Engineering and Practical Activities for Primary School Technika a praktické činnosti na ZŠ Zdeněk Hodis, Jiří Hrbáček Abstract: The article discusses the practical activities for primary school. The basis of practical activities is the study of materials and engineering technology. Pupils should be familiar with selected technology and manual machining. With the use of simple products can be manufacturing operations sufficient practice. A more comprehensive approach may include project teaching as a tool to develop the skills of pupils. Follow complex concept can connect other technical areas such as electronics and robotics. This article contains a survey of student attitudes specialization Technical education and information science MU on the issue of practical activities at the primary school. Students will reflect on the question of whether they wish to primary school practical work actively. Keywords: Practical activities, metal products, primary school, project teaching. Abstrakt: Článek pojednává o praktických činnostech na základní škole. Základem praktických činností je nauka o materiálu a výrobní technologie. Žáci by měli být seznámeni s vybranými technologiemi ručního a strojního obrábění. Formou výroby jednoduchých výrobků je možné tyto výrobní operace dostatečně procvičit. Komplexnější pojetí může zahrnovat i projektovou výuku jako nástroj k rozvíjení dovedností žáků. Navazující komplexní pojetí může propojit i další technické oblasti jako elektroniku a robotiku. Součástí příspěvku je průzkum postojů studentů (budoucích učitelů) specializace Technická a informační výchova Pdf MU k problematice praktických činností na ZŠ. Studenti se vyjadřují k otázce, zda se chtějí na ZŠ praktickým činnostem aktivně věnovat. Klíčová slova: Pracovní činnosti, výrobky z kovů, základní škola, projektová výuka.
1 Úvod „Technika je základem pokroku, její vývoj je těsně spjat s vývojem společnosti.“ Rozvoj techniky souvisí s obdobím industrializace lidské společnosti. Mezi přelomové vynálezce patří například Leonardo da Vinci, B. Pascal, J. Watt, A. Volta, M. Faraday, A. G. Bell, T. Edison, R. Diesel; z českých vynálezců např. František Křižík (oblouková lampa), Josef Ressel (lodní šroub), Erich Roučka (měřicí přístroje), Prokop Diviš (hromosvod), Mojmír Stránský (trojkolka Velorex, ruční řízení automobilu) a bratranci Veverkové (ruchadlo). Technika a její rozvoj úzce souvisí s dvěma vědními obory, což jsou nauka o materiálech a výrobní technologie (Friedmann, 2003). Tradiční i netradiční technické materiály se staly nedílnou součástí dnešního civilizovaného světa a setkáváme se s nimi každý den v běžném životě. Vyskytují se všude kolem nás a už od dětských let bychom si je měli umět i zařadit. K vymezení základních pojmů můžeme čerpat z vědního oboru nauka o materiálech. V obecné rovině je nauka o materiálech oborem, který se zabývá vlastnostmi materiálu a metodami jejich zkoušení. (Škára, 1998) Výrobní technologií se v širším smyslu rozumí nauka o způsobech zpracování surovin, materiálů a polotovarů a o způsobech, postupech výroby technických výrobků. Během svého vývoje člověk využíval přírodní materiál a nástroje, např. kameny, dřevo, kosti, hlínu apod., a postupně přechází na materiály technické, především železné a neželezné kovy a jejich slitiny. Současné technologie se zaměřují na zpracování jak tradičních materiálů, tak i pokročilých specifických materiálů jako konstrukční keramika, plasty a nové technologie práškové metalurgie (Pitek, 2013). XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
1
Propojení vybraných základů nauky o materiálu a strojírenské technologie by mělo být úkolem praktických činností na ZŠ. Žáci by měli na základě praktického seznámení s kovy, dřevem, ručním nebo strojním nářadím a vybranými technologiemi a být schopni lépe pochopit teoretické poznatky prolínající se s praxí. Učitelé by měli žáky vést k lepšímu osvojení si technických znalostí, manuálních dovedností a návyků nejen v oblasti ručního zpracování kovů, ale také v organizaci a časovém rozvržení své práce, v udržování pořádku a bezpečnosti na pracovišti. Základy položené při práci s technickým materiálem ve školní dílně pomohou dětem a mladistvým orientovat se v dané problematice nejen ve škole, ale i doma např. v domácí dílně a využívat poznatky i v dalším průběhu života – při drobných opravách v domácnostech (Mošna, 1997).
2 Rámcový vzdělávací program V současné době se ve výuce praktických činností na ZŠ vychází ze závazného vzdělávacího dokumentu s názvem Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání (RVP ZV). Program je koncipován tak, aby umožňoval realizaci očekávaných výstupů, cílového zaměření a naplnění klíčových kompetencí. Vzdělávací oblast zabývající se pracovními činnostmi a profesní orientací se v RVP ZV nazývá Člověk a svět práce (Upravený RVP, 2013). „Vzdělávací oblast připravuje žáky pro život v technicky vyspělé informační společnosti. Vzdělávání a příprava, směřuje k tomu, aby žáci byli schopni orientace v dynamicky se vyvíjejícím světě práce. Důraz je přitom kladen na tvorbu a upevňování pozitivních postojů k rozmanitým pracovním činnostem, osvojování prakticky využitelných dovedností a rozvoj schopnosti jejich aplikace v běžných životních situacích.“ Vzdělávací oblast RVP pro 2. stupeň je rozdělena do osmi okruhů: • práce s technickými materiály, • design a konstruování, • pěstitelské práce, chovatelství, • provoz a údržba domácnosti, • příprava pokrmů, • svět práce, • práce s laboratorní technikou, • využití digitálních technologií. Z těchto osmi tematických okruhů je do vzdělávacího obsahu na 2. stupni povinný tematický okruh Svět práce a k němu si škola do svého školního vzdělávacího programu povinně vybírá z nabídky zbylých sedmi okruhů minimálně další dva. Vzdělávací obsah je závazný pro každého žáka a to bez ohledu na pohlaví. Cílem vzdělávací oblasti je, aby žáci získali nejen základní pracovní dovednosti související s prováděním, plánováním, organizováním a hodnocením pracovních činností, ale i s upevňováním návyků, zásad bezpečnosti a hygieny práce. Klade se zde důraz na poznávání základních znaků charakterizujících lidskou práci, např. pracovní činnosti, produkty práce, prostředky či prostředí, jenž by se měly vždy opírat o životní praxi a o reálné zkušenosti žáků (Upravený RVP, 2013; Pitek, 2013).
3 Technologie kovů ve výuce V úvodní hodině praktických činností je důležité žáky obeznámit s bezpečností, poučit je o správném ustrojení a chování v dílně. V následujících hodinách je žádoucí téma rozšířit o vysvětlení významu kovů, uvést rozdílné vlastností jednotlivých kovů, se kterými lze pracovat ve školní či domácí dílně – např. ocel, měď, cín, olovo, hliník, mosaz. Pro názornost lze XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
2
využívat vzorkovníky s ukázkami jednotlivých kovů a jejich slitin. Také je vhodné vysvětlit (teoreticky) postup výroby surového železa, popsat rozdílné vlastnosti oceli a litiny, vysvětlil základní vlastnosti kovů – pevnost, tvrdost, houževnatost, obrobitelnost, odolnost proti korozi. Další vyučovací hodiny by měly začínat krátkým teoretickým úvodem doplněným základními pojmy a případnou praktickou demonstrací. Pro ruční zpracování kovů na druhém stupni ZŠ je vhodné pro svoji jednoduchost a snadné zpracování zvolit drát a plech. Na uvedených polotovarech žáci mohou uplatnit základní strojírenské technologické operace zpracování materiálu jako je měření, rýsování, dělení materiálu (stříhání, sekání, řezání), ohýbání, pilování, vrtání, řezání závitů, spojování součástí (šroubové, nýtované a pájené spoje). Při práci je žádoucí, aby žáci využívali výkresové dokumentace a upevňovali tak zároveň svoji technickou představivost (Pitek, 2013). Práce s technickými materiály se vyučují ve školní dílně vybavené potřebným nářadím a pomůckami. V průběhu praktických činností by si žáci měli osvojit základní pracovní dovednosti a návyky. Žáci by si měli v hodinách pracovní výchovy prakticky ověřit vlastnosti materiálu (tvárnost, tvrdost, obrobitelnost). Toho lze docílit pomocí nácviku základních výrobních postupů a operací při práci s nářadím. Ovšem je třeba dbát na to, aby učitel správně demonstroval používání daného nářadí a žák získal tyto správné návyky např. při práci s pilkou (správný postoj a řezání pilkou na kov), hoblíkem nebo při vrtání. Na základní škole se žáci nejčastěji setkávají se dřevem, které je lehké a lehce obrobitelné. Dále pak s kovem – ocelí nebo neželeznými kovy a nakonec s plastem. Práce s těmito materiály by mělo být nedílnou součástí výuky praktických činností na 2. stupni ZŠ (Tomšík, 2013). Toto téma je poměrně široké, proto budou dále popisovány jen některé vybrané technologie zpracování kovů.
Obr. 1: Stříhání plechu (Tomšík, 2013)
Při práci s kovem se nejčastěji využívá ruční nářadí – pilka na kov, kladivo, sada pilníků, nůžky na plech, sekáče apod. ze strojního vybavení je to nejčastěji stolní nebo stojanová vrtačka. Pro správný nácvik jednotlivých operací je třeba žákům vysvětlit a předvést jednotlivé operace. Na obr. 1 je ukázka stříhání plechu a na obr. 2 jedna z vybraných technologií strojního obrábění – vrtání. Jednotlivé operace je vhodné i slovně popsat. Například postup při stříhání může být rozveden následujícím krátkým popisem: Podobně jako při řezání materiálu, dbáme i při stříhání na maximální využití materiálu. Nejprve si daný plech orýsujeme rýsovaXXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
3
cí jehlou. Následně pomocí ručních nebo tabulových nůžek podle čáry oddělujeme náš kus od zbývajícího materiálu. Při stříhání dodržujeme bezpečnost práce. Dále kontrolujeme, zda je materiál kolmý ke střižné rovině, zda nejsou poškozené břity nožů a zda jsou dostatečně ostré. Velice důležité je, abychom se neporanili o ostrou hranu střihu. Po dokončení stříhání zkontrolujeme nůžky a vrátíme je zpět do stolu (Tomšík, 2013).
Obr. 2: Vrtání (Tomšík, 2013)
Při práci s kovem je třeba dbát na bezpečnost a ustrojení žáků. Práce se strojním vybavením (stojanová vrtačka) předpokládá přímý dohled učitele při nácviku této technologie obrábění.
4 Výrobky z kovů a projektová výuka V pokročilejší fázi práce s technickým materiálem je vhodné získané dovednosti žáků dále rozvíjet. Jako nejvhodnější způsob se jeví výroba jednoduchých výrobků. Časová dotace takového výrobku je nízká (cca 2 h) a žák má možnost zábavnou formou zrealizovat osvojené dovednosti, které získal v úvodních hodinách práce s technickým materiálem. Tato koncepce není nová, ale v současné době je vysoce žádoucí neboť může posloužit jako příprava žáka v jeho dalším profesním vzdělávání. Nové přístupy však mohou spočívat v řešení celé výuky jako projektové koncepce. S rozvojem informačních technologií se nabízí možnost propojení praktických činností s informačními technologiemi. Toto propojení lze realizovat např. ve spojení s oblastí návrhu jednoduchých výrobků pomocí CAD (Hodis, 2012), viz obr. 3. Výuka zaměřená na projekty v praktických činnostech by tedy měla zahrnovat několik dílčích kroků: • informačně technickou část spočívající v přípravě technické dokumentace pomocí CAD, • nácvik základních výrobních operací – řezání, pilování, ohýbání (obr. 4) apod., • tvorba jednoduchých výrobků k procvičení získaných dovedností, • zhodnocení a závěr.
XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
4
Tento výše uvedený koncept může být v rozšiřujících a navazujících hodinách praktických činnosti doplněn o koncept výroby složitějších výrobků. Dle Kučery a Hrbáčka (Kučera, 2013) je na ZŠ možné prosazovat koncepci jednoduchých robotických systémů. Sestavy složitějších výrobků mohou být doplněny o jednoduchou elektroniku a řídicí systémy. Tato koncepce podporuje montážní práce žáků. Komplexnější výrobky jsou však podstatně náročnější a žáci by před jejich realizací měli mít zvládnuty základy výroby jednoduchých výrobků uvedené výše.
Obr. 3: Náčrt rozvinutého tvaru kovové krabičky v CAD (Pitek, 2013)
Obr. 4: Ohýbání stěn kovové krabičky (Pitek, 2013)
XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
5
Obr. 5: Robotický systém (Kučera, 2013)
5 Diskuse Výuka praktických činností na ZŠ je specifikována v RVP ZV, ovšem zda jsou praktické činnosti vyučovány, je již záležitostí ředitelů a učitelů příslušných škol. Pedagogická fakulta MU připravuje učitele ZŠ v oboru technická a informační výchova, Jaké jsou postoje těchto studentů k praktickým činnostem a zda mají po absolvování VŠ začínající učitelé zájem vyučovat praktické činnosti ve výuce Pracovní výchovy na ZŠ, to je otázka, na kterou jsme chtěli znát odpověď.
Obr. 6: Graf výsledků dotazníkového šetření
XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
6
K ověření postojů studentů Technické a informační výchovy Pedagogické fakulty MU k praktickým činnostem na ZŠ bylo použito dotazníkového šetření. Toto šetření zahrnovalo odpovědi studentů 1. – 4. ročníku k dané problematice a proběhlo v období 2010–2013. Výzkumného šetření se zúčastnilo celkem 112 respondentů, 82 mužů a 30 žen. Jednou z důležitých otázek dotazníkového šetření byl postoj studentů k praktickým činnostem na ZŠ. Zajímalo nás, zda studenti oboru technická a informační výchova mají zájem po absolvování svého studia na PdF MU vyučovat praktické činnosti. Také nás zajímalo, jaké výrobní operace pro jednotlivé technické materiály by chtěli budoucí učitelé na ZŠ procvičovat a jaké výrobky by k daným materiálům přiřadili. Tab. 1: Výrobní operace a návrh jednoduchých výrobku
Technický materiál Kovy
Dřevo
Plasty
Výrobní operace
Návrh výrobků
Měření a orýsování, řezání, ohýbání, stříhání, sekání, řezání závitů, vrtání, nýtování, pájení apod. Měření a orýsování, řezání, hoblování, vrtání, dlabání, rašplování, spojování hřebíky, lepení, lakování apod. Měření a orýsování, řezání, ohýbání za tepla, vakuování, stříhání, lepení apod.
Háček, miska, šroub, chrániče čelistí svěráku, přívěsek, drátový hlavolam apod. Hlavolam, prkýnko, dřevěná krabička apod.
Miska, podložka, přívěsek, cedulka, nazouvací lžíce, apod.
Z grafu (obr. 6) je zřejmé, že praktické činnosti bude chtít na ZŠ učit 76 % respondentů, kteří odpověděli na otázku ano nebo spíše ano. Třetí největší skupinou je skupina respondentů, kteří se staví vůči praktickým činnostem neutrálně nebo zatím nedokáží na tuto otázku odpovědět. Pouze 11 % studentů je rozhodnuto praktické činnosti neučit a ubírat se jiným směrem. Podle RVP ZV je samozřejmě tato cesta možná a lze do náplně Pracovní výchovy zahrnout např. práci s laboratorní technikou nebo s digitální technikou.
6 Závěr Praktické činnosti na ZŠ jsou předstupněm odborného vzdělávání v technických oborech na středních a vysokých školách. Zvládnutí základních znalostí o technických materiálech a seznámení s technologiemi ručního a strojního obrábění technických materiálu je důležité nejen pro profesní orientaci, ale i k práci s ručním nebo strojním nářadím v domácnosti nebo domácí dílně. Praktické činnosti na ZŠ by měly propojit nácvik výrobních operací s tvorbou jednoduchých výrobků. Výuku je možno pojmout jako projektovou rozdělenou na přípravnou část, nácvik výrobních operací a tvorbu výrobků. Toto řešení je dále možné propojit s elektronikou a robotikou. Zahrnutím všech těchto oblastí do jednoho celku lze dosáhnout již poměrně komplexního pojetí. Z rozhovorů se studenty a dotazníkových šetření, fungujících jako zpětná vazba, si ověřujeme správnost naší koncepce. Studenti oboru technická a informační výchova chápou důležitost praktických činností na ZŠ. Velká většina z nich by po skončení PdF MU ráda aplikovala získané poznatky z VŠ a praktické činnosti v rámci Pracovního vyučování vyučovala. Zda je toto možné nezávisí jen na nich samotných, ale i na podmínkách, které na základních školách naleznou.
XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
7
Použité zdroje FRIEDMANN, Zdeněk. Didaktika technické výchovy. Brno: Masarykova univerzita, 2003, 92 s. ISBN 80-210-2641-3. HODIS, Zdeněk. Inovace technické grafiky a konstruování. In: CHRÁSKA Miroslav, Milan KLEMENT, Čestmír SERAFÍN a Martin HAVELKA. Trendy ve vzdělávání 2012. Olomouc: Pedagogická fakulta UP, Olomouc, 2012. s. 440–443. ISBN 978-80-86768-36-6. KUČERA, Martin, Jiří HRBÁČEK a Jiří STRACH. Teaching robot programming can be a new opportunity for technical subjects of study. In: ICETA 2013 – 11th International conference on Emerging e-learning Technologies and Applications. Košice: Technical University of Kosice, Slovakia, 2013. 5 s. ISBN 978-1-4799-2161-4. MOŠNA, František. Praktické činnosti pro 6. – 9. ročník základních škol: Práce s technickými materiály. Praha: Nakladatelství Fortuna, 1997, 104 s. ISBN 80-7168-468-6. PITEK, František. Návrh výrobků z kovových materiálů pro ZŠ. Brno, 2013. 67 s. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra technické a informační výchovy. Vedoucí práce Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D. TOMŠÍK, Jaroslav. Práce s technickými materiály na základní škole. Brno, 2013. 83 s. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra technické a informační výchovy. Vedoucí práce Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D. ŠKÁRA, Ivan, Zdeněk DOSEDLA, Zdeněk FRIEDMANN, Josef PECINA, Rudolf POSPÍŠIL, Karel STIBOR a Gabriela ŠTĚPÁNOVÁ. Aplikace techniky. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 1998, 90 s. ISBN 80-210-1820-8. Upravený Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání platný od 1. 9. 2013, MŠMT ČR. Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy [online]. © 2013–2014 [cit. 2014-03-04]. Dostupné z: http://www.msmt.cz/vzdelavani/zakladni-vzdelavani/upraveny-ramcovyvzdelavaci-program-pro-zakladni-vzdelavani
Ing. Zdeněk Hodis, Ph.D. Katedra technické a informační výchovy, Pedagogická fakulta, Masarykova univerzita Poříčí 7, 603 00, Brno, Česká republika E-mail:
[email protected] Telefon: +420 549 494 585 doc. Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D. Katedra technické a informační výchovy, Pedagogická fakulta, Masarykova univerzita Poříčí 7, 603 00, Brno, Česká republika E-mail:
[email protected] Telefon: +420 549 494 563
XXXII International Colloquium, Brno, May 22, 2014
8
