VYUŽITÍ DiV PŘI PRÁCI S TALENTOVANÝMI ŽÁKY V CHEMII APPLICATION OF DISTANCE LEARNING IN EDUCATION OF TALENTED STUDENTS IN CHEMISTRY

VYUŽITÍ DiV PŘI PRÁCI S TALENTOVANÝMI ŽÁKY V CHEMII APPLICATION OF DISTANCE LEARNING IN EDUCATION OF TALENTED STUDENTS IN CHEMISTRY Pavel Teplý, Jan Čipera [email protected], [email protected] ANOTACE Online kurz „Chemické reakce a chemie všedního dne“ je zaměřen na rozvoj moderního chemického myšlení a na pozitivní přístup žáků nejen k řešení chemických problémů, ale i k chemii jako součásti každodenního života. Cílem tohoto tutorovaného kurzu je také, aby si talentovaní žáci při řešení jednotlivých učebních úloh a seminárních prací v uvedeném kurzu uvědomili, že v moderní chemii má dnes rozhodující význam představa dynamického charakteru, komplexity a vzájemného působení jednotlivých chemických jevů a relativní vlastnosti reagujících látek. Ke zvýšení motivace žáků k poznávání chemických jevů a ke snížení složitosti jejich řešení jsou záměrně vybrány úlohy, které vycházejí z řešených problémů chemie všedního dne či jsou doplněné videoexperimenty. KLÍČOVÁ SLOVA Distanční vzdělávání, e-learning, chemie všedního dne, LearningSpace, talentovaní žáci, videoexperimenty SUMMARY The “Chemické reakce a chemie všedního dne” course in Talnet is chemical oriented online course. Its mission is to develop chemical way of thinking as well as positive approach to chemistry by gifted children. It’s very important to get to know chemistry as a teaching subject or scientific discipline and also as a significant part of our everyday life. The aim of this course is to show up, that current chemistry is modern, complex and dynamic natural science, where characteristics of chemical agents are relative and depend on conditions. A motivation of students is in this course achieved by using video-recordings of chemical experiments and problems from practical life. KEYWORDS Distance learning, e-learning, everyday life chemistry, LearningSpace, talented students, videorecordings

1. Úvod V současné době se stále více mluví o individualizaci učiva a jeho srozumitelném předání žákovi s ohledem na jeho poznatkovou a činnostní strukturu. Ani chemie, která patří mezi rychle se rozvíjející vědy, není v tomto směru výjimkou. Bohužel je tato snaha omezena víceméně pouze na zjednodušování učiva pro skupinu žáků méně nadaných (nebo s nižšími aspiracemi v daném vyučovacím předmětu), kterým je nutné pomoci při osvojování učiva. Skutečností ovšem je, že zvláštní péči nepotřebují jen žáci „slabší“ či s nižšími aspiracemi, ale i žáci v daném oboru nadaní a aktivní. Talentovaní žáci jsou v běžných vyučovacích hodinách často opomíjeni, protože se učitel musí věnovat průměrným žákům, kterých je většina. Talentovaní žáci, pokud nejsou v hodině odpovídajícím způsobem „zaměstnáni“, se nudí a může dojít v nejhorším případě až ke ztrátě jejich zájmu o daný předmět.

1

Dalším faktorem, který je nutné zohlednit, jsou obrovské nároky kladené na učitele. Učitelé jsou stresováni velkým počtem žáků ve třídě, velkými rozdíly v motivaci a aspiracích jednotlivých žáků, nedostatečným časem na osvojování velkého množství základního učiva atd. Učitel by s ohledem na tuto skutečnost měl na jednu vyučovací hodinu připravovat alespoň tři odlišné způsoby jak řídit proces poznávání žáků. První tzv. „odlehčenou“ verzi přípravy pro „slabší“ žáky a žáky s nižšími aspiracemi, druhou „klasickou“ přípravu (kterou si připravuje obvykle) a třetí tzv. „rozšířenou“ verzi přípravy pro talentované žáky. V praxi by to nejspíše znamenalo vytvoření jednoduchých pracovních listů pro žáky s nižšími apiracemi a složitějších pro žáky talentované. V opačném případě hrozí už výše zmíněná demotivace. Jak žáci „slabší“ či s nižšími aspiracemi (pro ty je „klasická“ příprava příliš náročná, což vede ke ztrátě zájmu) tak žáci talentovaní (pro ně je „klasická“ příprava příliš jednoduchá a to je demotivuje) jsou nespokojeni, v důsledku čehož pak ztrácí zájem o chemii a navíc mohou narušovat hodinu a znepříjemňovat tak výuku i ostatním. Možným řešením této situace jsou další aktivity zaměřené přímo na žáky talentované či s vyššími aspiracemi v daném oboru. Jsou to školní aktivity: • výběrové semináře z chemie, • chemické kroužky, nebo mimoškolní chemické aktivity jako: • Chemická olympiáda, • distanční kurzy zaměřené na chemii: o korespondenční kurzy z chemie (např. KORCHEM[4] či KSICHT[5]), o e-learning.

2. Distanční vzdělávání (E-learning) Oblast distančního vzdělávání se pomalu rozšiřuje do všech odvětví vzdělávání a nabývá na stále větším významu. Největší rozmach nastává u tzv. e-learningu neboli vzdělávání podporované počítači (za využití „nových“ technologií: internetu, počítačových programů, her, multimediálních pomůcek na CD či DVD a mnoha dalších pomůcek a jejich kombinací). E-learning je provozován prostřednictvím tzv. Learning management systems (LMS), což jsou programy, které umožňují: • zásahy do zdrojového kódu (pro administrátory, pouze u open source jako je např. LMS MOODLE), • přípravu a zveřejnění studijních materiálů v prostředí LMS, vedení a správu kurzů (pro autory), • komunikaci přes internet (pro tutory a studující), • uživatelsky příjemné prostředí (pro všechny uživatele). E-learning je přístup, který má mnohé výhody, ale i některé nevýhody typické pro distanční vzdělávání. Mezi jeho výhody patří: • možnosti individualizovat učivo - věnovat se každému studujícímu zvlášť s ohledem na jeho vlohy a přizpůsobit studijní tempo možnostem a schopnostem studujícího (optimální počet studujících na jednoho tutora, který se jim plně věnuje je asi 10-15), • kurzy jsou vytvářeny autory, kteří jsou odborníky v daném oboru (tím je zajištěna kvalita předávaného učiva),

2

• •

kurzy jsou vedeny tutory (instruktory), kteří mají dostatečné pedagogické i technologické znalosti a dovednosti (tím je zajištěna kvalitní komunikace), studující řeší úkoly a studují ve svém volném čase (kdy si sami určí).

Jednou z mála nevýhod distančního vzdělávání v chemii je skutečnost, že při něm nejsou podporovány motorické (přesněji laboratorní) dovednosti žáků. Distanční vzdělávání nemůže nahradit zkušenosti z reálné laboratoře (i když už vznikají projekty virtuálních laboratoří, které ovšem rozhodně nejsou plnohodnotnou náhradou laboratoří reálných).

3. Talnet a LearningSpace Jedním z e-learningových kurzů v ČR je kurz „Chemické reakce a chemie všedního dne“ pro talentované[1] žáky základních a středních škol. Tento kurz vznikl a funguje v rámci projektu „Talnet - online k přírodním vědám“[3] (obr. 1) – rozšiřování vědomostí talentovaných žáků v různých vědeckých oborech pod záštitou Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Tento projekt nabízí nejen online kurzy v mnoha přírodních vědách (včetně chemie), ale i exkurze s online podporou do laboratoří a provozů s možností přímé účasti ve vybrané aktivitě, společná soustředění, přednášky, týmové a individuální projekty, mezinárodní aktivity a tématické hry pro zájemce o přírodní vědy. Talnet se snaží rozvíjet schopnosti, nadání (či talent) a motivaci pro další studium v daném oboru tak, aby byli žáci schopni vybrané téma nejen studovat a rozumět mu, ale aby byli schopni také ho srozumitelně a zajímavě prezentovat před ostatními žáky. Talnet je realizován v prostředí LMS LearningSpace. LearningSpace, který byl vybrán mezi ostatními LMS, protože nabízí uživatelsky příjemné prostředí, je přehledný a má intuitivní ovládání. Studující se do Talnetu (respektive kurzu chemie) přihlašují sami na doporučení jejich vyučujícího chemie, kteří jim takto chtějí poskytnout další možnosti rozvíjet se nad rámec školního učiva. Talnet je v současné době (rok 2006/2007) otevřený pro studující ve věkovém rozmezí 14-17 let, ale je plánované rozšíření i na vyšší věkové kategorie. Jak už vyplývá z předchozího, do kurzů se prostřednictvím svých vyučujících hlásí nejčastěji žáci základních škol a nižších gymnázií, kteří mají zájem o chemii a chtějí si rozšířit chemické poznatky a činnosti o další fakta a ne se ní dozvědět pouze to, co jim nabízí učitel ve škole. Důležitým předpokladem je samozřejmě také vstřícný přístup vyučujícího chemie

3

Obr. 1 Upoutávka na kurz chemie v Talnetu[3]

4. Orientace v kurzu chemie Prostředí LearningSpace nabízí menu tvořené čtyřmi ikonami (viz obr. 2): • Plán – studijní plán a kalendář. • Knihovna – odkaz na studijní materiály (videa chemických experimentů a kodeky pro jejich přehrávání). • Učebna – komunikační prostředí studujících s tutorem i studujících navzájem (Diskuze), prohlížení zadaných úkolů a jejich řešení (Úkoly) a také možnost týmové spolupráce studentů. • Profily – základní informace o účastnících kurzu včetně tutorů (instruktorů).

4

Obr. 2 Prostředí kurzu chemie v LMS LearningSpace (studijní plán)[3]

Kurz chemie je rozdělen do čtyř částí. První část obsahuje šest lekcí, ve druhé části žáci vypracovávají seminární práce. Třetí část je věnována online obhajobám seminárních prací a čtvrtá část je prezenční setkání, kde probíhají živé obhajoby (rozvoj komunikačních dovedností). Každá lekce má dvoutýdenní uspořádání a vztahuje se k ní jeden videoexperiment a dvě sady otázek o různém stupni náročnosti. První týden žáci řeší několik jednodušších otázek k danému tématu, které vycházejí z empirických údajů videoexperimentu, druhý týden se pak zabývají otázkami složitějšími, které detailněji zkoumají probíhající procesy. Kurz chemie je postaven na chemických videoexperimentech[2], které tvoří nejen hlavní zdroj informací a empirických údajů potřebných k řešení otázek, ale jsou také významnou motivační složkou celého kurzu. Chemické videoexperimenty jsou vybírány s ohledem na několik hledisek. Prvním hlediskem je motivační funkce experimentu, a proto byl okruh experimentů zúžen na vizuálně zajímavé pokusy, které dokáží přitáhnout pozornost a zaujmout. Další neméně důležité hledisko je nutnost, aby se na experimentu dala demonstrovat nějaká významná chemická zákonitost, případně aby bylo možné experiment pojmout problémově či ukázat propojení laboratorních experimentů s praktickým životem. V kurzu najdeme například hledání odpovědi na otázku: „Reaguje zinek s jódem?“ a „Jakou roli hraje v této reakci voda?“. Za normálních podmínek bez jakýchkoliv dalších informací jsou tyto otázky velmi obtížné, i pokud zadáme podmínky reakce. Ale pokud k zadání úkolu dodáme video tohoto experimentu, je nalezení odpovědí na tyto otázky mnohem snazší a získané informace mají pro žáky mnohem trvalejší charakter než pouhý slovní popis reakce. V druhé části dostali účastníci kurzu (rok 2006/2007) možnost výběru z 11 témat seminárních prací, případně měli možnost navrhnout vlastní téma. Témata seminárních prací byla z velké části pojata s ohledem na demonstraci propojení laboratorní chemie s praktickým životem např.:

5

• • • •

Peklo ve zkumavce – zabývá se principem výroby černého střelného prachu a jeho vlastnostmi. Pil či nepil alkohol? – řeší otázku praktického využití kvalitativní analytické chemie (respektive redukci dichromanu ethanolem) při kontrole alkoholu v dechu. Pufry – zkoumá vlastnosti pufrů a jejich praktické využití (udržení stálého pH v potravinách a nápojích např. Coca-Cola, udržování stálého „pracovního“ prostředí enzymů apod.). Tajemství mistra pekaře – úloha kypřícího Prášku do pečiva (hydrogenuhličitanu sodného při pečení - Faraonovi hadi).

Každé téma seminární práce obsahuje kromě názvu tématu také soubor úkolů a problémových otázek, které nejsou pro řešitele závazné, ale mají ho především vést ke správnému vyřešení (nalezení správných závěrů), protože účastníci kurzu jsou v této oblasti zatím nezkušení. Samozřejmě nejsou kladeny žádné překážky invenci studujících a také výstup jejich práce nemá pevně zadanou formu (dokument: textový, HTML, powerpointová prezentace, video, obrázek, schéma, tabulka, model, fotografie, zvuk, 3D grafika, vrml, flash a pod.), takže jejich kreativitě nic nebrání (viz obr. 3).

Obr. 3 Ukázka prezentace seminární práce z roku 2006/2007 (online a prezenční obhajoba 2007)[3]

5. Výsledky a závěry V současném kurzu chemie (rok 2006/2007) je 11 studujících. Z toho je 5 žáků ZŠ a 6 žáků gymnázia. Všichni studující se velmi aktivně zapojovali do řešení zadaných úkolů, k čemuž zřejmě dosti přispělo tabelární zveřejnění průběžných výsledků. Tím se zvýšila í soutěživost žáků a i jejich motivace, viz např. odevzdávání úkolů v termínu i u mnoha žáků, kteří předtím patřili mezi opozdilce. Aktivní zapojení do kurzu lze také velmi dobře demonstrovat živou diskuzí, která se v kurzu rozvinula záhy po jeho otevření (viz obr. 4).

6

Obr. 4 Diskuze v kurzu chemie v Talnetu[3]

Nejen za vypracování seminární práce, ale i za její obhajobu mohou žáci získat až 250 bodů, které se jim přičítají do celkového hodnocení. Prezentace a obhajoby seminárních prací prezenčně proběhly v březnu po předchozím obhájení práce online. Všichni účastníci kurzu chemie splnili bodové kritérium pro udělení osvědčení o splnění kurzu „dobře“ (4 studující) či dokonce „výborně“ (7 studujících). To znamená, že z celkového maximálního počtu bodů 236 dosáhli tři studující rozmezí 120-180 bodů (hodnocení splnil kurz „dobře“) a dalších sedm studujících dosáhlo více než 180 bodů (jedna účastnice dokonce ztratila za celou první část pouze čtyři body!). E-learning se zdá být tím správným krokem nejen k rozvoji talentů, ale i k pomoci „slabším“ žákům či žákům s nižšími aspiracemi v daném oboru právě díky jeho velkým možnostem individualizace učiva. Rozhodně ale nechceme e-learning příliš nadhodnocovat a vychvalovat. Jak už jsme naznačili, má také své nedostatky, a proto je zřejmě ideální kombinovat distanční vzdělávání (e-learning) s prezenční výukou. Především v chemii, kde je nutné mít nejen dobré teoretické znalosti, ale protože chemie je především experimentální věda, také laboratorní dovednosti a zkušenosti.

7

LITERATURA: [1] Zelenda, S.: Talnet—Online learning of science for gifted kids and their teachers. The international seminar “New Trends and Modern Technologies in the Education of Exceptionally Talented Children” – Proccedings of the International Seminar. Prague, November 3rd–5th, 2005. pp. 39 - 49. Prague. 2005. NIDM MSMT CR. Praha ISBN 80-86784-28-2 [2] Dvořák M., Čipera J.: Flexibilní program chemie manganu. In Soudobé trendy v chemickém vzdělávání (sborník z mezinárodního semináře Aktuální otázky výuky chemie XVI.) Gaudeamus 2006 Univerzita Hradec Králové ISBN 80-7041-560-6 [3] http://www.talnet.cz [4] http://korchem.mssch.cz/ [5] http://ksicht.natur.cuni.cz/o-ksichtu

Mgr. Pavel Teplý Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra didaktiky a učitelství chemie Prof. RNDr. Jan Čipera, CSc. Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra didaktiky a učitelství chemie

8