáci nebudou mít dovednost transformovat informace nebo mají tuto dovednost pouze částečnou. Tajemství našeho pedagogického úspěchu bude záviset na rychlém empirickém odhalení, zda myšlení daného žáka má střední dovednost transformace informací. Každá transformace informace se váže s rozptylem, se ztrátami. Hlavně v oblasti množství informace, viz obr. 5.3, ale nejen zde. Při transformaci informace vždy nastává kódování nebo změna kódu. Jsou to činnosti čistě fyzické a vyžadují navíc dodání energie zvnějšku. Jestliže systému zvnějšku nedodáváme energii, potom systém ztrácí energii, což odpovídá zřejmě vzrůstu entropie systému žák (Ž). Předpokládejme, že učitel disponuje ve svém mozku určitým množstvím informací. Když je chce předat žákovi, musí je určitým způsobem zakódovat, například ve formě zvukového vlnění, elektrického impulsu atd. To znamená, že jako prostředky předávání informací jsou používány fyzikální procesy.

kniha5.indd 118

21.12.2011 19:53:17


119

a) Již při kódování, to znamená před přenosem informací, se mohou vyskytovat chyby (často totiž říkáme a, zatímco myslíme b), čili ztráty množství celkových informací. b) Další ztráty informací vznikají v době jejich vysílání, to je na dráze mezi systémem (U) a (Ž). Příkladem je tepelný šum, akustický šum, další znehodnocení vyvolaná vlivem okolí. c) Dále systém žák (Ž) má určité psychologické defekty na „vstupech“, tudíž nastávají rovněž ztráty informací. d) Dále individuální význam termínů a názvů ve sdělení, které nese informace a které dospělo k žákovi, může být odlišné od toho, které mu „vysílač“, čili systém (U) vložil. Tedy na dráze čistě logických transformací informace vystupují znovu ztráty. Obr. 5.3 Transformace informací mezi systémem (U), prostředky transformace (T) a systémem (Ž)

5.3.5 Generování nových informací žákem Množina informací, která je přijata systémem žák (Ž), tvoří logickou strukturu, protože odráží určitou strukturu přírody. Proto také všechny transformace této struktury prostřednictvím myšlení žáka vedou k novým systémům informací, čili k novým informacím o přírodě. Žák ve svém myšlení vytváří (generuje) nové ideje o přírodních faktech, které mohou být pravdivé nebo nepravdivé. Toto vytváření idejí může probíhat u žáka • cestou logické analýzy nebo nejčastěji probíhá procesy • intuice, • náhodných spojení, • hádání.

generování informací

Přijměme tezi, že myšlení každého žáka má elementární dovednosti transformace, je schopno generovat (vytvářet) nové informace o okolí. Hlavním problémem vzdělávacího procesu je, aby během učení se zajistily takové podmínky, které pomohou žákovi ve vytváření nových informací o přírodě. Zdůrazňuji, že teprve na tomto místě se poprvé objevil zisk v množství informací, to je možnost vzniku nových informací.

kniha5.indd 119

21.12.2011 19:53:17

120


V tomto informačním modelu vzdělávacího procesu a procesu učení jsme zanedbali, prozatím, že obecně počet řízených systémů žák (Ž) je větší než jedna. Ale v našem školství máme systém hodinově třídní a ten musíme také respektovat. Musíme tedy navíc přijmout působení mezi systémy žák (Ž), čili mezi žáky. Jako výsledek vzájemných vazeb mezi systémy Ž1, Ž2, Ž3, …, Žn vzniká nový systém, jehož možné řízení učitelem bude podmíněno jinými parametry. Obrázek 5.4 s určitým přiblížením ukazuje na dynamiku tohoto velmi komplikovaného modelu. Obr. 5.4 Model řízení. (U) – zdroje informací ve vyučovací hodině fyziky, (1) – mimoškolní zdroje infor¬mací, (2) – mimopředmětové školní zdroje informací, (Oš) – školní okolí žáka, (Om) – mimoškolní okolí žáka, (K1) – výstup ze školního okolí žáka, (K2) – výstup z mimoškolního okolí žáka.

V informačním modelu vzdělávacího procesu informace J, které zůstávají systému žák, jsou dány součtem informací, které mohl získat systém žák Jž a informacemi generovanými systémem žák Jg, od kterých odečteme celkové ztráty informací Jst

6 = ( 6 4 + 6 0 ) − 6 ' efektivnost vzdělávacího procesu

kniha5.indd 120

Potom efektivnost vzdělávacího procesu z hlediska individuálního žáka je 6 ' 6 σ = = − 6 # + 60 64 + 60 Z toho vyplývá, že efektivnost vzdělávacího procesu u individuálního žáka je možno zvýšit za předpokladu snížení množství informací ztracených ve čtyřech krocích, tj. při hodnocení informací žákem, výběru informací žákem, zapamatování informací žákem, transformaci informací žákem a zvýšení množství informací generovaných žákem, což ovšem závisí na zisku informací v předcházejících čtyřech krocích. Při sledování zejména procesu příjmu a zpracování informací žákem jsme zcela pominuli určité problémy.

21.12.2011 19:53:17


Úkoly k zamyšlení • Jak můžeme zjistit, zda v takto uvedeném modelu vzdělávání fyzice skutečně nastalo osvojení, zapamatování a zpracování informace v myšlení žáka? • Disponuje žák skutečně kompaktním, vnitřně nerozporným obrazem vnějšího světa?

121

Určitým prostředkem při řešení tohoto problému bude metoda „černé schránky“. Za černou schránku budeme považovat systém žák (Ž), který má svůj vstup a výstup, viz obr. 5.4. Při zkoumání stavů na výstupech možno zjistit, jaké procesy probíhaly a jak probíhaly uvnitř tohoto systému (Ž). Existují skutečné dva výstupy systému žák (Ž): Oš – školní okolí žáka, Om – mimoškolní okolí žáka, společenské a odborné okolí absolventa. Žák používá při získávání a zpracování informací, při řešení problémů, které před ním vznikají ve školním okolí (Oš) i později v životě v odborném okolí (Om). A právě při kontrole použití informace, čili při zkoumání tzv. výsledků učení a vzdělávání, můžeme usuzovat o tom, jaký byl mechanismus a průběh vzájemného působení mezi zdroji informací, tj. systémy (U), (1), (2), ale také se systémem žák (Ž), jak probíhaly vnitřní procesy u systému žák (Ž). Pro tuto nezbytnou kontrolu výsledků jsou konstruovány prostředky kontroly, například objektivní didaktické testy. Provedeme informatickou bilanci celého působení mezi systémy (U), (1), (2), (Oš), (Om) a (Ž); jedná se o rozdíl mezi množstvím informací ztracených, znehodnocených, rozptýlených a množstvím nových informací, které získal žák. Tento rozdíl může být dobrým kritériem optimálnosti informačního procesu učení se žáka a vzdělávání danému přírodovědnému předmětu. Průvodce studiem Tato poslední kapitola byla velmi dlouhá a náročná na myšlení. Odpočiňte si před čtením shrnutí kapitoly, protože je také velmi dlouhé. Spojte studium shrnutí s řešením úloh. Potěším Vás – úloh je málo a jsou jednoduché.

kniha5.indd 121

21.12.2011 19:53:18

122


SHRNUTÍ KAPITOLY Obsahem vzdělávání chápeme objektivní soubor poznatků věd a techniky jako soubor operací a úkonů. Od obsahu vzdělávání odlišujeme stav vzdělání žáka jako subjektivní výslednici vzdělávacího procesu. Do obsahu vzdělávání fyzice patří: - vědecký systém přírodovědného oboru, tj. jednotlivá fakta, pojmy, zákony, principy, teorie, - teoretická a experimentální aktivita v přírodovědném oboru, - poznávací operace v přírodovědném oboru a - filozofické závěry přírodovědného oboru. Obsah vzdělávání přírodovědnému oboru se prostřednictvím vyučovacího procesu transformuje v přírodovědné vědomosti žáka, poznávací schopnosti žáka, v přesvědčení a postoje žáka. Základní články logické struktury přírodovědného předmětu jsou: informace o faktech přírodovědného oboru, pojmy přírodovědného oboru, zákony přírodovědného oboru, principy přírodovědného oboru a teorie přírodovědného oboru. Přírodovědné integrované vzdělávání je možné vzhledem k tomu, že existují společné prvky v oblasti vzdělávacích cílů, základních kategorií, základních intelektuálních a psychomotorických činností. Prvky obsahu vzdělávání i vyučování musejí „odrážet“, „zobrazovat“ logické struktury jednotlivých přírodovědných oborů; zobrazení je však ovlivněno vzdělávacími cíli, věkem žáka a tvůrčími možnostmi didaktiky daného předmětu. Přírodovědné didaktiky vypracovávají zvláštní vyjadřovací jazyk, který je s určitou mírou přesný, ale je názorný, obrazný, který umí mluvit k žákovi, povzbuzovat ho k činnosti, aby později žák tímto jazykem operoval jako nástrojem dalšího poznání. Informační model vzdělávacího procesu sleduje ztráty informací na cestě od zdroje informací k žákovi. Za informační zdroj pro žáka budeme považovat teoretický model (U) o struktuře: osobnost učitele, učební osnovy, učebnice, školní experiment a didaktické prostředky. Dalšími zdroji informací jsou mimoškolní zdroje informací a mimopředmětové školní zdroje informací. Systém žák (Ž) není pasivní. Přijímání informací žákem je selektivní proces. V myšlení žáka podléhá každá informace „zpracování“, což je nejdůležitější fáze v informačním systému. Informace je žákem přijímána a zpracovávána. Informační model vzdělávacího procesu obsahuje pět etap: hodnocení informací žákem, výběr informací žákem, zapamatování informací žákem, transformace informací u žáka a generování nových informací žákem. V první až čtvrté etapě nastává ztráta množství informací a v poslední etapě přírůstek množství informací.

kniha5.indd 122

21.12.2011 19:53:18


123

V informačním modelu vzdělávacího procesu informace J, které zůstávají systému žák, jsou dány součtem informací, které mohl získat systém žák Jž, a informacemi generovanými systémem žák Jg, od kterých odečteme celkové ztráty informací 6'9Jst , čili 6 ' 6 Potom efektivnost vzdělávacího procesu je = − σ = 6 # + 60 64 + 60 6 = 6 + 6 − 6

(

4

0

)

'

Otázky 1. Jak chápete termín „integrované přírodovědné vyučování“? 2. Co je rozhodující při výběru přírodovědného učiva do osnov? 3. Vysvětlete „postulát“ didaktického zavedení prvku vědy do obsahu přírodovědného vzdělávání. Dokumentujte na konkrétním příkladě. 4. Vysvětlete informační model vzdělávacího procesu. a) Ze kterých prvků se skládá? b) Vyhodnoťte jednotlivé prvky informačního modelu z hlediska množství informací. Proveďte celkovou bilanci informací v informačním modelu vzdělávacího procesu z hlediska žáka. c) Vyhodnoťte efektivnost vzdělávacího procesu pro žáka z hlediska možných ztrát informací. Která etapa v informačním modelu je nejdůležitější? d) Vyhodnoťte jednotlivé prvky informačního modelu vzdělávacího procesu z psychologického hlediska.

kniha5.indd 123

21.12.2011 19:53:18

124


LITERATURA • AKČURIN, IA., aj. Metodologické princípy fyziky. Bratislava: Pravda, 1984. • ACHIEZER, AI. Vývoj fyzikálního obrazu světa. Praha: 1975. • BEDNAŘÍK, M. Metody fyziky v soustavě fyzikálního vzdělávání. In: Acta Universitatis Palackinae Olomoucensis, Facultatis, Rerum Naturalis – TOM 73. Olomouc, 1982, s. 175 – 198. • BERTRAND, Y. Soudobé teorie vzdělávání. Praha: Portál, 1998. ISBN80-7178-216-5. • ČÁP, J. MAREŠ, J. Psychologie pro učitele. Praha: Portál, 2001. ISBN 80-85615-95-9. • ČERNÍK, V., FARKAŠOVÁ, E., VICENÍK, J. Teória poznania. Bratislava: Pravda, 1987. 371 s. • EINSTEIN, A., INFELD, I. Fyzika jako dobrodružství poznání. Praha: Orbis, 1958. • FILKORN, V. Úvod do metodológie vied. Bratislava, 1960. • HEISENBERG, W. Fyzika a filosofie. Praha: SNTL, 1966. • HLAVIČKA, A., aj. Fyzika pro pedagogické fakulty, 1. díl. Praha: SPN, 1971. • JEFIMENKO, V. F. Metodologické otázky vyučování fyzice. Praha: SPN, 1987. 194 s. • Názvy a značky školské fyziky. Praha: SPN, 1977. • KOUBEK, V., aj. Školské pokusy z fyziky. Bratislava: SPN, 1989. • KUZNECOV, BG. Od Galileiho po Einsteina. Bratislava: VPL, 1975. • KVASNICA, J. Priekopníci modernej fyziky. Bratislava: Smena, 1987. 167 s. • KVASNICA, J. Mechanika. Praha: Academia, 1988. • LAUE, Max von. Dějiny fyziky. Praha: Orbis, 1959. • MALÍŠEK, V. Co víme o dějinách fyziky. Praha: Horizont, 1986. 272 s. • MECHLOVÁ, E. Fyzikální pojmy. Praha: SPN, 1990. • MECHLOVÁ, E., aj. Výkladový slovník fyziky pro základní vysokoškolský kurz. Praha: Prométheus, 1999. ISBN 80-7196-151-5. • MEVART, J. Základy metodologie věd. Praha: Svoboda, 1977. • NOVÝ, L., SMOLKA, J. Isaac Newton. Praha: Orbis, 1969. • SALAM, A. Unification in physics. In Proceedinge of the International Conference on Postgraduate Education of Physicists. Prague, 1980, s. 196 – 203. • SAWICKI, M. Metodologiczne podstawy nauczania przyrodoznawstwa. Wrocław: Ossolineum,1981. 397s. • ŠEBESTA, J. Metodológia fyziky. Vybrané kapitoly. Bratislava: Univerzita Komenského, 1987. • ÚLEHLA, I. Fyzika a teorie poznání. Praha: Horizont, 1982. 448 s. • VACHEK, J., LEPIL, O. Modely a modelování ve vyučování fyzice. Praha: SPN, 1980. • WIENER, N. Kybernetika a společnost. Praha: NČAV, 1963. • WIENER, N. Kybernetika neboli řízení a sdělování v živých organismech a strojích. Praha: SNTL, 1960. • ZAJAC, R., ŠEBESTA, J. Historické pramene súčasnej fyziky 1. Od Aristotela po Boltzmanna. Bratislava: Afa, 1990. ISBN 80-05-00231-9. • ZORINOVÁ, L. J. Metodologické poznatky v učebnicích fyziky pro vyšší ročníky. Tvorba učebnic, sborník 2. Praha: SPN, 1977.

kniha5.indd 124

21.12.2011 19:53:18

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA. Obecná a sjednocující část. RNDr. MARTIN MALČÍK, Ph.D., Prof. RNDr. ERIKA MECHLOVÁ, CSc

Recommend Documents