K virtualizaci školních experimentálních inností

Martin Bílek a kol.

K virtualizaci školních experimentálních þinností Reálný a virtuální experiment – možnosti a meze využití jejich kombinace v poþáteþní pĜírodovČdné výuce (s pĜíklady z výuky chemie)

WAMAK CZ s.r.o. 2011

Publikace vznikla s podporou projektu Grantové agentury ýeské republiky GAýR 406/09/0359 „Možnosti a meze interakce reálného a virtuálního prostĜedí v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání“, Ĝešeném v letech 2009 - 2011.

AutoĜi: Prof. PhDr. Martin BÍLEK, Ph.D. Doc. PaedDr. Pavel DOULÍK, Ph.D. Doc. PaedDr. JiĜí RYCHTERA, Ph.D. Doc. PhDr. JiĜí ŠKODA, Ph.D.

Recenzenti: Prof. RNDr. Danuše NEZVALOVÁ, CSc. Prof. RNDr. Jan ýIPERA, CSc. Doc. RNDr. Jarmila KMEġOVÁ, Ph.D. KATALOGIZACE V KNIZE - NÁRODNÍ KNIHOVNA ýR Bílek, Martin K virtualizaci školních experimentálních þinností : reálný a virtuální experiment – možnosti a meze využití jejich kombinace v poþáteþní pĜírodovČdné výuce : (s pĜíklady z výuky chemie) / Martin Bílek a kol. -- [Hradec Králové] : M&V, 2011, -- 174 s. Anglické resumé ISBN 978-80-86771-47-2 37.0:5 * 371.3:004 * 54 * 371.388 * 004.94 * 004.928 - pĜírodovČdné vzdČlávání - poþítaþem podporovaná výuka - chemie - školní pokusy - poþítaþová simulace - poþítaþová animace - kolektivní monografie 37 - Výchova a vzdČlávání [22]

Publikace neprošla jazykovou úpravou. © M. Bílek a kol., 2011 ISBN 978-80-86771-47-2

2

Obsah 1

Úvod aneb reálnČ þi virtuálnČ? ..........................................................

5

2

Metodologie pĜírodovČdného poznávání a výuka pĜírodovČdných pĜedmČtĤ ..............................................................................................

10

3

2.1 Specifika pĜírodovČdného poznávání ......................................... 2.2 PĜírodovČdný experiment jako prostĜedek didaktické rekonstrukce.. 2.3 Metaanalýza informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného experimentování ......................................................................... 2.4 Školní pĜírodovČdný experiment jako výzkumný problém ............... 2.4.1 Dotazník .............................................................................. 2.4.2 Didaktické testování ............................................................ 2.4.3 Interview .............................................................................. 2.4.4 Pojmové mapování ............................................................... 2.4.5 Analýza žákových textĤ a kreseb .........................................

10 18 22 33 34 35 36 39 43

Metodologické aspekty ICT podporované výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ s pĜíklady z výuky chemie ..................................................

45

3.1 Vzdálené a virtuální laboratoĜe .......................................................... 48 3.2 PĜíklady realizace virtuálních a vzdálených pĜírodovČdných laboratoĜí51 3.2.1 Modelování a poþítaþové simulace na Webu – virtuální laboratoĜe .......................................................... 51 3.2.2 ProvádČní a Ĝízení reálných chemických experimentĤ s pomocí Webu – vzdálené laboratoĜe ............................. 53 4

Virtuální a reálné prezentace v procesu (re)konstrukce žákova poznání v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání ........................................... 58 4.1 Psychodidaktické odlišnosti virtuálních a reálných prostĜedí.......... 4.2 Virtuální a reálné prostĜedí z hlediska uþebních stylĤ ..................... 4.3 Virtuální a reálné prezentace v KolbovČ modelu uþení .................... 4.4 Virtuální a reálné prostĜedí v prezentaci uþiva z hlediska strategií uþení .............................................................................. 4.5 Virtuální a reálné prostĜedí pro pĜírodovČdné poznávání jako výzkumný problém .............................................................

5

59 61 65 68 74

Interakce reálného a virtuálního prostĜedí ve školním pĜírodovČdném experimentu ........................................................................................... 77 5.1 Poþítaþové simulace a animace aneb virtuální experimenty ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ............................................................. 78

3

5.2 RĤzné druhy kombinací reálného a virtuálního prostĜedí v školním pĜírodovČdném experimentu ........................................................ 84 5.2.1 PĜímé spojení pĜírodovČdného experimentu s poþítaþem .... 84 5.2.2 Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí z pohledu žákovy aktivity .................................................................. 88 5.2.3 MČĜení z videozáznamu jako kombinace reálného a virtuálního prostĜedí .......................................................... 94 5.2.4 Mobilní elektronická zaĜízení a školní pĜírodovČdný experiment ........................................................................ 96 5.2.5 Smíšená realita (Augmented Reality) a virtuální realita (Virtual Reality) v pĜírodovČdných experimentálních þinnostech .. 99 6

Z výsledkĤ zkoumání variací reálného a virtuálního prostĜedí v školních pĜírodovČdných experimentálních þinnostech ................ 6.1 Efektivita využívání virtuálního prostĜedí ve výuce chemie jako všeobecnČ vzdČlávacího pĜedmČtu – mČĜení pH ........................ 6.2 Poþítaþové animace a simulace v pĜípravČ budoucích uþitelĤ chemie. 6.3 Percepþní procesy žákĤ pĜi kombinaci reálné a virtuální složky vizualizace demonstraþního experimentu ................................... 6.4 Z dalších aktuálních výzkumĤ kombinace reálného a virtuálního pĜírodovČdného experimentu ......................................................

4

103

104 112 115 125

7

Perspektivy virtualizace prostĜedí v pĜírodovČdném vzdČlávání......

129

8

Literatura .............................................................................................

137

9

RejstĜík .................................................................................................

153

10 PĜílohy ..................................................................................................

156

Abstract .......................................................................................................

174

1 Úvod aneb reálnČ þi virtuálnČ? KromČ nezastupitelné role reálného experimentu v pĜírodovČdném poznávání pĜed nás naše reálné životní prostĜedí staví stále více prvkĤ virtuálních prostĜedí, virtuálních svČtĤ apod. DČti i dospČlí jsou znaþnČ motivováni experimentováním, objevováním a vlastním uchopováním se vČcí. Má-li školní experiment splnit svĤj úþel, musí být volen tak, aby byl názorný, pĜimČĜený vČku uþících se a byl proveden s dalšími požadavky na pĜehlednost, jednoduchost, dobrou viditelnost a respektování zásad bezpeþnosti práce. To mĤže být v nČkterých pĜípadech natolik problematické, že uþitelé v praxi na provádČní experimentĤ radČji rezignují. MĤže tyto požadavky splĖovat i experiment virtuální (simulovaný)? Cílem výzkumného projektu, který Ĝešili autoĜi této monografie v prĤbČhu let 2009 – 2011, bylo hledání možností a mezí využití virtuálního prostĜedí pĜi podpoĜe výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ se speciálním zĜetelem na poþáteþní výuku chemie. Znamenalo to zejména pokusit se zkoumat efektivitu využití poþítaþových simulací a animací ve všeobecném pĜírodovČdném a zejména poþáteþním chemickém vzdČlávání (pĜedevším na 2. stupni základních škol), a to jak samostatnČ, tak v nejrĤznČjších kombinacích s reálným experimentem. Šlo o hledání zákonitostí a pĜípravu na nich založených doporuþení pro smysluplné a efektivní využití poþítaþových simulací a animací, vzdálených a virtuálních laboratoĜí a vzdálených mČĜení s využitím zkoumání pedagogicko-psychologických fenoménĤ jako jsou badatelsky orientovaný pĜístup, konstruktivismus, dČtská pojetí, individuální uþební styly, vizuální gramotnost apod. ZámČr tĜíletého výzkumného projektu vycházel z dlouhodobých zkušeností Ĝešitelského pracovištČ Katedry chemie PĜírodovČdecké fakulty (do srpna roku 2010 Pedagogické fakulty) Univerzity Hradec Králové v oblasti metodologických aspektĤ výuky chemie a její poþítaþové podpory. Nové dimenze do Ĝešení pak vneslo pracovištČ spoluĜešitelĤ, tedy Katedry pedagogiky Pedagogické fakulty Univerzity Jana Evangelisty PurkynČ v Ústí nad Labem. Cíle projektu byly specifikovány do následujících tĜí oblastí: 1. Analýza výsledkĤ výzkumných projektĤ plnČ nebo þásteþnČ zkoumajících efektivitu kombinace reálného a simulovaného experimentu ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ v zahraniþí. 2. Zkoumání efektivity využití vybraných simulovaných a animovaných experimentĤ v poþáteþním chemickém vzdČlávání (využití metod pedagogického výzkumu, zejména pĜímého

5

a nepĜímého pozorování, dotazníku a pedagogického experimentu). 3. Zkoumání vlivu prekonceptĤ a dalších pedagogicko-psychologických fenoménĤ (individuálních charakteristik uþícího se jedince) efektivního uþení na využití simulací a animací v poþáteþní výuce chemie. Proveditelný reálný experiment by nemČl být žádným zpĤsobem eliminován ze školní laboratorní praxe. To vždy bylo východiskem všech kurikulárních pĜístupĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání, které zĤstává stále aktuální. Ovšem naše reálné životní prostĜedí pĜed nás staví stále více prvkĤ virtuálních prostĜedí, virtuálních svČtĤ, svČtĤ zprostĜedkovaných nekoneþnými možnostmi poþítaþových sítí. ZprostĜedkované vnímání prostĜednictvím virtuálních obrazĤ se díky masivnímu rozšíĜení informaþních technologií stává majoritním kognitivním kanálem žákĤ mladšího i staršího školního vČku. PĜímá utilizace informací z kolem nás vnímané existující reality je postupnČ vytlaþována a nahrazována pĜijímáním virtuálních informací. Jak tedy volit smysluplnou a didakticky efektivní kombinaci reálného, zprostĜedkovaného a simulovaného pozorování, mČĜení a experimentování? ěada autorĤ se spíše intuitivnČ pĜiklání k tomu, aby byly jednoduché experimenty, nenároþné na materiální a technické zázemí, provádČny pĜednostnČ formou reálné þinnosti. Vzdálená pozorování a vzdálené experimenty by mohly být využívány jako doplnČk k aktualizaci a motivaci napĜ. formou školních projektĤ a projektovČ orientovaných þinností. A virtuální experimenty pak využívat zejména pĜi interpretaci reálných experimentĤ (trenažéry laboratorní þinnosti, predikce a verifikace výsledkĤ experimentĤ) a experimentĤ ve školních podmínkách neproveditelných (nebezpeþných, nároþných na technické vybavení, nedostupných apod.). Získávání a prohlubování manuálních dovedností (mČĜení s pomocí dostupných laboratorních pĜístrojĤ, práce s aparaturami i vytvoĜenými z prostĜedkĤ každodenní potĜeby, práce s dostupnými a bezpeþnými chemickými látkami aj.), které jsou jednou z podstatných složek pĜírodovČdného vzdČlávání nelze pravdČpodobnČ plnČ nahradit prací s monitorem a klávesnicí. Ovšem vyhýbat se zprostĜedkovanému pozorování a práci s modely (pĜístrojĤ, prĤbČhĤ pĜírodovČdných fenoménĤ apod.) možné také není. Nejen z tČchto dĤvodĤ je nutné tyto oblasti zkoumat, a to jak pro potvrzení tČchto intuitivních odhadĤ, tak k hledání odpovČdí na další otázky, které tato oblast možných pĜínosĤ a ohrožení kombinace reálné a simulované experimentální þinnosti pĜináší.

6

Na Ĝešitelském pracovišti vzbudil pozornost již pĜed více než dvaceti lety Ĝešený projekt zkoumání vlivu simulací – trenažérĤ laboratorní þinnosti na úspČšnost žákĤ pĜi reálném experimentování (Hellberg, 1983, Vít, 1986, Bílek, 1991). I když byla provedena Ĝada šetĜení, která ukazovala na pozitivní efekty kombinace reálného a virtuálního prostĜedí, nebylo možné tehdy získané výsledky i vzhledem k dostupným technickým podmínkám považovat za jednoznaþné. Šlo tehdy o Ĝešení nedostateþnČ „schopného“ software, simulujícího aparaturu k mČĜení viskozity rĤzných kapalných látek, kdy þas prĤtoku kapaliny animovaným Ubelohdeho viskozimetrem byl mČĜen ruþnČ pomocí stopek (Vít, 1986). Pokusy s takto konstruovanými laboratorními experimenty, kdy se kombinovaly videozáznamy profesionálního a školního laboratorního prostĜedí s poþítaþovou simulací pĜíslušné aparatury a reálným mČĜením þasu na stopkách, byly pro studenty uþitelství, kteĜí tvoĜili výzkumný vzorek, vysoce motivujícím prvkem, i pĜes ponČkud graficky nedostaþující virtuální þást a uživatelsky ménČ pĜíjemné prostĜedí tehdejší výpoþetní techniky (poþítaþ PMD 85). Známé jsou i pedagogické experimenty, provádČné s reálnými mČĜeními a simulacemi, na Institutu pro pedagogiku pĜírodních vČd pĜi UniverzitČ v Kielu (Dahncke, Behrendtová, 2001). Na pĜíkladu kalorimetrických mČĜení zde byla prokázána pozitivní role práce se simulovaným experimentálním zaĜízením. Je více než zĜejmé, že nyní, v dobČ výrazného nástupu tvorby a využívání vzdálených a zejména virtuálních laboratoĜí a jejich dostupnosti i v mimoškolních podmínkách prostĜednictvím internetové služby World Wide Web (WWW), vzrĤstá potĜeba nových zkoumání (pĜedevším pedagogického a pedagogicko – psychologického výzkumu) v této oblasti. ěešení projektu, jehož východiska, výsledky a podnČty pro další þinnost v dané oblasti pĜinášíme v této publikaci, bylo naplánováno do následujících etap: 1. Etapa – rešeršnČ – koncepþní, která zahrnovala analýzu pĜevážnČ zahraniþních pramenĤ, prezentujících výsledky interakce reálného a virtuálního prostĜedí v pĜírodovČdném vzdČlávání. Dílþí výsledky této etapy Ĝešení projektu shrnujeme v kapitolách 2. – 5., kde se zamČĜujeme hlavnČ na metodologické otázky pĜírodovČdného poznávání ve školním prostĜedí a jeho poþítaþovou podporu v rĤzných podobách. 2. Etapa – informaþnČ – registraþní, která byla vČnována konkrétním výzkumným šetĜením ve výuce chemie na základních školách a v pĜípravČ uþitelĤ chemie, shrnutá zejména v kapitole 6.

7

3. Etapa – informaþnČ – interpretaþní, zamČĜená na interpretaci získaných empirických dat a na pokus o stanovení kritérií a doporuþení pro zaĜazení virtuálního a vzdáleného experimentování v poþáteþním chemickém (pĜírodovČdném) vzdČlávání, prezentovaná zde v kapitolách 6. a 7. Jako pĜíklad všeobecnČ zamČĜené pĜírodovČdné výuky tedy byla zvolena vzhledem ke složení kolektivu ĜešitelĤ projektu výuka chemie. Ta nabízela široký prostor pro využití informaþních technologií pĜi podpoĜe empirických (pozorování, mČĜení a experiment) a teoretických (modelování) metod poznávání. V tČchto ohledech technika postupuje velice rychle, ovšem co se týþe vlivu na uþení v rĤzných stádiích vývoje žákova zpracování informací, je dosud jen minimum použitelných principĤ a zákonitostí. Zde hrají významnou roli dČtská pojetí a pravdČpodobnČ i styly uþení. Postižení role moderní techniky a technologií pĜi formování tzv. vizuální gramotnosti, jejíž je práce s poþítaþovými simulacemi aktuální a podstatnou souþástí, tak musela být stále v popĜedí všech našich úvah, realizací þinnosti a interpretací získaných výsledkĤ. Od poþátku nám ale bylo jasné, že moderní technika sama o sobČ pĜedstavuje pĜi tomto typu výuky (vyuþování a uþení) þásteþnČ rozpornou roli. Na jedné stranČ se rychle rozvíjejí rĤzné procesy a postupy vizualizace zejména tĜírozmČrných objektĤ, které vedou pĜi vhodné metodice použití softwarových produktĤ k posilování prostorové pĜedstavivosti. Na druhé stranČ ale televizní a do jisté míry i poþítaþová obrazovka mĤže þlovČku implantovat chybné pĜedstavy a návyky, které jsou velmi rigidní a špatnČ se s nimi dále pracuje. Sem patĜí napĜ. tzv. bezprostorovost, þi další návyky a virtuální zkušenosti, které vedou k nepĜesnému, zkreslenému þi špatnému chápání prostoru, vah, sil, energií, pevností materiálĤ, ale i zkreslenému pojetí emocí a pocitĤ apod. (Bílek a kol., 2007). Informaþní a komunikaþní technologie a zvláštČ jejich síĢovČ komponované systémy nenabízejí uþitelĤm a žákĤm jen samá pozitiva. PĜinášejí i mnohá rizika a problémy. NapĜ. ýernochová (2003) cituje Lévyho, který zdĤrazĖuje Ĝadu možných problémĤ tohoto „rizikového“ prostĜedí: x izolaci a kognitivní pĜetížení žáka, jeho uþitele (stres z komunikace a z práce na monitoru), x závislost žáka þi uþitele na síĢové navigaci nebo hĜe (i experimentování – pozn. autorĤ) ve virtuálních svČtech, x pocit dominance (posílení rozhodovacích a kontrolních center, víceménČ monopolizovaná vláda ekonomických mocností nad dĤležitými funkcemi sítČ atd.), x kontakty s kolektivní hloupostí a nedokonalostí.

8

Navíc mohou nastat problémy s þasovČ nároþnou pĜípravou, s prĤbČhem a Ĝízením výuky, se závislostí na ICT (závislost na energetickém zdroji, na provozu serverĤ, na možnostech a kvalitČ hardware i software, na logice, nástrojích a struktuĜe, na možnostech komunikace atd.), se zdravotnČ hygienickými aspekty atd. (volnČ dle ýernochová, 2003). Podmínky pro využití simulací a další poþítaþové podpory empirických a teoretických metod poznávání tj. zejména podpory vzdálených a virtuálních laboratoĜí se stále vyvíjejí s tím, jak rostou možnosti Internetu a jeho služby WWW i možnosti mČĜících, modelovacích i dalších prostĜedkĤ. Virtuální univerzity, virtuální tĜídy þi jiné podoby vzdálených souþástí vzdČlávacích systémĤ se v pĜírodovČdném vzdČlávání bez uvedených metodologických komponent nemohou obejít. Na technických vysokých školách se již vzdálené a virtuální laboratoĜe stávají bČžnou praxí a domníváme se, že jejich významnČjší rozšíĜení i na nižší stupnČ školských systémĤ nebude dlouho trvat. V ĜadČ pĜípadĤ pĤjde jistČ o spoleþné projekty, které by mČly napomoci i obnovení vČtšího zájmu o studium pĜírodovČdných a technických oborĤ. PotĜeba výzkumného uchopení uvedené problematiky zejména tam, kde se formuje poþáteþní vztah k pĜírodovČdným a technickým oborĤm, je podle našeho názoru velmi aktuální a žádoucí. Pokusili jsme se zde nastínit uvažovanou šíĜi prezentované problematiky, avšak je nám jasné, že k jednotlivým zámČrĤm mĤžeme pĜispČt vždy jen dílþím pohledem. Výsledky dosažené pĜedevším pĜi naplĖování cílĤ uvedeného projektu byly po celou dobu Ĝešení projektu podrobovány pomČrnČ široké diskusi na ĜadČ odborných konferencí a semináĜĤ, pĜi recenzních Ĝízeních v odborných þasopisech a podobnČ. Vzhledem k potĜebČ jejich integrace a snaze o urþitou závČreþnou syntézu jsme se rozhodli zpracovat tento text. Tým ĜešitelĤ projektu, z nichž vČtšina tvoĜí i autorský kolektiv této monografie, postupnČ doplĖovali další odborníci, jimž patĜí velký dík za jejich pĜipomínky, názory, kritická hodnocení i pozitivní odezvy. V neposlední ĜadČ bychom rádi podČkovali všem recenzentĤm publikace za podnČtné pĜipomínky a návrhy k úpravám textu. Všem þtenáĜĤm pĜedem dČkujeme za další návrhy k úpravám i návrhy možné spolupráce pĜi Ĝešení navazujících projektĤ z této oblasti. V Hradci Králové a v Ústí nad Labem v letech 2009 – 2011. AutoĜi

9

2 Metodologie pĜírodovČdného poznávání a výuka pĜírodovČdných pĜedmČtĤ 2.1 Specifika pĜírodovČdného poznávání ýlovČk už od své dávné historie vyniká zájmem o prostĜedí, ve kterém žije, o prostĜedí, které pĜetváĜí k svému užitku a rozvoji. Nejprve to byly pokusy vedené snahou o pĜežití, o zabezpeþení dostatku potravy, tepla, ochrany proti povČtrnostním vlivĤm a proti nepĜátelĤm jak z živoþišné, tak z rostlinné Ĝíše. PostupnČ se jeho cíle zaþaly rozšiĜovat a doposud používaná metoda typu „pokus – omyl“ už nemohla dostateþnČ zabezpeþit všechny jeho požadavky, které se dále rozrĤstaly. ýlovČk zaþal pozorovat jevy daleko systematiþtČji, aby našel Ĝešení nebo odhalení principu a též dokázal upravovat podmínky jevĤ, které chtČl využít nebo kterým chtČl „pĜijít na kloub“. Zaþínal tedy „experimentovat“, aby prozkoumával pĜírodní jevy, tedy je pozoroval a v nČkterých pĜípadech je mČĜil, pĜiþemž se projevovaly i pragmatické stránky jeho konání, tedy vazby na využití poznaných zákonitostí a principĤ v každodenním životČ. Tím se pĜírodovČdné poznatky stále více zaþaly pĜibližovat technické a technologické praxi a podnítily formování jednotlivých pĜírodních a technických vČd. PĜírodní vČdy a jejich experimentální základ podmínily rozvoj techniky a spoleþnosti jako takové. Je zĜejmé, že pĜírodní a technické vČdy spojují jak metody empirické, tak metody teoretické. Z nich mĤžeme považovat metodu oznaþovanou jako experimentální nebo zkrácenČ experiment za ústĜední bod pĜírodovČdného poznávání se svými jak pozitivními tak i, zejména v souvislosti s ekologickými problémy a trvale udržitelným rozvojem, negativními souvislostmi. V procesu poznávání jde v podstatČ o proces Ĝešení odpovídajících komplexĤ úloh dané tĜídy. Tento proces mĤže být realizovaný na rĤzných úrovních, a proto se mohou získávané výsledky bádání vzájemnČ lišit, jak z kvalitativního tak i z kvantitativního hlediska. Rozlišit mĤžeme v principu dva typy postupĤ (Hellberg et al., 2000): x první jsou založené na zkoumání skuteþnosti a jejím popisu, x druhé si kladou za cíl objasnČní jevĤ, tzn. prezentaci podstaty tČchto jevĤ na odpovídající úrovni. V postupech prvního typu se získávají poznatky pĜedevším empirickou cestou za použití reduktivního uvažování. Pro postupy druhého typu je charakteristická teoretická cesta poznávání, pĜi které se souþasnČ

10

s reduktivním uvažováním používá zejména dedukce (Hellberg, 1983). V závislosti na dosaženém stupni zevšeobecnČní je možné uvažovat o rĤzných úrovních poznání. NejobecnČjší prezentací skuteþnosti se zabývá filozofie. Proto je její metodologie nejobecnČjším nástrojem (tj. souborem metod a postupĤ) používaných speciálními vČdami v procese poznávání. Z obecné metodologie vČd je potom odvozena metodologie vČd speciálních a také jednotlivých vČdeckých disciplín. Mluvíme tedy napĜ. o metodologii pĜírodních vČd, metodologii chemie atd. DĤležitou úlohu hrají také vztahy mezi obsahy a metodologiemi rĤzných pĜírodních vČd, napĜ. v chemickém výzkumu se používají fyzikální metody a podobnČ chemické metody jsou využívané v biologii atd. Metody vzniklé v urþité vČdní disciplínČ, a to na základe abstrakce, mohou být aplikované v jiných vČdeckých disciplínách, napĜ. matematická logika mĤže pĤsobit jako výzkumný instrument v procesu fyzikálního nebo chemického poznávání apod. V pĜírodních vČdách je dĤležité to, že výzkumné problémy jsou Ĝešeny na empirické a teoretické úrovni souþasnČ. DĤležitým metodologickým nástrojem Ĝešení problémĤ je zejména experiment sloužící k ovČĜování pĜedpokládaných výsledkĤ bádání, tedy k urþování pravdivosti (verifikaci) formulovaných hypotéz. V závislosti na požadované úrovni poznávání rozlišujeme empirickou hypotézu a teoretickou hypotézu. Empirická cesta poznávaní vede k empirickým poznatkĤm. Charakteristickou vlastností pĜírodovČdných bádaní je nutnost þastého používaní reálného experimentu jako nástroje na ovČĜení empirických hypotéz. Avšak experiment mĤže být nČkdy i bezprostĜedním zdrojem poznání a mĤže uvádČt do problémové situace, založené na rozporu mezi tím, co je a co není doposud známé (Konieczna et al., 1992). Experiment je tedy metoda vČdeckého poznávání, pĜi níž se zkoumají za kontrolovaných a Ĝízených podmínek jevy reálného svČta. Experiment se uskuteþĖuje ve vČdČ na základČ teorie, která urþuje nastavení problému a interpretaci dosažených výsledkĤ. Ve vČdČ se používají rĤzné druhy experimentĤ. V základním výzkumu je nejjednodušší kvalitativní experiment. Jeho cílem je zjištČní existence nebo neexistence urþitého jevu pĜedpokládaného v teorii. SložitČjší jsou kvantitativní experimenty, zahrnující mČĜení vlastností zkoumaných jevĤ (Fajkus, 2005). ýasto se v základním výzkumu používá také myšlenkový experiment, který se vztahuje k teorii a spoþívá v soustavČ myšlenkových operací, které se dotýkají idealizovaných objektĤ. Myšlenkový experiment má za úlohu vyjasnit vzájemné vztahy základních principĤ urþité teorie prostĜednictvím teoretických modelĤ reálných experimentálních situací (Popper, 1997).

11

Významnou pozici má experiment v procesu objevování nových faktĤ, kdy mĤže pĜebírat rĤzné funkce jak pro badatele tak pro uživatele dosažených výsledkĤ. Jsou to zejména následující funkce (Hellberg et al., 2000): x motivaþní, kdy se napĜ. analýzou experimentálních dat dospívá k novému neoþekávanému poznatku, k novému popisu jevĤ. Jako dĤsledek analýzy takovéto Ĝešené problémové situace je zpravidla objevený urþitý rozpor, který v sobČ obsahuje podstatu problému. Dospíváme k formulaci problému, þasto ve formČ otázky a následuje formulace hypotézy vþetnČ hledání optimální cesty její verifikace; x objevná, kdy je napĜ. formulovaná zakázka prĤmyslu jako úloha, jejíž Ĝešení spoþívá napĜ. ve stanovení vlastností urþité látky. Experimentální zkoumání dané látky mohou probíhat na rĤzných úrovních, v závislosti na používaných experimentálních technikách, napĜ. spektrálních metodách, elektrochemických metodách apod. PĜi poznávaní vlastností látek je experiment prvním hlavním krokem poznávacího procesu. V následující etapČ jde o sbČr experimentálních dat a jejich klasifikaci, která je výsledkem pokusĤ, uskuteþnČných experimentátorem. V další etapČ jsou analyzované odpovídající data a realizované první pokusy o zobecnČní, smČĜující k popisu vlastností zkoumané látky. Dalším krokem je experimentální ovČĜení správnosti odvozených zobecnČní; x ovČĜující, kdy se napĜ. logickou analýzou formuluje teoretická hypotéza. Je možné napĜ. na základČ interpretace matematického modelu simulovat reaktivitu zkoumané látky. Dále se v praxi ovČĜuje poznatek, získaný cestou dedukce, ve shodČ s postulátem teorie poznávání: „od pĜímého vhledu k teorii a odsud do praxe“. Experiment má v tomto pĜípadČ ovČĜovací funkci. Je následujícím krokem po hypotéze, formulované na základe simulace, uskuteþnČné pomocí modelu. Z obecného hlediska jde o teoretickou hypotézu. Posloupnost etap þinností uskuteþĖovaných pĜi experimentech vyplývá jak z funkce a místa experimentu v dané vČdecké disciplínČ tak i z charakteru Ĝešeného problému. Tuto posloupnost je možné v urþitém zjednodušení prezentovat následujícím schématem: 1. Formulace problému. 2. Analýza daného problému spojená s hledáním hlavního rozporu charakterizujícího problémovou situaci. 3. Analýza problému, jeho transformace do otázky nebo soustavy otázek (O1, O2 … Oi).

12

4. Další prohloubená analýza dílþích otázek a problémĤ vede k formulaci dílþích hypotéz, které jsou souþástí hlavní hypotézy. 5. PĜíprava plánu ovČĜování hypotéz, tzn. plánování a pĜíprava experimentĤ jako nástrojĤ ovČĜování dílþích hypotéz a hlavní hypotézy (verifikace). 6. Realizace experimentu nebo experimentĤ. 7. Interpretace experimentálních dat (stanovení kvalitativních a kvantitativních výsledkĤ, jejich uspoĜádání, analyzování a klasifikace). 8. Hledání pĜíþinných souvislostí mezi kvalitativními a kvantitativními efekty. Formulace závČrĤ. 9. Porovnání výsledkĤ získaných v procesu analýz a syntéz s hypotetickými pĜedpoklady. V pĜípadČ pĜijetí hypotézy následuje další etapa, ale pokud byla hypotéza zamítnuta, je nutné se vrátit k bodĤm 3. až 5. a opakovat celý další postup. 10.ZobecnČní experimentálních výsledkĤ se realizuje pomocí následujících operací: analýzou, komparací, syntézou a generalizací. Experiment mĤže být þasto i bezprostĜedním nástrojem Ĝešení velkého množství rĤzných typĤ problémĤ. V tom pĜípadČ je podĜízený teoretickému procesu poznávání, protože je Ĝízený teorií. Tehdy mĤže jeho využití odpovídat následujícímu zjednodušenému schématu: 1. Formulace cíle experimentu. 2. PĜíprava a plánování experimentu (zabezpeþení odpovídajícího materiálu a technické stránky experimentu). 3. UskuteþnČní experimentu (realizace posloupnosti þinností, zápis experimentálních dat). 4. Zpracování výsledkĤ experimentu (formulování výsledkĤ pozorování a mČĜení, jejich zobecnČní a konfrontace s poþáteþním stavem). Výše uvedená schémata postupu pĜi aplikaci experimentu jako jedné ze základních metod pĜírodovČdného poznávání respektují kombinaci empirického a teoretického postupu bádání. MĤžeme tedy sumarizovat nejvýznamnČjší þinnosti, které se v rĤzných podobách pĜi experimentování vyskytují. Z empirických þinností to jsou zejména: pozorování, mČĜení, vlastní experimentování, zpracování experimentálních dat a jejich komparace. Výsledkem tČchto þinností jsou, po verifikaci (resp. falzifikaci) hypotéz, empirické poznatky. Z teoretických þinností to jsou pĜedevším myšlenkové experimentování, modelování, analyzování, syntetizování, komparování, prognózování, abstrahování, generalizování, objasĖování a dokazování (Hellberg et al., 2000).

13

Specifikum pĜírodních vČd a z nich zejména chemie spoþívá tak, jak jsme naznaþili výše, ve sféĜe pozorování prĤbČhu pĜírodovČdných a v chemii tedy chemických dČjĤ (senzorická oblast) a ve vytváĜení podmínek pro jejich opakování a zmČny (motorická oblast). Je zĜejmé, že nezbytnou souþástí každé senzomotorické (pĜíp. jen senzorické nebo jen motorické) þinnosti jsou þinnosti intelektuální. Tento tématický okruh široce rozpracovala Ĝada autorĤ. NapĜ. H. Riedel (1991a, 1991b, 1992, 1993, 1994a, 1994b) v této souvislosti formuloval teorii tzv. interních operací. V základním horizontu rozlišuje: I. Kognitivní operace - operace vstupu informací do vČdomí:

xpoznávání - z okolního svČta, xvybavování - z pamČti. II. Produkþní operace - operace zpracování informací:

1) formující - operace dalšího postoupení a uspoĜádání: xzapamatování - pĜevádČní do pamČti, xvyhodnocení - pozorování ve vČdomí 2) transformující - operace pĜetváĜení a spojování do nových informací: a) modelovČ orientované - model, návaznost, plánování: xkonvergentní myšlení - vázané na urþitý myšlenkový vzor, xdivergentní myšlení - prosté pĤvodního vzoru ve prospČch jiných myšlenkových vzorĤ, b) spontánní - bez modelu, skokem xoriginální myšlení. Uvedené typy þinností se uplatĖují v obou možných - teoretickém i empirickém postupu osvojování uþiva. Dominantní (nebo radČji výchozí) v teoretickém postupu jsou intelektuální þinnosti, v empirickém postupu senzomotorické þinnosti. ZjednodušenČ analogii obou postupĤ znázorĖuje schéma realizace chemického experimentu podle ýtrnáctové (1982) (obr. 1). Ze schématu je patrné, že v obou pĜípadech je postup provedení a hodnocení chemického experimentu analogický. Proto jsou i þinnosti žákĤ pĜi provádČní a hodnocení školního chemického experimentu a pĜi teoretickém vysvČtlování daných poznatkĤ podobné. Rozdíl obou postupĤ se projeví pĜedevším v þinnostech uþitele, tj. ve zpĤsobu Ĝízení dané etapy výchovnČ vzdČlávacího procesu (ýtrnáctová, 1982). Výše uvedené poznatky je možné konkretizovat v Hellbergem (1983) vytvoĜeném modelu odrážejícího místo základních nástrojĤ metodologie poznávání pĜírodní skuteþnosti v procesu pĜírodovČdného vzdČlávání (obr. 2).

14

Obr. 1 Dvouetapové schéma teoretického a empirického postupu v prĤbČhu chemického experimentu (ýtrnáctová, 1982)

Ve schématu modelu na obr. 2 je patrné rozdČlení do onČch dvou základních oblastí. V levé þásti schématu je znázornČna oblast smyslovČ konkrétního, v pravé intelektuálnČ konkrétního myšlení. Je možné pro oznaþení oblastí využít i pojmy “induktivnČ konkrétní myšlení“ a “deduktivnČ konkrétní myšlení”. V rámci tzv. kybernetického modelu zpracování informací (model zahrnující prvky sdČlovacího a pĜijímacího systému s rĤznými úrovnČmi zpČtné vazby) je z metodologického hlediska významná analýza a popis mozkových center - napĜ. zjištČní, že centra smyslĤ jsou v tČsné blízkosti center výkonných orgánĤ, odkázaných na nejužší spolupráci. Smysly þlovČka snímají informace z okolního svČta ve formČ signálĤ rĤzných fyzikálních nosiþĤ. Smyslový orgán je pĜevodník, který je citlivý na urþitý druh fyzikálního nosiþe a podle kvality a kvantity podnČtu vyrábí pro centrální nervový systém zpracovatelnou posloupnost elektrických impulsĤ.

15

Obr. 2 Model základních nástrojĤ metodologie poznávání pĜírodní skuteþnosti v pĜírodovČdném vyuþování doplnČný rĤznými typy poþítaþové podpory (viz kap. 3) (Hellberg, 1983, Bílek, 1999)

16

Poþet smyslĤ je z tohoto hlediska znaþnČ vČtší než šest bČžnČ uvádČných. Weber (1984) z tohoto pohledu uvažuje dvacet sedm rĤzných „smyslĤ“. Každý z takto uvažovaných „smyslĤ“ má více ménČ ohraniþenou oblast v kĤĜe velkého mozku. DostĜedivé nervové impulsy ze smyslových orgánĤ, pĜípadnČ z jejich receptorĤ smČĜují do tČchto center, kde jsou zpracovávány. UvnitĜ tČchto center jsou funkþní oblasti, napĜ. zrakové centrum má oblasti pro zpracování barev, formy, pohybu atd. Jak již bylo uvedeno, nacházejí se centra smyslĤ v tČsné blízkosti center výkonných orgánĤ (efektorĤ). PĜíkladem mohou být následující dvojice senzorických (SC) a motorických (MC) center, které jsou v tČsném sousedství zesíĢovány co nejkratšími nervovými spoji. NapĜ.: x SC pro sluchový vzruch a MC pro „naslouchací“ pohyby, x SC pro optické rozlišení prostorového zobrazení a MC pro konstruktivní þinnost, x SC pro optickou pozornost a MC pro zamČĜovací pohyby, x SC pro polohu a pohyb a MC pro obraty tČla a hlavy, x SC pro pocit síly a MC pro sled motorických þinností, x a další (Weber, 1984). Tato uspoĜádání „šetĜí þas“ pĜi prĤchodu nervových vzruchĤ a stavební hmotu (vytváĜejí se tzv. senzomotorická centra – napĜ. pohyby hlavy a pohyby oþí pĜi sledování objektĤ). KromČ spektra smyslĤ hrají významnou roli pĜi získávání informací o objektu uþení také mČĜicí pĜístroje. PĜi jejich použití je tĜeba dĤslednČ odlišovat dvČ možnosti: 1) mČĜicí pĜístroje, které zesilují kontrast vlastního snímaného fyzikálního nosiþe vĤþi okolí (napĜ. mikroskop nebo dalekohled pro oblast mikro- a makrosvČta), 2) mČĜicí pĜístroje, které mají funkci pĜevodníkĤ fyzikálního nosiþe na nosiþ urþený pro urþitý smysl (napĜ. voltmetr). Experiment je z tČchto hledisek svévolný zásah do pĜirozenosti objektu uþení za úþelem zviditelnČní jeho vlastností (Weber, 1984). Smyslové dĤkazy patĜí k jedineþným metodám tzv. objevného uþení, když objekt sám neposkytuje pĜedem požadované informace. Pozornost a zamČĜení je první svévolnČ Ĝízený filtr pro vstup informací do pamČti na základČ zvídavosti nebo vytváĜení asociací. Dalšími faktory jsou nápadnost uþiva, která zvyšuje zvídavost, ochrana proti stresovým faktorĤm, které zpĤsobují tzv. blokaci myšlení (hormonální pĤsobení na synapsi nervových vláken), ohled na styl uþení u jednotlivce nebo v prĤbČhu života (šíĜe motivaþního pásma se þasem ponČkud zužuje, není zdaleka lineární) apod.

17

B. Weber (1984) vytvoĜil tzv. model „ekonomiky myšlení (Denkökonomik)“, se zdĤraznČním dvou dílþích funkcí motivace: 1) tomu, kdo se uþí, umožnit otevĜení informaþního kanálu, 2) tomu, kdo vyuþuje, umožnit využití celé šíĜky pásma tzv. informaþního filtru uþícího se vhodnou volbou cílĤ a obsahĤ výuky. Dobrá motivace je tedy základním pĜedpokladem pro úspČšné uþení a vyuþování, tj. pro úspČšnou výuku, a jak uvádí Weber (1984) „ …je s podivem, že to jde vČtšinou i bez ní, dokonce nČkdy i za stresu uþících se (ale jistČ ne s tak dobrou úþinností jako bez nČho)“. 2.2 PĜírodovČdný experiment jako prostĜedek didaktické rekonstrukce V pĜírodovČdném vzdČlávání zaujímá experiment dĤležité místo. Dochází však k postupným promČnám významu experimentĤ v souvislosti s vývojem paradigmat pĜírodovČdného vzdČlávání. „Fylogenetickou“ zmČnu významu a role experimentĤ pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného vzdČlávání lze vysledovat i v „ontogenetických“ zmČnách ve využívání experimentĤ v reálném edukaþním procesu. Základní a primární funkcí experimentĤ je v pĜírodovČdném vzdČlávání funkce ilustrativní. Využívá se pĜi ní pĜedevším reálných demonstraþních experimentĤ provádČných uþitelem, jejichž cílem je ilustrovat dané zejména fyzikální þi chemické zákonitosti. PozdČji by mČli být žáci vedeni k tomu, aby tyto zákonitosti odvozovali na základČ individuálních zkušeností spojených s vlastním aktivním experimentováním (Rijlaarsdam et al., 2006). Provedené výzkumy (viz napĜ. Yore, Bisanz, Hand, 2003) však jasnČ prokázaly, že samotné aktivní experimentování není pĜíliš efektivní, pokud není doprovázeno pĜíslušnými myšlenkovými aktivitami. Souþástí experimentĤ se stalo i aktivní sledování procesu utváĜení a geneze poznatkĤ uþících se jedincĤ, byĢ zatím spíše z výzkumného než z praktického výukového hlediska. Jelikož tato geneze se dČje v urþitém sociokulturním kontextu, má experimentování v pĜírodovČdné výuce i enkulturaþní funkci. Tato funkce se projeví pĜedevším tehdy, jestliže je navozena komunikaþní situace spojená napĜ. s žákovským vysvČtlením pozorovaného jevu þi skuteþnosti (jak to funguje, proþ to tak je, jak to souvisí s jiným jevem, jak se to dá ovlivnit). VysvČtlováním se zvyšuje porozumČní uþícího se jedince dané þásti vzdČlávacího obsahu. Tato šíĜeji pojatá funkce experimentĤ se implicitnČ odráží i v kurikulárních dokumentech. ýeský Rámcový vzdČlávací program pro základní vzdČlávání (RVP-ZV) v souvislosti s experimenty uvádí (RVP-ZV, 2006): „ZvláštČ významné je, že pĜi studiu pĜírody specifickými poznávacími metodami si žáci osvojují i dĤležité

18

dovednosti. Jedná se pĜedevším o rozvíjení dovednosti soustavnČ, objektivnČ a spolehlivČ pozorovat, experimentovat a mČĜit, vytváĜet a ovČĜovat hypotézy o podstatČ pozorovaných pĜírodních jevĤ, analyzovat výsledky tohoto ovČĜování a vyvozovat z nich závČry.“ Je však tĜeba vzít do úvahy, že vysvČtlování je kvalitativnČ výraznČ vyšší úroveĖ než popisování (King, 1997). Vyžaduje nalezení a myšlenkové ovČĜení relace mezi vstupními podmínkami, prĤbČhem dČje a koneþným výsledkem. V nalezené kauzalitČ se pak odráží jak teoretické konstrukty, které by si mČl uþící se jedinec osvojit, tak jeho vlastní vnitĜní poznatkový systém. Tím se experiment stává prostĜedkem didaktické znalosti obsahu a dĤležitým prvkem didaktické rekonstrukce ve výuce pĜírodovČdných vzdČlávacích obsahĤ. Pojem didaktická znalost obsahu (pedagogical content knowledge) spoþívá podle Shulmana (1987) ve schopnosti uþitele transformovat své znalosti obsahu do forem, které jsou pedagogicky úþinné, a pĜesto pĜizpĤsobivé schopnostem žákĤ. Didaktická znalost obsahu (bylo by možné hovoĜit rovnČž o didaktické interpretaci obsahu) má podle Shulmana dvojdimenzionální strukturu. Obsahuje jednak znalosti vztahující se k reprezentaci uþiva a jednak porozumČní specifickým uþebním strategiím žákĤ a jejich vnitĜnímu poznatkového systému. Janík (2009) uvádí þtyĜi aspekty didaktických znalostí obsahu vycházející z výzkumného nástroje vytvoĜeného Lim-Teo et al. (2007) (ten je sice urþen primárnČ pro mČĜení didaktické znalosti matematického obsahu u uþitelĤ primárních škol, ale jeho platnost je možné chápat obecnČji): 1. Uþitelovo porozumČní strukturám uþiva a jeho vazbám. 2. Uþitelovy znalosti spektra alternativních reprezentací pojmĤ za úþelem jejich vysvČtlení. 3. Uþitelova dovednost analyzovat kognitivní nároky kladené rĤznými typy úloh na žáka. 4. Uþitelovo porozumČní uþebním obtížím a žákovským miskoncepcím a dovednost s nimi pracovat. Experiment se ve výuce pĜírodovČdných obsahĤ vztahuje urþitým zpĤsobem ke každému ze zde uvedených aspektĤ. Bylo by nesprávné chápat experiment pouze jako jednu z alternací reprezentace pojmu. V reálné edukaþní praxi se bohužel právČ takto k experimentĤm obvykle pĜistupuje. Využívá se zejména jejich motivaþní efekt a je prostĜednictvím nich demonstrována urþitá zákonitost nebo urþitý jev. Didaktická efektivita takovýchto experimentĤ je však sporná, protože experimenty nebývají spojeny s vysvČtlením ze strany žákĤ, nejsou podrobovány diskusi, žáci obvykle nedokážou exploatovat z experimentu takové informace, které by

19

pĜispČly k vČtšímu porozumČní uþiva a k jeho zabudování do vnitĜního poznatkového systému, aĢ již procesem asimilace nebo akomodace. Tím je do znaþné míry promarnČn potenciál, který experiment skýtá jako komplexní prostĜedek didaktické znalosti obsahu. Základním východiskem modelu didaktické rekonstrukce je podle Jelemenské, Sandera a Kattmanna (2003) chápání vČdeckých pĜedstav a dČtských pojetí žákĤ jako rovnocenných zdrojĤ pro rekonstrukci obsahové struktury tématu. To znamená, že pĜedem není postulovaná žádná platná obsahová struktura vyuþování. ZpĤsob zohledĖování vztahu mezi myšlením (poznáním) žáka a vČdeckými pohledy vychází z konstruktivisticky orientovaných pĜístupĤ k Ĝízení uþebních þinností žákĤ. V modelu didaktické rekonstrukce jsou chápány vČdecké pozice stejnČ tak, jako obsahy poznání, které jsou souþástí pĜedstav každodenního života žákĤ jako individuální konstrukty pĜíslušných jedincĤ nebo skupin osob. A v tomto kontextu jsou chápána i dČtská pojetí žákĤ. Nejsou považována za pĜedstavy mylné ve srovnání s vČdeckými koncepty, ale jsou hodnoceny z hlediska jejich variabilnosti v pĜíslušném sociokulturním kontextu. Z tohoto pohledu není možné jednoduše pĜebrat obsahy jednotlivých vyuþovacích pĜedmČtĤ z pĜíslušných vČdních oborĤ (byĢ po pĜíslušném zjednodušení a modelování), ale je nutné jejich „znovuvytvoĜení“ z pedagogické perspektivy, tzn., musí být didakticky rekonstruované. Didaktická rekonstrukce potom zahrnuje vytvoĜení vztahĤ z pohledu vzdČlávání k souvislostem mezi koncepty pĜíslušného vČdního oboru a pojetími vytvoĜenými na základČ individuálních zkušeností z každodenního života žáka (blíže napĜ. Kapadia, Borovcnik, 1991). Mnozí autoĜi zejména v oblasti oborových didaktik rozlišují školní experiment (nazývaný obvykle jako pokus) a vČdecký experiment. O toto rozlišení se pak opírá i celá Ĝada klasifikací školních experimentĤ, zejména klasifikace zohledĖující organizaþní formy výuky s experimenty (napĜ. Pachmann, Hofmann, 1981). Z hlediska uþitele je možné obČ entity chápat zcela odlišnČ. Pokud definujeme experiment jako soubor jednání a pozorování, jehož úþelem je potvrdit (verifikovat) nebo vyvrátit (falzifikovat) hypotézu nebo poznatek, které nČco tvrdí o pĜíþinných vztazích urþitých fenoménĤ, pak školní experiment z hlediska uþitele opravdu experimentem není, neboĢ (uþiteli) neovČĜuje žádnou hypotézu, je pĜedem znám jeho prĤbČh i výsledek. Toto své pojetí školního experimentu potom uþitelé pĜevádí i do reálné edukaþní praxe a experiment se stává i pro žáky tím, þím je pro uþitele, tedy pouhou ilustrací nebo dokladem teoretických pouþek (nanejvýš lze hovoĜit o tzv. kvazi- þi pseudoexperimentu). Z hlediska žáka, který nezná ani prĤbČh ani výsledek

20

experimentu, má však i školní experiment všechny podstatné atributy experimentu vČdeckého (Driver, Newton, Osborne, 2000). Z hlediska Baconova filozofického pojetí jsou experimenty pĜi výuce pro žáky vždy experimenta lucifera (experimenty „pĜinášející svČtlo“) (viz Bacon, 1990). Na tuto skuteþnost by nemČli uþitelé zapomínat! V rámci edukaþního procesu je proto vhodné, aby uþitelé pracovali s experimenty tak, aby se pro žáky mohly stát tím, þím jsou vČdecké experimenty pro vČdecké pracovníky – tedy pĜedevším prostĜedkem k aktivnímu a komplexnímu utváĜení vlastního poznání. Aby tuto úlohu mohl experiment plnit, musí se stát nástrojem didaktické rekonstrukce. Musí proto mít urþité charakteristiky: x Experiment musí být pro žáky vysvČtlitelný a pochopitelný na jejich aktuální úrovni poznání a vývoje kognitivních funkcí nebo mĤže tuto úroveĖ mírnČ pĜesahovat ve smyslu Vygotského zóny nejbližšího vývoje (blíže viz Vygotskij, 1971). Pokud tato podmínka splnČna není, mĤže mít experiment motivaþní nebo ilustraþní funkci, ale nestává se prostĜedkem didaktické rekonstrukce. x Aby mohl experiment sloužit jako prostĜedek didaktické rekonstrukce, musí být uþitelem obvykle didakticky upraven. Ve struktuĜe experimentu se realita transformuje, takže žákovi mohou být cílevČdomČ zpĜístupĖovány nebo zvýrazĖovány pouze urþité relevantní didakticky významné entity. Žák má na základČ svých individuálních zkušeností a dosavadních poznatkĤ jasnČ a jednoduše zjišĢovat informace, jež jsou z celé Ĝady promČnných dĤležité pro identifikaci urþitých souvislostí nebo zákonitostí. x ProvádČní experimentu a jeho jednotlivých krokĤ je tĜeba provázet vždy vysvČtlením. Toto vysvČtlení však nemá dČlat uþitel, nýbrž samotní žáci prostĜednictvím komunikace s vrstevníky, napĜíklad v rámci skupinového þi kooperativního vyuþování (King, Staffieri, Adelgais, 1998). Tento princip se shoduje s tím, co uvádí tzv. sociální konstruktivismus. x Realizace experimentu vyžaduje Ĝízení þinnosti žákĤ jednak prostĜednictvím provádČcích pokynĤ, které navozují jednotlivé þinnosti, ale také prostĜednictvím pokynĤ navozujících metakognici, tedy uvČdomČní si vlastních myšlenkových pochodĤ, které žáci realizují. x Experiment by mČl spolu s jeho popisem a vysvČtlením vést k vytváĜení logických struktur organicky zaþleĖovaných do vnitĜních poznatkových systémĤ dítČte. Tím se experiment stává oporou pro zapamatování daných poznatkĤ. Je však tĜeba, aby si komplexnost

21

experimentu uvČdomovali i samotní uþitelé. Aþkoliv je experiment samostatná a þasovČ ohraniþená entita, je vždy souþástí širší struktury vzdČlávacího obsahu. Nelze tedy pomíjet zaĜazení experimentu do této struktury. x Z pozic radikálního individuálního konstruktivismu opírajících se o biologickou fenomenologii (Varela, Maturana, Uribe, 1974) je experiment tzv. perturbující agens. Biologická fenomenologie chápe totiž lidský mozek jako operaþní a sémanticky uzavĜený systém, který není schopen z vnČjšího prostĜedí pĜijímat informace ve smyslu významĤ. PodnČty z vnČjšího prostĜedí jsou vnímány pouze jako „rušivé“ elementy, nazývané perturbace, které jsou operaþnČ uzavĜené a na nČž organismus reaguje na základČ svých interních kritérií þili strukturálnČ deterministicky. PĜestože perturbace spouští v organismu urþité zmČny, sama o sobČ není jejich pĜíþinou. Mezi podnČty prostĜedí a reakcí na nČ absentuje vztah determinovanosti, pĜíþinnosti þi vyplývání. Každá perturbace tak mĤže vyvolat u každého jedince zcela odlišnou subjektivní reakci. Jakákoliv pĜijímaná informace má tedy nejvýše charakter zmiĖované perturbující agens, a to ještČ pouze v pĜípadČ, je-li vĤbec subjektem rozpoznaná. Uþitel tedy musí volit takové experimenty a takový zpĤsob jejich provedení (vþetnČ technických prostĜedkĤ, vizualizace atd.), aby informace experimentem pĜinášené byli žáci vĤbec schopni identifikovat. (Urþitá charakteristika þi veliþina zjišĢovaná nepĜímo, napĜ. hustota, nemusí být žáky správnČ identifikována a tudíž pochopena a dochází pak ke vzniku miskoncepcí, kdy žáci zamČĖují hustotu s hmotností þi viskozitou, jak uvádí Doulík (2005).) Schopnost žákĤ identifikovat validnČ informace pĜinášené experimentem souvisí úzce i s jejich pĜevládajícím uþebním stylem (blíže viz napĜ. Škoda, Doulík, 2009) a volenými uþebními strategiemi. 2.3 Metaanalýza informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného experimentování Z hlediska cílĤ našeho zkoumání, jehož pĜedmČtem jsou metodologické nástroje pĜírodovČdného poznávání žákĤ s podporou ICT, se dále zamČĜíme na metaanalýzu informaþních zdrojĤ z oblasti pĜírodovČdného experimentování, tedy zmapování souþasného stavu didaktického využívání rĤzných typĤ experimentĤ vþetnČ jejich virtuálních prezentací i reprezentací (jimi se budeme zabývat hlavnČ v následujících kapitolách) pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného vzdČlávání za období posledních 10 let (rozmezí 2000 – 2009). Toto období bylo zvoleno z toho dĤvodu, že právČ

22

v posledních 10 letech probíhá bouĜlivý vývoj ICT a pĜedevším jejich masová implementace do škol. Lze Ĝíci, že tato implementace má globální charakter. S tím, jak se postupnČ rozšiĜuje využívání ICT ve školách, se k této oblasti obrací i pozornost didaktického výzkumu. Jako relevantní informaþní zdroje pro metaanalýzu byla zvolena nejvýznamnČjší svČtová odborná periodika zabývající se problematikou pĜírodovČdného vzdČlávání. Periodická literatura byla zvolena z toho dĤvodu, že þlánky v þasopisech lépe odrážejí aktuální stav poznání v dané oblasti, než je tomu u monografických knižních publikací. Pro úþely metaanalýzy byly vybrány pĜíspČvky v þasopisech: x Early Childhood Research & Practice (vydavatel: University of Illinois), x Educational Researcher (vydavatel: American Educational Research Association), x Chemistry Educational Researcher and Practice (vydavatel: RSC Publishing) x Research in Science Education (vydavatel: Australasian Science Education Research Association) x Journal of Research in Science Teaching (vydavatel: John Wiley & Sons Inc.) x Science Education (vydavatel: John Wiley & Sons Inc.) x Studies in Science Education (vydavatel: Taylor & Francis Group Ltd.) x International Journal of Science Education (vydavatel: Taylor & Francis Group Ltd.) x Journal of Chemical Education (vydavatel: Division of Chemical Education, Inc., American Chemical Society.) x Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching (vydavatel: Association for the Advancement of Computing in Education) K metaanalýze bylo vybráno celkem 231 relevantních pĜíspČvkĤ z uvedených þasopisĤ za sledované období posledních 10 let (seznam citací uvedených textĤ je možné nalézt v publikaci Bílek a kol., 2009 (s. 119 – 128). Byly uvažovány pouze pĜíspČvky, které se zabývaly didaktickým využitím rĤzných typĤ experimentĤ ve výuce, pĜípadnČ pedagogickým výzkumem zamČĜeným do této oblasti. Nebyly reflektovány pĜíspČvky pouze popisující urþitý software nebo popisující jeho funkce bez odpovídající transformace do didaktické roviny. Dále nebyly reflektovány pĜíspČvky o webových stránkách využitelných pĜi výuce pĜírodovČdných

23

obsahĤ, neboĢ se jedná sice o podporu výuky významnou i z didaktického hlediska, nelze však pokládat tyto produkty za experimenty. Nebyly reflektovány rovnČž pĜíspČvky zamČĜené na odkazy na webové stránky obsahující návody na provádČní zejména chemických a fyzikálních experimentĤ, neboĢ v naprosté vČtšinČ pĜípadĤ opČt absentovalo didaktické hledisko jejich využití pĜi výuce. Aþkoliv jsou takové pĜíspČvky velmi cenné, neboĢ mohou poskytnout uþitelĤm inspiraci pro provádČní experimentĤ, neĜíkají nic o skuteþném využívání þi nevyužívání tČchto experimentĤ pĜi výuce. Vzhledem k zamČĜení práce byly v jednotlivých pĜíspČvcích sledovány tyto aspekty: 1. VČková úroveĖ cílové skupiny žákĤ, pĜi jejichž výuce bylo v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání používáno experimentĤ. Byly sledovány úrovnČ ISCED 0, ISCED 1, ISCED 2, ISCED 3, ISCED 5 a zvlášĢ byly vyþlenČny pĜíspČvky zamČĜené v souvislosti s využíváním experimentĤ na uþitele. PĜibližnČ v polovinČ analyzovaných pĜíspČvkĤ však nebylo možné vČkovou úroveĖ žákĤ identifikovat. PĜíþinou je jednak fakt, že dotyþné pĜíspČvky se netýkaly pedagogického výzkumu, ale hovoĜily obecnČ o možnostech využití experimentĤ v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání a jednak jde o pĜíspČvky, kde se hovoĜilo napĜ. o školní tĜídČ, aniž bylo možné jednoznaþnČ urþit úroveĖ ISCED. 2. Typy použitých experimentĤ. Bylo sledováno používání reálných experimentĤ, virtuálních experimentĤ (poþítaþových simulací experimentĤ – podrobnČji viz kap. 6.), kombinací reálného a virtuálního experimentu ve výuce, myšlenkových experimentĤ a zvlášĢ byly vyþlenČny pĜíspČvky zamČĜené na využití virtuálních vizualizací a modelování. Aþkoliv se v tomto posledním pĜípadČ nejedná o virtuální experimenty v pravém slova smyslu, mohou být vizualizace þi modelování využity jako významná podpora experimentĤ reálných nebo myšlenkových. 3. Obor pĜírodovČdného vzdČlávání, pĜi jehož výuce bylo experimentĤ didakticky využíváno. Obory byly rozþlenČny na chemii, fyziku, biologii a ekologii, vČdy o Zemi a pĜírodovČdu ve smyslu science, kdy se jednalo o problematiku pĜedpokládající integrované pojetí výuky. Toto þlenČní se þásteþnČ odvíjí i od vČkové úrovnČ žákĤ. PĜíspČvky zamČĜené na využití experimentu v integrované pojetí pĜírodovČdného vzdČlávání byly obvykle vztaženy k nižším úrovním ISCED.

24

Výsledky vyhodnocení vČkové úrovnČ cílové skupiny žákĤ, pĜi jejichž výuce bylo v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání používáno experimentĤ, ukazuje následující tabulka I. a obr. 3. Tab. I. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle vČkové úrovnČ cílové skupiny

ÚroveĖ ISCED 0 ISCED 1 ISCED 2 ISCED 3 ISCED 5 uþitelé souþty

Absolutní poþty 0 11 41 47 10 9 118

Relativní poþty (%) 0,0 9,3 34,8 39,8 8,5 7,6 100,0

Z tabulky a obrázku vyplývá, že témČĜ tĜi þtvrtiny analyzovaných pĜíspČvkĤ se svým zamČĜením vztahuje k vČkové úrovni sekundárního vzdČlávání. Zde je tedy spatĜován nejvČtší prostor pro didaktické využití experimentĤ rĤzných typĤ. K této kategorii je možné pĜipoþítat rovnČž pĜíspČvky zamČĜené na uþitele, neboĢ ve všech 9 pĜípadech se jednalo o uþitele stupĖĤ škol ISCED 2 a ISCED 3. PĜekvapivé je, že velice málo pĜíspČvkĤ se zabývá využití experimentĤ na úrovni primárního pĜírodovČdného vzdČlávání. Tuto skuteþnost dokresluje i fakt, že þasopis Early Childhood Research & Practice zamČĜený na segment preprimárního a primárního vzdČlávání neuveĜejnil za celé sledované období jediný þlánek s relevantní tematikou. PĜitom právČ v této dobČ se budují základy celého pĜírodovČdného vzdČlávání. RVP ZV stanovuje pro oblast primárního pĜírodovČdného vzdČlávání ve vztahu k experimentĤm mimo jiné tyto oþekávané výstupy, kdy žák: x provádí jednoduché pokusy u skupiny známých látek, urþuje jejich spoleþné a rozdílné vlastnosti a zmČĜí základní veliþiny pomocí jednoduchých nástrojĤ a pĜístrojĤ (1. období), x založí jednoduchý pokus, naplánuje a zdĤvodní postup, vyhodnotí a vysvČtlí výsledky pokusu (2. období).

25

Obr. 3 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle vČkové úrovnČ cílové skupiny (%)

Poþet uvedených pĜíspČvkĤ však ukazuje, že oblast preprimárního a primárního vzdČlávání je z hlediska didaktického využití experimentĤ podceĖována. ZároveĖ se ukazuje, že právČ zde by se mohl otevírat znaþný prostor pro experimenty virtuální nebo kombinaci experimentĤ reálných s virtuálními (všech 11 pĜíspČvkĤ na této vČkové úrovni se zabývá právČ tČmito typy experimentĤ). Virtuální experiment þi virtuální složka reálného experimentu pĜináší zĜejmé výhody. Žáci nepracují s nebezpeþnými látkami, nemusí ovládat neznámé pĜístroje, virtuální experiment neklade takové nároky na psychomotorickou obratnost žákĤ. UmožĖuje navíc elementarizaci nutnou k pochopení sledovaných jevĤ a dČjĤ i na této vČkové úrovni, kdy jsou zatím poznatky žákĤ z oblasti pĜírodovČdného vzdČlávání na nízké úrovni a opírají se spíše o individuální zkušenosti zatížené znaþnými miskoncepcemi. PĜírodovČdné vzdČlávání na primární úrovni je však výraznČ prakticistnČ zamČĜené, dĤraz je kladen na vlastní prožitek žákĤ, který vychází pĜevážnČ z konkrétních nebo modelovČ navozených situací pĜi osvojování potĜebných dovedností. Proto je vhodné experimenty do výuky pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání zaĜazovat i na primární úrovni. AlespoĖ v evropském prostoru se v poslední dobČ rozvíjejí tzv. výzkumnČ ladČné koncepce pĜírodovČdného vzdČlávání, které je možné

26

považovat dokonce za novodobé paradigma primárního pĜírodovČdného vzdČlávání. Velký význam je pĜikládán využití tzv. autentického výzkumu pĜí výuce (bližší charakteristiky viz napĜ. Chinn, Malhorta, 2006). Podstatou této metody je, že žáci provádČjí experimenty výzkumného charakteru. Experiment je obvykle dlouhodobý, probíhá podle pĜedem pĜipraveného plánu a podílí se na nČm vČtší skupina žákĤ, pĜípadnČ celá tĜída. Žáci shromažćují výsledky, tĜídí je a uþí se je vyhodnocovat napĜ. formou grafických závislostí a následnČ interpretovat. Nemusí pĜitom jít vždy o reálný experiment. Stále þastČji se využívá i virtuálních experimentĤ. S úspČchem je možné využívat i experimentĤ webových, které prostĜednictvím vzdálené laboratoĜe umožĖují sledovat napĜ. nČkteré charakteristiky z environmentální oblasti, které jsou blízké žákĤm a možnostem jejich chápání. Tato metoda rozvíjí u žákĤ schopnost klást otázky, vyhledávat dĤkazy pro svá tvrzení a vytváĜet racionální argumenty. To žákĤm pomáhá nejen porozumČt pĜírodním vČdám, ale vybavuje je takovými dovednostmi a návyky v procesu jejich myšlení, které mají širší využitelnost. Lze také pĜedpokládat, že zkušenosti žákĤ z aktivní úþasti na výzkumných úkolech se pĜenesou do vyšších stupĖĤ pĜírodovČdného vzdČlávání a povedou k redukci pasivity žákĤ pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ, jaké jsme þasto svČdky napĜ. na gymnáziích. Baïdak a Coghlan (2006) poukazují na vhodnost ekologických témat jako platformy pro uplatnČní autentických výzkumĤ na úrovni primárního pĜírodovČdného vzdČlávání. PrávČ ekologická témata jsou svou podstatou žákĤm velmi blízká, bezprostĜednČ se jich dotýkají, jsou znaþnČ medializovaná, mají celospoleþenský význam, s Ĝadou aspektĤ environmentální výchovy mají žáci své osobní zkušenosti a navíc z hlediska obsahu vzdČlávání patĜí mezi témata integrující Ĝadu poznatkĤ z rĤzných oborĤ lidské þinnosti. PĜi studiu environmentální problematiky by pĜitom žáci mČli uplatĖovat metody vČdecké práce, jejichž základy v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání získávají. Výsledky vyhodnocení pĜíspČvkĤ z hlediska typu experimentĤ využitých pĜí výuce pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ vzdČlávání ukazuje následující tabulka II. a obr. 4. Celkový souþet pĜíspČvkĤ v odborných periodicích zaĜazených v rámci metaanalýzy podle kritéria typu experimentu použitého ve výuce je o 7 menší, než celkový poþet relevantních pĜíspČvkĤ. Zde nezaĜazených 7 þlánkĤ se týká obecnČ didaktických otázek zaĜazování experimentĤ do výuky pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání bez konkrétní specifikace typu experimentu. Do této analýzy byly však zaĜazeny i þlánky pojednávající o využití myšlenkových experimentĤ, a to z toho dĤvodu, že se obvykle

27

opíraly o urþitý pozorovaný dČj, zamČĜovaly se na vysvČtlení urþité skuteþnosti, nebo sloužily ke stanovení vstupní hypotézy, kterou bylo možno následnČ ovČĜit experimentem, aĢ již reálným nebo virtuálním. Tab. II. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle typu experimentĤ

Typ experimentu virtuální reálný kombinovaný (virtuální i reálný) myšlenkový modelování, vizualizace Souþty

Absolutní poþty 39 84 15

Relativní poþty (%) 17,4 37,5 6,7

8 78 224

3,6 34,8 100,0

Obr. 4 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle typu použitých experimentĤ (%)

Z tabulky a obrázku je patrné, že pĜíspČvky orientované na výuku pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ vzdČlávání se zabývají pĜedevším reálnými experimenty. Jejich využití v pĜírodovČdném vzdČlávání je stále pokládáno za nezastupitelné a didaktickému významu reálných experimentĤ

28

je vČnována i Ĝada pedagogických výzkumĤ. PĜesto lze však konstatovat, že reálný experiment je v bČžné edukaþní praxi spíše na ústupu. Místo prostĜedku didaktické rekonstrukce se funkce reálného experimentu pĜesouvá spíše do motivaþní oblasti. ěada pĜíspČvkĤ zejména v Journal of Chemical Education se zamČĜuje na využití zajímavých a efektních experimentĤ ve výuce. Jejich motivaþní intence jsou zcela zĜejmé. Vedle efektního prĤbČhu experimentu (napĜ. Prall, 2008) se využívá i dalších prvkĤ zvyšujících motivaci, jako jsou neobvyklé názvy experimentĤ („zubní pasta pro slony“ – viz Trujillo, 2005), využívání látek známých z bČžného života (energetický nápoj Red Bull – viz Simpson et al., 2009), interdisciplinární pĜesahy do dalších oborĤ, zejména biologie (Mundel, 2009) nebo akcentace environmentálních aspektĤ (napĜ. Burley, Johnston, 2007). Pokud jde o virtuální prostĜedí, hojnČ je využíváno pĜedevším modelování, animace a rĤzné další typy vizualizací. Jak již bylo uvedeno výše, pokud budeme vycházet z uvedené definice experimentu, pak tyto typy vizualizací nejsou virtuálními experimenty (podrobnČji viz kap. 3 a 5). Ve spojení s multimediálními databázemi však mohou výrazným zpĤsobem pomoci žákĤm i uþitelĤm v porozumČní abstraktním jevĤm nebo jevĤm, které nejsou pĜístupné pĜímému pozorování. Jelikož nevyžadují obvykle nároþné hardwarové ani softwarové vybavení, jsou pĜístupnČjší jak pro žáky, tak pro uþitele a jejich využití se v reálné edukaþní praxi rozšiĜuje zejména s pomČrnČ masivním zavádČním interaktivních tabulí do škol. Tyto vizualizace mají však omezené využití vyplývající z jejich v podstatČ stereotypní funkþnosti. Virtuálním experimentĤm ve smyslu poþítaþových simulací, ve kterých mĤže žák mČnit vstupní parametry a tím ovlivĖovat prĤbČh a výsledek experimentu, je v analyzovaných pĜíspČvcích vČnována ponČkud menší pozornost. Virtuální experimenty se soustĜedí pĜedevším na simulaci rĤzných fyzikálnČ chemických metod (napĜ. chromatografie, iontoforéza), biochemických procesĤ (fotosyntéza, respirace), fyzikálních veliþin (viskozita, hustota), chemických jevĤ (dynamická rovnováha, reakþní kinetika) þi technologických zaĜízení (solární þlánky). Velmi málo pozornosti je však ve sledovaných odborných periodikách vČnováno pĜípadĤm, kdy je cílenČ s didaktickým zámČrem kombinován reálný experiment s virtuálním. Aþkoliv se jedná z hlediska didaktické znalosti obsahu o velmi významný prostĜedek didaktické rekonstrukce pĜinášející uþícímu se jedinci Ĝadu komplexních informací a podnČtĤ, v praxi je tato kombinace využívána jen málo. PĜíþinou je pravdČpodobnČ znaþná nároþnost, kterou spojení reálného experimentu

29

s virtuálním vyžaduje. Nejde pĜitom pouze o nároþnost z hlediska materiálového a technického, ale nároþné je používání kombinovaných experimentĤ i na pĜípravu uþitelĤ a Ĝízení uþebních þinností žákĤ. Výsledky vyhodnocení pĜíspČvkĤ z hlediska oboru pĜírodovČdného vzdČlávání ukazuje následující tabulka III. a obr. 5. Tab. III. Diferenciace pĜíspČvkĤ podle oboru pĜírodovČdného vzdČlávání

Obor Chemie Fyzika biologie a ekologie pĜírodovČda (science) VČdy o Zemi Souþty

Absolutní poþty 142 62 28 6 2 240

Relativní poþty (%) 59,2 25,8 11,7 2,5 0,8 100,0

Obr. 5 Diferenciace pĜíspČvkĤ podle oboru pĜírodovČdného vzdČlávání (%)

Celkový souþet pĜíspČvkĤ v odborných periodicích zaĜazených v rámci metaanalýzy podle kritéria oboru pĜírodovČdného vzdČlávání je o 9 vČtší, než celkový poþet relevantních pĜíspČvkĤ. TČchto 9 pĜíspČvkĤ popisuje využití komplexnČjších experimentĤ, které zasahují do více

30

vymezených oborĤ a byly proto zaĜazeny vždy do dvou oborĤ souþasnČ. V sedmi pĜípadech šlo o propojení fyziky a chemie, ve dvou pĜípadech o propojení chemie s biologií a ekologií. Jednalo se vždy o oba obory oddČlenČ, nikoliv o hraniþní mezioborové disciplíny. PĜíspČvky z oblasti fyzikální chemie þi biochemie byly Ĝazeny vždy pod chemii. Z uvedené tabulky a obrázku je zĜejmé, že v analyzovaných þláncích dominují popisy didaktického využití chemických experimentĤ. Tento závČr je zĜejmý, neboĢ chemie je experimentální vČda a rovnČž výuka chemie se (alespoĖ teoreticky) o využití experimentĤ opírá. Analogicky to platí i o fyzice a fyzikálních experimentech, které jsou obsahem druhého nejvyššího poþtu þlánkĤ. Tento výsledek je však do jisté míry zkreslen, neboĢ relativnČ velké množství pĜíspČvkĤ se týkalo oblasti fyzikální chemie, které byly vĜazeny pod chemii. PĜíspČvky z ostatních oborĤ pĜírodovČdného vzdČlávání tvoĜily již výraznČ minoritní podíly. Zþásti i díky omezeným možnostem provádČní experimentĤ napĜ. v rámci vČd o Zemi þi experimentĤ týkajících se práce se živým materiálem v biologii. Experimenty v oblasti ekologie jsou navíc obvykle dlouhodobého charakteru a využívají se napĜ. v rámci projektové výuky nebo jsou zaĜazeny do širšího pĜírodovČdného kontextu a v této analýze tedy byly zaĜazeny do kategorie pĜírodovČdy. I poþet pĜíspČvkĤ týkajících se této kategorie je však nízký. To je zpĤsobeno zejména tím, že doménou širšího pojetí pĜírodovČdného vzdČlávání (pĜírodovČda, science) je pĜedevším primární stupeĖ vzdČlávání (ISCED 1), na který bylo obecnČ zamČĜeno velmi málo z analyzovaných pĜíspČvkĤ. Z uvedené analýzy rovnČž vyplývá, že vČtšina z pĜíspČvkĤ zabývajících se využitím reálných experimentĤ jsou zároveĖ pĜíspČvky zamČĜené na oblast chemie. V pĜíspČvcích zamČĜených na oblast fyziky se objevuje relativnČ více experimentĤ virtuálních nebo kombinovaných. RovnČž webové (on-line) experimenty, o kterých se nČkteré z analyzovaných þlánkĤ zmiĖují, jsou ve vČtšinČ z analyzovaných pĜípadĤ experimenty fyzikálního charakteru. Jak v rámci výuky fyziky, tak v rámci výuky chemie se však ve velké míĜe využívá animací a rĤzných typĤ vizualizací. Na základČ provedené metaanalýzy 231 relevantních pĜíspČvkĤ ve svČtovČ uznávaných odborných periodikách zamČĜených na oblast využití rĤzných typĤ experimentĤ pĜi výuce pĜírodovČdnČ zamČĜených obsahĤ vzdČlávání lze formulovat následující závČry: x Využití experimentĤ pĜi výuce patĜí stále mezi významná témata, jimiž se oborové didaktiky zabývají. Do této oblasti je smČĜována i Ĝada pedagogických výzkumĤ, které jsou obvykle zamČĜeny na

31

x

x

x

x

ovČĜení pochopení urþitých jevĤ, dČjĤ þi faktĤ demonstrovaných nebo podporovaných experimenty. Didaktické rovina využití experimentĤ pĜi výuce pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání je obvykle prakticistního zamČĜení. Experimenty jsou zmiĖovány zejména v souvislosti s obsahem vzdČlávání a s metodicko-organizaþními otázkami zaĜazení experimentĤ do výuky. Psychodidaktické aspekty využití experimentĤ pĜi výuce jsou diskutovány jen v malém množství þlánkĤ, a to ještČ spíše implicitnČ v souvislosti s odstraĖováním miskoncepcí v žákovských pojetích pĜírodovČdných fenoménĤ. V relevantních analyzovaných þláncích v naprosté vČtšinČ pĜípadĤ absentuje systematické pojetí experimentu v širších edukaþních souvislostech jako prostĜedku didaktické rekonstrukce. Velmi málo pozornosti je vČnováno tomu, jak experiment modifikuje vnitĜní poznatkový systém žáka a procesĤm, kterými se informace pĜinášené experimenty do tohoto systému zabudovávají. Málo pozornosti je ve sledovaných periodikách vČnováno využití experimentĤ v rámci primárního pĜírodovČdného vzdČlávání. To pĜitom vytváĜí nezbytné a nepostradatelné kompetence pro další uþení se pĜírodovČdným pĜedmČtĤm, definuje klíþové pojmy a seznamuje žáky se základními zákonitostmi fungování „fyzikálního“ a „biologického“ svČta, který žáky obklopuje. PrávČ na úrovni ISCED 1 se determinuje základ pĜírodovČdného vzdČlávání, stejnČ tak, jako se formují hodnoty a postoje s tímto vzdČláváním související. V prĤbČhu dalšího vzdČlávání dochází k rozvoji již vytvoĜených kompetencí, k diferenciaci a specializaci. Tento rozvoj se však neobejde bez základĤ položených v rámci primárního pĜírodovČdného vzdČlávání, ke kterým zcela nezbytnČ patĜí i schopnost pracovat s experimentem a využívat experimenty v rámci konstrukce poznání. Velmi málo z publikovaných odborných studií se zabývá didaktickými aspekty interakce reálného a virtuálního experimentu v pĜírodovČdném vzdČlávání. Tento fenomén je dosud málo ošetĜen validními pedagogickými výzkumy. ProvádČné výzkumné studie (pokud již se tímto tématem zabývají) obvykle staví reálný a virtuální instrument do protikladu a komparují didaktickou efektivitu výuky podpoĜené bud jedním þi druhým typem experimentu. Pokroþilé technologie dnes pomocí virtuální reality umožĖují reálný experiment takĜka zcela nahradit virtuálním prostĜedím (Yair, Mintz, Litvak, 2001), což pĜispívá k chápání obou nástrojĤ didaktické znalosti

32

obsahu jako opozit. Jak reálné, tak virtuální prostĜedí se však mohou vhodnČ doplĖovat a pĜispívat k efektivnČjší didaktické rekonstrukci (blíže viz napĜ. Lindgren, Schwartz, 2009). Analogické studie se zabývají interakcí experimentĤ reálných a myšlenkových (napĜ. Reiner, Gilbert, 2004). x Velmi nízká pozornost je ve sledovaných pĜíspČvcích v souvislosti s využíváním experimentĤ pĜi výuce obsahĤ pĜírodovČdného vzdČlávání vČnována pĜípravČ uþitelĤ (aĢ již pregraduální þi v rámci celoživotního vzdČlávání). Uþitelé-absolventi, kteĜí nebudou systematicky pĜipravováni na využívání experimentu jako didaktické interpretace obsahu, nebudou experimenty ani používat pĜi své výuce. Škoda a Doulík (2009) však zdĤrazĖují, že ne každý experiment provádČný napĜ. v rámci vysokoškolských laboratorních cviþení, je zároveĖ didaktickou interpretací obsahu. Školní experiment musí sloužit pĜedevším didaktické transformaci (Kansanen, 2002) a kompetence k provádČní efektivní didaktické rekonstrukce musí být u pregraduálních studentĤ uþitelství systematicky budovány a rozvíjeny. Prosazení vČtší míry využívání školních experimentĤ jako prostĜedkĤ didaktické rekonstrukce se neobejde bez odpovídající kurikulární podpory a systematických zmČn dosavadního pojetí vzdČlávání. 2.4 Školní pĜírodovČdný experiment jako výzkumný problém Experimenty, jakožto komplexní nástroje didaktické rekonstrukce, by v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání mČly rozvíjet kompetence žákĤ v kognitivní, psychomotorické i afektivní oblasti rozvoje osobnosti. Evaluace didaktického využití experimentĤ v rámci reálného edukaþního procesu by se tedy mČla dotýkat všech tČchto uvedených oblastí. V praxi je ovšem komplexnČjší evaluace využití experimentu spíše výjimkou. Pozornost se soustĜedí zejména na kognitivní složku a vztahuje se k osvojeným poznatkĤm. K tomu jsou pĜizpĤsobovány i používané diagnostické þi výzkumné nástroje. Nezáleží pĜitom ani na typu použitých experimentĤ (Redish, Saul, Steinberg, 1997 nebo Molefe, Lemmer, Smit, 2005). Akcentace kognitivních vyuþovacích cílĤ v souvislosti s experimenty vede nejþastČji k používání rĤzných typĤ didaktických testĤ ovČĜujících prostĜednictvím pretestu a posttestu didaktickou efektivitu výuky podporované experimenty, aĢ již reálnými nebo virtuálními. Velká pozornost je však ze strany pedagogického výzkumu vČnována modifikaci pĤvodních naivních dČtských pĜedstav vzniklých obvykle na základČ individuální zkušenosti dítČte a postupné zmČnČ tČchto

33

pĜedstav smČrem k vČdeckému poznání na úrovni vymezené pĜíslušnými typy kurikulárních dokumentĤ. Tento trend je zcela v souladu s moderním paradigmatem oborových didaktik vztaženému k tzv. didaktické rekonstrukci (blíže viz Jelemenská, Sander, Kattmann, 2003). Ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ jsou (nebo by mohly být) experimenty využívány jako velmi úþinné nástroje didaktické rekonstrukce. Poznatky pĜinášené experimenty jsou procesem asimilace zaþleĖovány do již existujících schémat jedince, do jeho dosavadních zkušeností; tyto objekty vnČjšího svČta se stávají souþástí vnitĜního svČta jedince, jsou mu podrobovány. Výsledkem asimilaþní þinnosti je vytváĜení asimilaþních schémat (schémat þinnosti), což je vlastnČ podle Piageta (1999) podstata uþení. PĜitom platí, že jedinec dokáže asimilovat jen takové podnČty zvnČjšku, které odpovídají jeho dosavadním asimilaþním schématĤm a jsou adekvátní úrovni jeho operaþních prostĜedkĤ (asimilace probíhá už od úrovnČ senzomotorických operací až po operace formální, a ovlivĖují tedy i vznik abstraktních pojmĤ, které nemají pro dítČ na nižší než formální úrovni význam). Akomodace pak pĤsobí jako proces opaþný, ale komplementární k asimilaci. Stávající struktury jedince, které pĜijímají nové podnČty, jsou jimi zároveĖ modifikovány a pĜizpĤsobovány vnČjšímu svČtu. Procesy asimilace a akomodace jsou tedy vzájemnČ podmínČné a je tĜeba je posuzovat spoleþnČ. Pro dynamiku vývinu psychiky má tedy podstatný význam vytváĜení rovnováhy mezi obČma procesy, rovnováhy mezi aktivní þinností subjektu a pasivním pĜizpĤsobováním se prostĜedí. Tato rovnováha je neustále narušována a je zároveĖ tím nedokonalejší, þím je dítČ mladší (Held, Pupala, 1995). Procesy asimilace a akomodace jsou zároveĖ klíþovými procesy didaktické rekonstrukce. OvČĜování didaktické úþinnosti a efektivity experimentu v pĜírodovČdném vzdČlávání musí být tedy úzce svázáno s diagnostikou þi výzkumem zamČĜenými na modifikaci pĤvodních naivních pĜedstav (prekonceptĤ) uþících se jedincĤ. Z tohoto požadavku by pak mČly vycházet i pĜíslušné diagnostické a výzkumné metody. Dále jsou v textu uvádČny jednotlivé výzkumné (a diagnostické metody), které jsou využitelné k výzkumu didaktické efektivity experimentĤ jako nástrojĤ didaktické rekonstrukce v pĜírodovČdném vzdČlávání. Jedná se o metody a techniky všeobecnČ známé, proto je na tomto místČ uvádČna pouze jejich struþná charakteristika ve vztahu k relevantní problematice (upraveno dle Doulík, Škoda, 2008). V námi provedených výzkumech byly využity v rámci provedených pedagogického experimentu a hodnocení názorĤ didaktické testy, dotazníky a rozhovory (viz kap. 6).

34

2.4.1 Dotazník Dotazník patĜí mezi tzv. explorativní metody pedagogického výzkumu. Je založen na zpĤsobu písemného kladení otázek a získávání písemných odpovČdí. Z obecného hlediska metodologie pedagogického výzkumu se jedná o nejfrekventovanČjší metodu a užívá se pĜi hromadném získávání dat (proto je také používána témČĜ výluþnČ pro úþely kvantitativního výzkumu). Použití dotazníku se zdá v souvislosti s výzkumem didaktické efektivity výuky podpoĜené experimenty jako neperspektivní. Je však tĜeba vzít v úvahu i motivaþní úþinek experimentĤ, neboĢ mnohdy jsou experimenty do výuky v reálné školní praxi zaĜazovány zejména kvĤli svému motivaþnímu efektu. Motivace se pak výrazným zpĤsobem podílí na utváĜení afektivní složky rozvoje osobnosti žákĤ ve vztahu k experimentu a k empirickým metodám pĜi utváĜení pĜírodovČdného poznání vĤbec. PĜi využití virtuálních experimentĤ a dalších typĤ prezentací pomocí ICT se k motivaþnímu efektu samotného experimentu þi vizualizace pĜidává i motivaþní efekt použití ICT pĜi výuce (Kubiatko, Haláková, 2008). Pro zjišĢování motivaþní složky experimentu se dotazník ukazuje jako nejvhodnČjší výzkumná technika. DĤležitý je však typ otázek, které se v dotazníku objevují. NejþastČji používané jsou otázky otevĜené (pĜípadnČ polouzavĜené), kdy respondent odpovČć sám tvoĜí, a mohou se tak plnČ projevit jeho individuální specifika. Proto je vhodné používat dotazníky s otevĜenými položkami na menším poþtu respondentĤ, pĜípadnČ se kombinují otázky otevĜené a polouzavĜené. Naopak ménČ používané jsou otázky uzavĜené, kde jedinec vybírá z pĜedložených možností. P. Doulík a J. Škoda (2005) však upozorĖují, že problémem otevĜených otázek zĤstává jejich obtížnČjší zpĤsob vyhodnocení, neboĢ šíĜe odpovČdí bývá znaþná a zejména u respondentĤ mladšího školního vČku se objevuje pĜekvapivČ pestré a originální spektrum odpovČdí. Pro zjednodušení vyhodnocení se odpovČdi respondentĤ grupují podle zvolených kritérií, které sledují cíle výzkumu. Problémem otevĜených otázek je v kvantitativnČ orientovaných výzkumech také obtížnost jejich statistického vyhodnocení pomocí induktivních metod statistické analýzy dat. Grupování odpovČdí respondentĤ sice umožĖuje využívat nČkteré statistické metody (napĜ. typu Ȥ2 test nezávislosti), ale jedná se pouze o nominální druh mČĜení. Samotné vytváĜení grup a distribuce odpovČdí žákĤ do jednotlivých grup mĤže být znaþnČ subjektivní. UzavĜené dotazníkové položky sice umožĖují použití rozsáhlejšího statistického aparátu, na druhé stranČ implikují odpovČć respondenta a neponechávají mu prostor k vyjádĜení originálních názorĤ, což je však v souvislosti

35

s motivací velmi cenné. Pokud jde o detailní zachycení výpovČdí a jejich rozbor, je lépe volit vhodnČjší metody (napĜ. interview). 2.4.2 Didaktické testování Didaktické testy patĜí mezi nejþastČji používané metody pĜi výzkumu výsledkĤ výuky podporované experimentem. DĤvodem pro jejich používání je pĜedevším to, že výuka pĜírodovČdných pĜedmČtĤ (o kterých je v souvislosti s experimenty relevantní hovoĜit) je zamČĜena pĜedevším na dosahování kognitivních cílĤ. Didaktické testy pak slouží v duchu Byþkovského definice (1982) jako nástroje systematického mČĜení výsledkĤ výuky. Pro tyto úþely se vČtšinou používá úloh, které jsou objektivnČ skórovatelné (nejþastČji úlohy typu multiple-choice) z dĤvodu jejich snadného a jednoznaþného vyhodnocování. Nevýhodou tohoto typu úloh je skuteþnost, že nabízené alternativy odpovČdí nemusí reflektovat žákĤv vnitĜní poznatkový systém a mohou být z pohledu žáka nesrozumitelné, zavádČjící nebo naopak málo plausibilní (nabízené alternativy jsou þasto vytváĜeny odborníky, kterým mĤže být myšlenkový svČt dítČte velmi vzdálen). Tuto nevýhodu uzavĜených úloh s výbČrem odpovČdi lze do urþité míry eliminovat tím, že navržené distraktory jsou sestaveny na základČ vyhodnocení dĜíve zadaných otevĜených testových úloh, pĜípadnČ na základČ rozhovorĤ se žáky (Chráska, 1999). (V souvislosti s problematikou konstrukce distraktorĤ rovnČž viz Sadler (1998). KomplexnČjší pohled na utváĜení systému žákova poznání poskytují úlohy otevĜené. Jde pĜedevším o úlohy otevĜené s odpovČdí širokou a úlohy produkþní (žák sám tvoĜí odpovČć, uvádí svĤj názor, úvahy na pĜedložený problém). Tento typ úloh lze pĜirovnat k divergentním úlohám problémového charakteru. K iniciaþní funkci zde slouží uvození instrukcí jako napĜ. „Co myslíš, že se stane, když…“, „Popiš svoji pĜedstavu o….“ Tyto typy úloh podporují rozvoj tvoĜivého myšlení žákĤ (blíže k problematice tvoĜivosti pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ napĜ. Haláková a Kubiatko (2008). Jakýmsi kompromisem mezi úlohami otevĜenými a uzavĜenými jsou dnes velmi þasto konstruované a používané dvouúrovĖové didaktické testy. FormálnČ mají podobu testu s výbČrem odpovČdi, ale žák tvoĜí svou odpovČć ve dvou krocích. Nejprve volí z nČkolika bČžných nabídek odpovČć, kterou považuje za správnou þi za nejbližší vlastnímu pojetí. PĜi druhém kroku vybírá z nČkolika argumentĤ, jimiž se dá pĜedchozí volba zdĤvodnit, pĜípadnČ je nucen vysvČtlení své odpovČdi sám formulovat. Tvorba tČchto dvouúrovĖových úloh je znaþnČ nároþná nejen þasovČ, ale klade i požadavky na zkušenosti jejich tvĤrce. U žákĤ na úrovni primárního vzdČlávání však tato metoda není pĜíliš

36

vhodná, neboĢ dČtem dČlá potíže srozumitelnost textĤ, zvláštČ jsou-li delší nebo z obsahového hlediska nároþnČjší. Takové testové položky potom mají ve vztahu k výsledkĤm výuky podporované experimenty velmi nízkou validitu, neboĢ nezjišĢují kvalitu a strukturu poznatkĤ dítČte, ale spíše schopnost žáka porozumČt pĜeþtenému textu. 2.4.3 Interview Urþité opodstatnČní pĜi výzkumu výsledkĤ výuky podporované experimentem má i interview. ZjišĢuje se jím, jak žák získává zkušenosti, jak vytváĜí obsah pojmĤ, jak chápe a interpretuje svČt kolem sebe (Marton, 1994). UmožĖuje tedy identifikovat kvalitativnČ odlišné zpĤsoby, jakými lidé chápou, vysvČtlují anebo zdĤvodĖují rĤzné jevy a dČje (Osuská, Pupala, 1996). Dokonce je možné vytvoĜit i jakousi typologii identifikovaných pĜedstav, neboĢ se ukazuje, že jich existuje jen urþitý omezený poþet (Rye, Rubba, 1998). Fenomenografické interview pro svou þasovou nároþnost a obsahovou hloubku umožĖuje realizovat výzkum výsledkĤ výuky podporované experimentem spíše v malých skupinách. Rozhovor není dopĜedu strukturovaný, pĜedem pĜipravené otázky tvoĜí pouze páteĜ dČjové linie, dialog je tak typický a neopakovatelný pro ten který pĜípad. Takto koncipovaný rozhovor tedy umožĖuje získat mnoho informací o poznatkové struktuĜe dítČte a pĜedevším o jejím utváĜení a vzájemných souvislostech uvnitĜ tohoto systému. Je také možné zamČĜit se na komplexnČjší pochopení urþitých jevĤ demonstrovaných experimentem ze strany žákĤ a nechat si vysvČtlit jeho teorie, jimiž popisuje pozorovaný jev. Fenomenografický rozhovor nabízí velkou volnost pĜi zjišĢování žákových subjektivních názorĤ, dovoluje jít do hloubky, pružnČ reagovat na neþekané a rĤzné odpovČdi žákĤ þi mlþení. Fenomenografický rozhovor je zamČĜený na odhalení kvalitativnČ odlišných zpĤsobĤ, jakými lidé získávají zkušenosti. Jedním z pravidel fenomenografického rozhovoru je neptat se na pĜíþinu, ale ptát se na zpĤsob, tedy napĜ. „jak“, „pĜi jaké pĜíležitosti“ atd. Rozhovor mĤže být pĜi zjišĢování výsledkĤ výuky podporované experimentem hlavní výzkumnou metodou, avšak þastČji bývá metodou doplĖkovou (zejména doprovází metodu analýzy žákových výtvorĤ). Je potĜeba vzít v potaz fakt, že nČkteĜí žáci své subjektivní pĜedstavy jen obtížnČ verbalizují, nedostává se jim slov, aby vyjádĜili to, co si o urþitém fenoménu þi dČji myslí. Dále platí, že využití interview jakožto výzkumné metody je na úrovni primárního vzdČlávání výraznČ limitováno vyjadĜovacími schopnostmi dítČte. Proband nemusí být schopen sdČlit svoji pĜedstavu napĜ. o pĜíþinách pozorovaného jevu v adekvátních pojmech.

37

RovnČž tak obsah a rozsah dítČtem sdČlovaných pojmĤ mĤže být zcela odlišný od chápání daného pojmu dospČlým þlovČkem. Na tuto skuteþnost upozorĖují napĜ. Krnel, Watson, Glažar (2005), pĜestože ve své výzkumné studii používali metodu fenomenografického interview i pĜi práci s tĜíletými probandy. V tomto pĜípadČ se však jednalo spíše o doplĖkovou metodu doprovázející manipulaci dČtí s pĜedmČty vyrobenými z rĤzných materiálĤ. Zvláštní pozornost zasluhuje v této souvislosti klinické interview. To je výzkumná metoda, pĜi které výzkumník mČní své otázky podle odpovČdí dotazované osoby. Tato metoda byla využívána zejména Piagetem a jeho školou a v souþasnosti se používá v širších souvislostech pĜedevším v rĤzných výzkumech pĜírodovČdného a matematického myšlení. Klinický pĜístup byl dále rozvíjen v pracích k výzkumu konceptuální zmČny (conceptual change). Její tČžištČ spoþívá v tom, že žákova pĤvodní pĜedstava je pĜedstavou pouze pĜedbČžnou (neadekvátní, nesprávnou, nevČdeckou), která se má v prĤbČhu þasu pod vlivem zkušeností a uþení promČĖovat smČrem k cílové pĜedstavČ (adekvátní, správné, vČdecké) (blíže viz Janík, 2009). Model didaktické rekonstrukce hovoĜí spíše o rekonstrukci pĜedstav (conceptual reconstruction). Klinické interview vychází z paradigmatu kognitivní psychologie, jejímž znakem je informaþní pĜístup (poznávací procesy jsou chápány jako procesy zpracovávající, pĜíp. pĜepracovávající informaci), smČĜující k analýze povrchové i hloubkové struktury psychických (poznávacích) procesĤ (Sedláková, 2004). Klinické interview umožĖuje blíže zkoumat strategie myšlení probandĤ a jejich pĜístupy k Ĝešení problémĤ obvykle v rámci experimentálních úloh. Poskytuje pĜístup ke zpĤsobĤm, kterými jedinci konstruují své poznání prostĜednictvím vzájemné interakce toho, co již vČdí a þemu vČĜí s tím, co je prezentováno novými zkušenostmi (Carpenter, 1982). Primárním cílem tazatele v klinickém interview je tedy porozumČt tomu, jak subjekt klinického interview uvažuje, proþ a jak dochází ke konkrétním myšlenkám. Tazatele bČhem klinického interview nezajímá ani tak vlastní Ĝešení problému, jako spíše strategie a logické postupy, které dotazovaný používá. Z hlediska konceptuální zmČny je pĜedmČtem tazatelova zájmu reakce subjektu na dĤkaz zpochybĖující jeho dosavadní pojetí. Jde zejména o to, zda subjekt v konfrontaci se zpochybĖující informací pĜinášenou prĤbČhem þi výsledkem experimentu své dosavadní pojetí zcela zavrhne a jeho místo zaplní pojetím zcela novým, anebo zda je zpochybĖující informace subjektem konstruktivnČ využita k modifikaci þi revizi dosavadního pojetí. Posner a Gertzog (1982) doporuþují využívat konkrétní experimenty a situace s nimi souvisejícími jako podnČty pro

38

otázky klinického interview. Podklady získané na základČ klinického interview je možné využít k tvorbČ konceptuálních map (Mercer, Littleton, 2007) neboĢ pĜispívá k problematice objasnČní vývoje pojmĤ a získávání znalostí. Použití klinického interview jako metody k výzkumu výsledkĤ výuky podporované experimentem s sebou však pĜináší dva problémy. Cílem této metody totiž není pouze studium specifických faktorĤ každého interview, ale také sledování hlavních principĤ, které je možné aplikovat na široké spektrum interview (Osborne, Gilbert, 1980). Prvním problémem je proto interpretace interview, která je do jisté míry vždy subjektivnČ zabarvena. Druhým problémem je samotná povaha otázek a poznámek pronášených bČhem interview tazatelem a jejich vliv na prĤbČh interview. Nezkušený tazatel mĤže probandovi intuitivnČ podsouvat své vlastní vysvČtlení pozorovaného dČje a své vlastní strategie Ĝešení problémĤ a nemusí tak být vĤbec schopen pĜinést z klinického interview validní údaje. 2.4.4 Pojmové mapování Pojmové mapování velmi úzce souvisí se zjišĢováním struktury poznatkĤ. PĜi osvojování klíþových pojmĤ v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání je vedle obsahu a rozsahu pojmĤ dĤležitá znát i jejich zaþlenČní do myšlenkové mapy dítČte a do jeho vnitĜního poznatkového systému. V ideálním pĜípadČ je pojmová mapa grafickým zobrazením þásti struktury zmiĖovaného systému. Urþitá struktura poznatku mĤže být také v prĤbČhu edukaþního procesu zámČrnČ vytváĜena. O pojmovém mapování je tedy tĜeba v souvislosti s experimentem uvažovat jednak jako o metodČ intervenþní (þi expoziþní) a jednak jako o metodČ diagnostické a výzkumné. Vzhledem k urþité specifiþnosti této výzkumné a diagnostické metody ve vztahu k pĜírodovČdnému vzdČlávání je tĜeba ponČkud konkretizovat otázku jejího vzniku a geneze. Termín myšlenková mapa se zaþal objevovat v 70. letech 20. století v koncepci kanadského psychologa Tony Buzana, který na základČ výzkumu zapamatování zkušeností, jejich posloupností a vývoje jejich pojmového oznaþování dospČl k názoru, že znalosti jsou do pamČti ukládány ve formČ „trsĤ“ (cluster), které vyjadĜují jejich vzájemné souvislosti (Buzan, 2001). V þeštinČ, stejnČ jako v angliþtinČ, existuje Ĝada alternativních názvĤ: mapování mysli (mindmapping), pojmové mapování (semantic mapping), konceptuální mapování (concept mapping), slovní mapy (word-maps), mapy myšlení þi mentální mapy (mind maps). NicménČ Buzanovo pojetí se promítalo spíše do roviny

39

kognitivních procesĤ. Pojmové mapování jako výzkumná metoda bylo rozpracováno na pĜelomu 70. a 80. let 20. století na CornellovČ univerzitČ a je spojeno se jmény J. Stewarta, J. van Kirka a pĜedevším J. Novaka. PĤvodnČ bylo pojmové mapování vyvinuto jako jedna z metod zjišĢování výsledkĤ výuky v biologii, jak o tom svČdþí první zásadní práce zmiĖovaných autorĤ s touto tematikou (Stewart, van Kirk, Rowell, 1979; Novak, 1980). V pedagogické rovinČ souvisí pojmové mapování pĜedevším s rozvojem smysluplného uþení (meaningful learning), podle nČhož dává nový poznatek žákovi smysl a je pro nČj srozumitelný tehdy, pokud je zabudován do již existujících poznatkových struktur žáka. Tyto struktury v podstatČ odpovídají myšlenkovým mapám (Novak, 2002). Pojmové mapy v NovakovČ pojetí, které je dnes pokládáno za standardní formát pojmových map, se skládá z pojmĤ zapsaných v okrouhlých útvarech (kružnice, elipsy), které jsou vzájemnČ spojeny þárami vyjadĜujícími souvztažnost mezi pojmy. PĜi horizontálních spojeních nebo v pojmových mapách þtených odzdola nahoru se místo þar používají šipky. V optimálním pĜípadČ má mapa jasnČ utváĜenou hierarchickou strukturu (Novak, Gowin, 1984). Pro pochopení smysluplného celku reprezentujícího urþitý úsek poznatkového systému probanda bývá nČkdy výhodné naznaþená spojení mezi pojmy popisovat. Zlepšenou koncepci pojmového mapování pĜedevším z metodologického hlediska formuloval ve svých pracích Åhlberg (2004). Komparaci jeho koncepce v porovnání s tradiþním Novakovým pojetím je možné shrnout do následujících bodĤ: 1. J. Novak preferuje velmi struþná oznaþení pojmĤ v pojmových mapách (Novak, 1998). Mnohé pojmy však þasto není možné pĜesnČ a validnČ vyjádĜit bez použití více slov. Åhlbergova koncepce umožĖuje charakterizovat pojem tolika slovy, kolik jich proband pokládá za potĜebné použít. 2. Všechna spojení mezi pojmy jsou v pojmové mapČ kótována, oznaþena šipkou. (Tedy nikoliv pouze pĜi horizontálních spojích a smČrem nahoru vytváĜených map.) 3. Všechna spojení mezi pojmy jsou popisována, a to libovolnČ dlouhými výrazy. Podmínkou je pouze co nejpĜesnČjší vyjádĜení osoby, jejíž myšlení je takto mapováno. 4. Souþástí pojmové mapy se principiálnČ mohou stát obrázky, zvuky þi dokonce videa. Toto se v NovakovČ pojetí nevyskytuje nikdy. Každý jedinec však v prĤbČhu svého kognitivního vývoje prochází dle Brunera ikonickým stadiem, kdy se myšlení odehrává pĜedevším v názorných obrazech. Toto ikonické stadium by mČlo v období

40

5.

6.

7.

8.

pĜibližnČ 12. roku vČku dítČte pozvolna pĜecházet v abstraktní stadium (odpovídající stadiu formálních operací podle Piageta). Je však zcela bČžné, že i v dospČlém vČku pĜetrvává a pĜevažuje za urþitých okolností ikonické názorné myšlení. PĜi zahrnutí tČchto aspektĤ do pojmové mapy by bylo však na místČ hovoĜit již spíše o mapČ myšlení, než o þistČ pojmové mapČ. Åhlberg tak ve své koncepci myšlenkových map zĜetelnČ akcentuje epizodický charakter informací ukládaných do pamČti a jejich asociaþní vazby se smyslovými vjemy, které danou situaci, v tomto pĜípadČ reálný þi virtuální experiment, doprovázejí. Pokud má být myšlenková mapa skuteþnČ relevantní vizualizací utvoĜené poznatkové struktury þi dokonce „rekonstrukcí“ procesu jejího utváĜení, musí pracovat i s informacemi, které jsou kódovány jinak než slovnČ. Novak svazuje své pojetí pojmové mapování úzce s Ausubelovou teorií smysluplného uþení. Åhlbergova koncepce pĜedpokládá využití pojmových map pĜi užití jakýchkoliv teorií uþení a rĤzných zpĤsobĤ praktického Ĝízení uþebních þinností žákĤ. Vychází z toho, že mluvené nebo psané projevy žákĤ mohou být transformovány do podoby myšlenkových map a naopak. Novakovo pojetí pojmového mapování klade dĤraz na hierarchickou strukturu vytvoĜených map. Ve své práci napĜ. ukazují, jak mohou být stejné pojmy uspoĜádány ve tĜech hierarchicky odlišných mapách s rĤznými významy (Novak, Gowin, 1984). Åhlberg preferuje spíše centrální umístČní klíþového pojmu v myšlenkové mapČ. UpozorĖuje, že i takto pojatá mapa má prvky hierarchického uspoĜádání, neboĢ stĜed konceptuální mapy je možné si pĜedstavit jako vrchol pyramidy vidČný shora. Åhlberg také vysvČtluje, že poznání, které je urþitým obrazem okolního svČta v lidské mysli, se utváĜí spíše do podoby sítČ a nemá vždy striktnČ hierarchický charakter. Myšlenková mapa by pak mČla být reprezentací tohoto systému individuálního poznání. V kvalitní pojmové mapČ je každý koncept zmínČn pouze jednou. Na tomto pravidle však Novakova koncepce netrvá. O urþitých výjimkách ale hovoĜí i Nicoll, Francisco a Nakhleh (2001), kteĜí pĜipouštČjí opakování pojmĤ pouze v pĜípadČ takových konceptĤ, které mají tolik spojení s dalšími pojmy, že výsledná pojmová mapa ztrácí na pĜehlednosti. Z metodologického pohledu to však doporuþováno není. Jestliže je v pojmové mapČ každý pojem zmínČn pouze jednou, pak je možné spoþítat množství spojení, které má daný pojem s ostatními

41

pojmy. Poþet spojení je pak validním odhadem centrality konceptu v myšlení probanda a jeho významu pro utváĜení celého poznatkového systému daného þlovČka (Åhlberg, Ahoranta, 2002). 9. Pro správnou interpretaci pojmové mapy je dĤležité znát i poĜadí þi zpĤsob, jakým mapu þíst. Nemusí to být vždy od shora dolĤ. Bývá proto z metodologického hlediska cenné sledovat i genezi tvorby pojmové mapy. PĜínos pojmového mapování spoþívá v tom, že umožĖuje zachytit nejen to, jak žák „zná“ pojem reprezentující urþitý fenomén, ale i to, v jaké interakci s ostatními pojmy (jaká je jeho struktura, jaké vazby tvoĜí) se daný pojem nachází. Tvorba pojmové mapy je myšlenkový proces, který lze vizualizovat do grafického zobrazení souvislostí a vztahĤ mezi pojmy. Tyto vzájemné vazby vznikají na základČ neurofyziologických mechanismĤ dlouhodobé pamČti a utváĜejí se na základČ asociaþních strukturních interakcí a odpovídají Buzanovým „trsĤm“. Tyto „informaþní komplexy“ vznikající bČhem prĤbČhu experimentu v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání mají vždy alespoĖ z þásti epizodický charakter. Jejich vznik a vytváĜení vzájemných spojĤ je doprovázeno emocionálnČ podbarvenými zážitky, které souvisí i s komplexnČjším smyslovým vnímáním, proto pojmová mapa mĤže tvoĜit znaþnČ rozsáhlé a þlenité struktury. Jak uvádČjí Greca a Moreira (2000), nejsou pĜedevším u mladších žákĤ pojmové mapy þistČ pojmové, ale jedná se spíše o „mentální modely“, neboĢ se do nich promítají individuální zkušenosti, osobní a emocionální motivy, zážitky atd. Sweller (1994) považuje pojmové mapy jako vnČjší zobrazení sémantické pamČti þlovČka a pojmové mapy tak podle nČj kopírují zpĤsob, jakým byla daná pamČĢová stopa utváĜena. Konkrétní provádČní pojmového mapování mĤže mít rĤznou podobu: a) Žák má doplnit neúplné schéma vztahĤ mezi pojmy (chybČjí nČkteré pojmy a vztahy – viz napĜ. Slotte a Lonka (1999). b) S pomocí starší a zkušenČjší osoby má žák nakreslit své chápání pojmové struktury daného tématu vztahující se ke zkoumanému fenoménu þi k danému uþivu (napĜ. Stoddart, Abrams, Gasper, 2000). c) Z nČkolika odlišných pojmovČ-vztahových struktur týkajících se téhož fenoménu má žák rozhodnout, které z nich se nejvíce blíží jeho názoru (úloha na volbu nabídnutých Ĝešení), pĜípadnČ jak by schéma pozmČnil, aby plnČ vystihovalo jeho názor (zmiĖuje jako jednu z možností napĜ. Bloom, 1995, avšak bez bližší specifikace).

42

Z hlediska pĜínosu pojmového mapování pro výzkum výsledkĤ výuky podporované experimentem je samozĜejmČ nejvhodnČjší stav, kdy žák svou pojmovou mapu vytvoĜí zcela sám, bez intervence výzkumníka, jak uvádČjí napĜ. Moss, Abramsa a Robb (2001). To se ale zejména u mladších žákĤ jeví jako velmi problematické. KromČ metody vytváĜení pojmových map se prakticky odzkoušela metoda sémantických sítí (obČ metody se spoleþnČ Ĝadí mezi metody grafického znázorĖování vztahĤ mezi prvky uþiva). Tato metoda je však znaþnČ nároþná, je vhodnČjší spíše pro starší žáky a pĜevládá u ní použití pro výzkumné úþely (pĜed použitím diagnostickým v bČžné práci uþitele). 2.4.5 Analýza žákových textĤ a kreseb Analýza textĤ a kreseb žáka patĜí k pomČrnČ þasto využívaným zejména diagnostickým metodám. PĜedevším u mladších žákĤ však mĤže písemný projev pĜedstavovat urþité omezení, neboĢ žáci nemusí být schopni vyjádĜit svoje pĜedstavy pomocí adekvátních slov. V takovýchto pĜípadech se s úspČchem uplatĖuje analýza dČtské kresby (Dove, Everett, Preece, 1999). OpodstatnČní má i v pĜípadech, kdy by byl pro dítČ písemný projev výraznČ limitující, jako je tomu napĜ. u tČžších forem dysgrafie. VyjadĜování pomocí kresby je dČtem blízké a mĤže Ĝíci mnohé o vnitĜním svČtČ dítČte. Velice þasto se tato metoda kombinuje s metodou (fenomenografického) rozhovoru, kdy proband svou kresbu interpretuje, jak ukazuje napĜ. práce Sangera (2007). Kvalitativní rozbor a interpretace dČtských kreseb mohou však být velmi nároþné a mohou pĜedpokládat pĜedchozí výcvik posuzovatelĤ. PĜes toto omezení se analýzy dČtské kresby þasto používá pĜi odhalování komplexnČjších pĜedstav vztahující se k urþitým dČjĤm simulovaným prostĜednictvím experimentĤ (fotosyntéza, kvašení, dýchání, kolobČhy prvkĤ v pĜírodČ atd.) (napĜ. Silva et al, 2004). Dominantní místo analýze dČtské kresby jako nástroji pedagogicko psychologické diagnostiky pĜisuzují i Z. Hadj-Mousová a J. Duplinský (2002), kteĜí uvádČjí, že ze všech výtvarných aktivit je kresba pro dítČ nejvíce spontánní þinností, není tĜeba nároþných technických prostĜedkĤ a speciální podpory vedení. Oba autoĜi pĜisuzují dČtské kresbČ velkou vypovídací schopnost: „Analýzou kresby se dozvíme o tom, co si dítČ myslí o sobČ, druhých a svČtČ kolem nČj, co cítí a jakými disponuje schopnostmi (percepþními, motorickými, kognitivními).“ PĜínos dČtské kresby je nesporný pĜedevším pro vývojovČpsychologickou diagnostiku, která je v historii þeského a slovenského poradenství spojena pĜedevším se jmény Františka ýády (vzpomeĖme napĜ. originální studii o dČtské kresbČ s názvem „Pedagogický význam kreseb

43

dČtských“ vyšlou v roce 1902) a ZdeĖka MatČjþka (in ěíþan, Vágnerová, 1991). Ve výzkumu didaktické efektivity výuky podpoĜené experimenty pĜináší však využití dČtské kresby nČkteré specifické problémy. Za Ĝady publikovaných výzkumných studií vyplývá, že dČtská kresba má své opodstatnČní pĜedevším ve výzkumu realizovaném u mladších žákĤ. Je tĜeba poþítat s tím, že dČtská kresba má vždy do urþité míry projektivní charakter. Do kresby dítČ vtČluje vlastní pĜedstavy o okolním svČtČ a jeho vnímání, mnohdy i svá pĜání a dČtské fantazie. StejnČ tak však mĤže dítČ do kresby vtČlovat zcela obecné pĜedstavy utváĜené napĜ. pod vlivem médií nebo sociokulturních tradic. S rostoucím vČkem žákĤ však dČtská kresba postupnČ ztrácí svoji originalitu a kreativitu tak pĜíznaþnou pro mladší školní vČk a stává se spíše „technickým výkresem“ (zejména jde-li o výuku fyziky ale i chemie). Objevuje se rovnČž snaha doprovázet svoji kresbu doplĖkovým nebo vysvČtlujícím textem, zejména tehdy, není-li vlastní kresba probanda spojena s fenomenografickým interview. Z tohoto dĤvodu není vždy možné chápat analýzu dČtských textĤ a dČtské kresby jako dvČ oddČlené a na sobČ nezávislé výzkumné metody þi techniky. Urþitým problémem zejména pĜi kvantitativních výzkumech je þasová nároþnost kreseb a subjektivita jejich interpretace. Toto negativum lze þásteþnČ eliminovat sledováním urþitých objektivních a „poþitatelných“ charakteristik dČtských kreseb (souþásti aparatury, „funkþnost“ aparatury podle obrázku þi schématu, kauzální nexus v naznaþených dČjích atd.).

44

3 Metodologické aspekty ICT podporované výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ s pĜíklady z výuky chemie Matematika a pĜírodní vČdy se v souþasnosti již nemohou obejít bez významné podpory informaþních a komunikaþních technologií (ICT). Digitální technika se stává jejich organickou souþástí a umožĖuje významným zpĤsobem objevování nových poznatkĤ, principĤ a posun v nazírání dosud platných teorií. Tuto skuteþnost si stále významnČji uvČdomuje i vČtšina uþitelĤ, studentĤ a žákĤ na nejrĤznČjších stupních vzdČlávání (Bílek, Turþáni, 2006). Z uvedených dĤvodĤ musí souþasný uþitel pĜírodovČdných pĜedmČtĤ ovládat nejen vyuþovaný obor, ale i základy informatiky, doplnČné o uživatelskou znalost aplikovaného software. To je pomČrnČ nároþné jednak vzhledem k velkému množství hardwarových i softwarových produktĤ, aplikovatelných v pĜírodovČdné a technické praxi, a jednak k jejich neustálému vývoji. Rozvoj digitálních technologií a jejich aplikací v pĜírodních vČdách i v technice je velmi bouĜlivý, a tak již nelze oþekávat, že uþitelé dopodrobna zvládnou vČtšinu nabízených produktĤ. Musí mít ale základní orientaci v principech a zamČĜovat více pozornosti na perspektivní informaþní systémy podle povahy oboru, který vyuþují (Cyrus, Slabý a Bílek 1997). Aplikaci nových prostĜedkĤ do výuky urþitých pĜedmČtĤ, a to jak materiálních tak nemateriálních, vždy zabezpeþovala v teoretické i v praktické rovinČ oborová didaktika (pĜedmČtová didaktika, v dĜívČjším pojetí i teorie vyuþování nebo metodika výuky oboru). V moderním pojetí oborových didaktik, novČ uvažovaných i tzv. mezioborových didaktik (Trna 2005), které respektuje výsledky rychlého vývoje nových technologií, již není možné vystaþit s charakteristikou oborové didaktiky jako prĤniku pedagogiky a vyuþovaného oboru, ale je nutné odhalovat souvislosti a vazby mnohem širší. Nad jednotlivými oborovými didaktikami tak zaþíná vyrĤstat nový obor - technologie vzdČlávání. Tento nový impuls by mČl usnadnit cestu nejnovČjším technologiím a jejich modelĤm do výuky. Jen tak mĤže vzdČlávací sféra „držet krok“ s rozvojem spoleþnosti, oznaþované jako informaþní. Ani v aplikacích informaþních technologií ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ nesmí být opomíjeny metodologické aspekty. Jde tedy o podporu smysluplných aplikací jak empirických metod pĜírodovČdného poznávání (prosté a Ĝízené pozorování, mČĜení, reálné experimentování, práce s empirickou hypotézou) tak metod teoretických (myšlenkové experimentování,

45

modelování na rĤzné teoretické úrovni - materiální, mentální, matematické apod., práce s teoretickou hypotézou). Funkce interaktivního média není bezprostĜednČ, ale zprostĜedkovanČ metodologická. UmožĖuje aplikovat základní empirické a teoretické metody rychleji, komplexnČji a jejich výsledky ukládat i dlouhodobČ do pamČti a pĜitom kdykoliv poskytovat informace i o historii studovaného jevu. Jde tedy o výrazný pomocný nástroj, umožĖující zdokonalovat metodologii získávání nových a aplikaci existujících poznatkĤ. Z uvedených aspektĤ má poþítaþ místo ve spojení s kteroukoliv základní empirickou nebo teoretickou metodou, nebo ve vzájemném vztahu mezi nimi. KromČ toho mĤže napĜ. pĜedstavovat databázi poznatkĤ získaných pĜi prĤbČžném sledování, popĜ. Ĝízení procesĤ na všech kvantitativních úrovních – laboratorní (mikro-, semimikro-, makrotechnika), poloprovozní a provozní. PĜedevším tímto zpĤsobem se nyní ICT uplatĖují v odborné pĜírodovČdné praxi. Slouží tedy jako nástroj umožĖující realizovat (Hellberg, Bílek, 2000): a) numerické operace (podobnČ jako kalkulátor vysoké úrovnČ); b) sledování, prĤbČžné vyhodnocování a ukládání dat do pamČti z "live" provádČných pozorování (Ĝízená pozorování) a reálného experimentování; c) modelování tČchto postupĤ - fungovat tedy jako jejich simulátor; to pĜedpokládá existenci matematického modelu pĜíslušného metodologického postupu; model je pak východiskem pro tvorbu pĜíslušného simulaþního programu; d) široké použití dalších možností modelovací þinnosti spojené s využitím poþítaþe, kdy jde zejména o tvorbu modelu, v pĜípadČ simulací jde o aplikaci modelu a jeho interpretaci; e) složité pĜípady, kdy je do poþítaþe vložen dostatek informací o dané tĜídČ vČcí, pĜedmČtĤ, látek, jevĤ, a poþítaþĤ je možné využít jako rádcĤ (expertĤ) v dané oblasti – expertní a znalostní systémy. Naše zamČĜení se dotýká aplikací uvedeného pĜístupu na problematiku využití poþítaþĤ (informaþních a komunikaþních technologií) ve výuce pĜírodním vČdám (chemii). PĜi využití poþítaþe k podpoĜe experimentálních þinností mĤžeme získat vhodnou kombinací mČĜících systémĤ, simulací a „data-processing“ programĤ prostĜedí nových možností experimentu. Poþítaþ tak mĤže usnadnit jak induktivní, tak i deduktivní postup v jejich vzájemné kombinaci, tak jak je to naznaþeno napĜ. ve schématu Wedekinda (1981) (obr. 6). Tak jsou mČĜící systémy rozšiĜovány na tzv. integrované systémy, které obsahují vČtšinu uvedených komponent

46

oznaþovaných jako „lerningspace“ nebo „microworld“, v nČmž však nemĤže chybČt komponenta reálného prostĜedí. Tak je tĜeba chápat specifikaci tzv. multimediálního pĜístupu k výuce pĜírodním vČdám, tj. s postižením jejich obsahu a také jejich specifických metod.

Obr. 6 Schéma vztahu experiment - simulace; upraveno dle Wedekinda (1981)

Jak bylo v pĜedcházejícím textu naznaþeno, mohou být poþítaþ i další informaþní technologie využity jako výhodné pomocné prostĜedky akcentování metodologických aspektĤ výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Jak je naznaþeno na obr. 2 (viz kap. 2.1), jsou to zvláštČ: a) podpora realizace experimentu nebo modelování (poþítaþ - A), b) podpora Ĝízení tvorby empirických nebo teoretických hypotéz (poþítaþ - B), c) podpora formulování empirického nebo teoretického poznatku (poþítaþ - C).

47

Informaþní a komunikaþní technologie tak plní tradiþní zadání materiálních didaktických prostĜedkĤ. Jejich cílem je optimalizovat podmínky vzdČlávání, tj. podporovat plánování, projektování, realizaci i evaluaci výuky tak, aby byly stanovené vzdČlávací cíle dosahovány s co nejvČtší úþinností. Kritici uvádČjí opomenutí faktoru uþícího se, nebo jeho uvažování pouze jako pasivního objektu vyuþování. Jak se budeme snažit naznaþit v následujících þástech této publikace, je smysluplné využití kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ jednou z podstatných podmínek inovace školních experimentálních þinností, která nejen že individualitu uþícího se podporuje, ale navíc mu nabízí i Ĝadu nových možností k uplatnČní jeho specifického zpĤsobu uþení. 3.1 Vzdálené a virtuální laboratoĜe Do popĜedí zájmu metodologicky orientované pĜírodovČdné výuky s podporou ICT se dostávají tzv. „vzdálené a virtuální laboratoĜe (Remote and Virtual Laboratory)“ a „vzdálená mČĜení (Remote Sensing)“ (napĜ. Lustigová a Zelenda 1997, Bílek 1999, Lustig 2001, Martínez-Jiménes et al. 2003, Woodfield 2004, Baran et al. 2004, aj.). Jako „vzdálené laboratoĜe“ resp. „vzdálená mČĜení“ se oznaþují vČtšinou pracovištČ pĜípadnČ alespoĖ místa prezentovaných záznamĤ dat, která tímto zpĤsobem zpĜístupĖují vzdáleným spolupracujícím osobám pĜístroje a mČĜící systémy, které pro nČ byly (buć z þasových, nebo finanþních dĤvodĤ) jinak nedostupné. Ve vČtšinČ pĜípadĤ se jedná o zpĜístupnČní prĤbČžnČ snímaných dat (napĜ. meteorologické družice, seismografy, hmotnostní spektrografy, výkonné spektrální pĜístroje aj.), nČkdy mĤže vzdálený uživatel i ovlivĖovat uspoĜádání mČĜícího systému a snímání dat podle vlastních potĜeb (viz schéma na obr. 7). Tento model je možné z vČdeckého prostĜedí transformovat také do školního prostĜedí. "Vzdálená a virtuální laboratoĜ" pĜedstavuje v edukativním pojetí otevĜenou, vzdálenČ pĜístupnou databázi objektĤ využitelných pro danou experimentální þinnost studentĤ a uþitelĤ (anotace, návody, pracovní listy, grafy, schémata zapojení, kontakty, fotografie apod.). MĤže být tvoĜena napĜ. následujícími bloky (Hellberg, Bílek, 2000): x prostĜedí pro podporu experimentování s využitím poþítaþových mČĜících systémĤ, x prostĜedí pro modelování jevĤ, x vzorky datových souborĤ z experimentĤ provádČných za rĤzných podmínek, x data z výzkumných center, monitorovacích center apod.

48

Obr. 7 Vzdálené a virtuální laboratoĜe na WWW - pĜíklad projektu Nestor, který nabízí na adrese http://tmp.amc.anl.gov komponenty (virtuální internetové „místnosti“) vzdálené a virtuální laboratoĜe s výkonnými mikroskopy (informaþní a registraþní kanceláĜ – „Nestors office“, on-line a off-line mČĜení s výkonnými mikroskopy – „Microscope Lab I“ a „Microscope Lab II“, možnosti telekonferencí a videokonferencí – „TelePresence Microscopy Conference Room“, knihovnu a archívy – „Library/Archives“ a nástroje zpracování dat – „High Perf. Computing Tools“)

PĜedností takovéto „on-line“ databáze je její otevĜená a takĜka neomezená kapacita, operativnost pĜístupu ke konzultacím, srovnávání namČĜených dat a dalších nČkdy ještČ i netušených možností. V tomto pĜístupu je tĜeba si plnČ uvČdomit, že kromČ specifických (tj. z pĜírodních vČd vycházejících) funkcí mohou mít poþítaþe i oborovČ nespecifickou funkci, tj. funkci didaktickou. Vždy ale pĜednostnČ uvažujeme jejich specifickou funkci a teprve z tohoto hlediska i místo ve výchovnČ vzdČlávacím procesu. PĜitom vycházíme z toho, že pro pĜírodní vČdy jako empirické vČdy, má dosud v hierarchii metod centrální postavení reálný experiment, a proto je z tohoto hlediska na první místo nutno postavit i ve vyuþování ty funkce poþítaþe, které mají k experimentální þinnosti uþitelĤ i žákĤ tČsný vztah (Hellberg, Bílek, 2000). Ve výuce pĜírodovČdným pĜedmČtĤm proto na první místo klademe poþítaþ pĜi podpoĜe Ĝízeného pozorování a reálného experimentu. S touto funkcí tČsnČ souvisí další funkce – simulace Ĝízeného pozorování a reálného experimentování.

49

I nejnovČjší trendy tČmto aspektĤm plnČ odpovídají a ještČ nedávno „tČžko realizovatelný futurismus“ vzdáleného školního mČĜení je možné na adrese http://www.ises.info reálnČ vyzkoušet. Jak uvádí známý propagátor školních vzdálených laboratoĜí F. Lustig (2003), þeká školní laboratoĜe v brzké budoucnosti revoluþní zmČna. Internet nezĤstane "jen" informaþní médium, Internet bude i Ĝídící, mČĜící a reálnČ interaktivní médium. Vzdálené školní laboratoĜe jsou již prostĜednictvím tzv. Interaktivního internetového laboratorního studia iSES realitou. Nejjednodušší formu podpory tvoĜí ve jmenovaném „studiu“ databáze experimentĤ na statických WWW stránkách, které je možné stahovat a na lokálních mČĜících systémech spouštČt, zopakovat, modifikovat atd. Další možností je reálné ovládání vzdálených experimentĤ z dynamických WWW stránek bez jakéhokoliv speciálního programu (Lustig, 2003). PodobnČ jsou k zaznamenání i poþínající virtuální laboratoĜe pro podporu výuky fyziky napĜ. WWW-aplety se simulovanými fyzikálními experimenty na tzv. Fyzwebu (Duhajský, Houfková, Burešová, 2005) nebo výuky chemie napĜ. simulace acidobazických titrací (vybrané parametry) jako souþást Webovské aplikace Acidobazické titrace (Machková, Bílek, 2010). Vzdálené a virtuální laboratoĜe jako souþást tzv. virtuálního uþebního prostĜedí (Virtual Learning Environment – VLE) jsou nejaktuálnČjším trendem ICT podpory pĜírodovČdné výuky. PĜinášejí novou dimenzi nejen do laboratoĜí ale i do každodenního života studentĤ, uþitelĤ a každého dalšího zájemce o pĜírodovČdné vzdČlávání. Nové možnosti takĜka kdykoliv nČco aktuálnČ zmČĜit, ovládat z kteréhokoliv poþítaþe, získat aktuální data z druhé strany svČta jistČ jsou a stále více budou obrovskou motivací. ýasto bude staþit zapnout poþítaþ, „rozhlédnout se“ po Internetu, „stáhnout“ si zajímavou úlohu do svého poþítaþe nebo "pĜipojit" svĤj poþítaþ ke vzdálenému experimentu a zaþít mČĜit. Sledování þi Ĝízení vzdálených mČĜících aparatur prostĜednictvím Internetu tak zĜejmČ velmi rychle zamíĜí z laboratoĜí i do všedního života. Internetem budeme Ĝídit svoji domácnost, po Internetu budeme monitorovat životní prostĜedí atd. (Lustig, 2003). 3.2 PĜíklady realizace virtuálních a vzdálených pĜírodovČdných laboratoĜí Jak již bylo uvedeno, i v aplikacích ICT a tedy i Internetu ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ nemohou být opomíjeny metodologické aspekty. Nelze pĜipustit, aby nebylo v popĜedí zájmu pozorování, mČĜení a experi-

50

mentování z empirických a pĜedevším modelování z teoretických metod pĜírodovČdného poznávání. V této souvislosti je využívání popsaných „virtuálních a vzdálených laboratoĜí nebo vzdálených mČĜení (virtual laboratory, remote laboratory, remote sensing)“ jedním z potĜebných Ĝešení ne pĜíliš dobrého stavu realizace experimentálních þinností žákĤ na našich školách (Hildebrandt, 1999). 3.2.1 Modelování a poþítaþové simulace na Webu – virtuální laboratoĜe "Virtuální laboratoĜ" pĜedstavuje v širším smyslu otevĜenou, vzdálenČ pĜístupnou databázi objektĤ využitelných pro simulovanou ale i zprostĜedkovanou reálnou experimentální þinnost (anotace, návody, pracovní listy, grafy, schémata zapojení, kontakty, fotografie, animace a simulace). V užším smyslu je to využití apletĤ a jiných simulaþních a animaþních nástrojĤ k prezentaci zkoumaného pĜedmČtu nebo jevu (vČtšinou experimentu). NapĜ. na stránkách Katedry chemie Iowa State Univerzity http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/project folder/animationsindex.htm) vytvoĜil tým pod vedením T. Greenbowea bohatý soubor animací a simulací dČjĤ z rĤzných oblastí chemie. Jedná se vČtšinou o produkty vytvoĜené v prostĜedích Macromedia Director a Flash. Jednotlivé animace a simulace lze spouštČt pĜímo z uvedené adresy nebo je stáhnout a spouštČt na vlastním poþítaþi. V jednom z tipĤ pro výuku jsme popsali využití simulace galvanického þlánku (Bílek, Ulrichová, 2006). Z široké nabídky produktĤ mĤžeme dále pro výuku na základní škole doporuþit simulaci práce s pHmetrem. Veliþina pH se ve výuce tématu Kyselost a zásaditost roztokĤ používá, a Ĝada základních škol se tČžko mĤže pochlubit dostatkem pHmetrĤ. Proto je možné využít simulované mČĜení s virtuálním pHmetrem pĜímo na tČchto stránkách. Dají se mČĜit hodnoty pH vybraných kyselin, bází, solí a neznámých vzorkĤ. Úloha se dá postavit tak, že žáci porovnávají výsledky „mČĜení“ pomocí pHmetru s reálným mČĜením pomocí univerzálního pH papírku, urþováním pH neznámých vzorkĤ apod.

51

Obr. 8 Virtuální pHmetr T. Greenbowea na Webu Katedry chemie Iowa State Univerzity pĜímo dostupný na adrese http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/acidbas epH/ph_meter.html

Jiným zajímavým Ĝešením je virtuální laboratoĜ LiveChem z Univerzity v Oxfordu. Nabízí znaþky a fotografie reaktantĤ (jejich roztokĤ ve zkumavkách), které jsou vybírány pro urþitou chemickou reakci. Vybere se jeden kation pĜíslušné soli ze seznamu v horní þásti stránky a druhý reaktant (sĤl, kyselina, báze) ze seznamu ve spodní þásti obrazovky. VýbČrem se oba reaktanty pĜesunou nad tlaþítko „Play Movie“. V pĜípadČ, že byly vybrány spolu reagující látky, spustí se po stisknutí tohoto tlaþítka videoklip dané chemické reakce. Pod tlaþítkem Reaction Info je nabízen popis této chemické reakce a tlaþítkem Reset je buć reakce, nebo volba reaktantĤ ukonþena. Videoklipem je navozena iluze probíhajícího experimentu – virtuální laboratoĜ tvoĜená videozáznamy reálných pokusĤ. Pod názvem „Chemie Interaktiv“ (http://www.chemie-interaktiv.net) lze nalézt velké množství „Informaþních trikových filmĤ“ (komentovaných Flash-animací a videosekvencí), interaktivních animací (simulací) a výukových programĤ. Jde o materiály využitelné v primárním chemickém vzdČlávání s tématy anomálie vody, prĤbČh tání a tuhnutí pevné látky apod. Z metodologického hlediska jsou velmi zajímavá srovnávání videosekvencí (záznam reálných jevĤ) a animací (þásticové modely zaznamenaných reálných jevĤ). Jak jsme poznali v pĜedchozích

52

pĜíkladech, je pojem virtuální laboratoĜ úzce svázán s modelováním a simulacemi (aplety). Výborný specializovaný nástroj pro jejich vyhledávání na Internetu poskytuje server NatSim („Natural Science Simulations“ http://www.natsim.net) (Duhajský, Houfková, Burešová, 2005). Ve výsledcích vyhledávání v NatSim-Search jsou odkazy urþené k tvorbČ vlastní webové stránky s apletem a ke stažení apletu v komprimované nebo pĜímo spustitelné versi.

Obr. 9 Reakce mČćnatých kationtĤ se sulfidem amonným ve virtuální laboratoĜi LiveChem na adrese http://neon.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/LiveChem/transitionmetals_content.html

3.2.2 ProvádČní a Ĝízení reálných chemických experimentĤ s pomocí Webu – vzdálené laboratoĜe Jako "vzdálené laboratoĜe (remote laboratory)" a „vzdálená mČĜení (remote sensing)“ jsme oznaþili aktivity pracovišĢ, která prostĜednictvím Webu zpĜístupĖují vzdáleným spolupracujícím odborníkĤm a dalším zájemcĤm pĜístroje a mČĜící systémy nebo data, které pro nČ byly (buć z þasových, nebo finanþních dĤvodĤ) jinak nedostupné. Ve vČtšinČ pĜípadĤ se jedná o zpĜístupnČní prĤbČžnČ snímaných dat nebo mĤže vzdálený

53

uživatel i ovlivĖovat uspoĜádání mČĜícího systému a snímání dat podle vlastních potĜeb. Výše zmínČné Internetové laboratorní studio na KatedĜe didaktiky fyziky MFF UK v Praze je portálem vybudovaným na základČ aktivit pracovištČ v oblasti poþítaþové podpory mČĜení veliþin mČnících se pĜi pĜírodovČdném experimentu pomocí soupravy ISES (http://www.ises.info). Stránky internetového Školního Experimentálního Studia (iSES) nás zavedou i do „internetové laboratoĜe“, která nabízí širokou škálu mČĜicích prostĜedkĤ podporovaných poþítaþem. Zahrnuje systém ISES, dČtský mČĜicí systém LEGO a profesionální systém Lab VIEW. Podpora je vČnována i digitálním mČĜicím pĜístrojĤm, které se pĜipojují k poþítaþi. Nabízeny jsou i ukázky vzdálených mČĜení z WWW prostĜedí, kdy je umožnČno jak mČĜení tak Ĝízení experimentĤ. Vyzkoušet je možné napĜ. internetové Ĝízení výšky vodní hladiny (pĜímo na http://kdt14.karlov.mff.cuni.cz; viz obr. 10).

Obr. 10 Experiment "ěízení výšky hladiny", ovládaný pĜes internet umístČný na stránkách Interaktivního internetového laboratorního studia iSES (http://kdt14.karlov.mff.cuni.cz) (Lustig, 2003)

Ze vzdálených mČĜení, využitelných v našem prostĜedí, je možné ve školní praxi využít data napĜ. z on-line mČĜení poþasí (mČĜení teploty, relativní vlhkosti, solárního záĜení, atmosférického tlaku aj.) ýeského ústavu (ýHMÚ) v Praze hydrometeorologického Libuši monitoring stavu (http://www.chmi.cz/meteo/oap/oap_milos.html),

54

ozonové vrstvy, provádČné Solární ozonovou observatoĜí ýHMÚ v Hradci data jsou Králové (http://www.chmi.cz/meteo/ozon/ozon-e.html; zaznamenávána od roku 1962) nebo on-line monitoring ovzduší, dostupný na stránkách mnoha mČst þi obcí v ýeské republice i v zahraniþí. NapĜ. mČsto Olomouc na svých stránkách prezentuje výsledky on-line monitoringu imisí oxidu siĜiþitého a oxidĤ dusíku, ozonu, prachových þástic, venkovní teploty, srážek a rychlosti vČtru na tĜech rĤzných mČĜících stanicích (http://www.olomouc-city.cz/ovzdusi/). Zajímavými úlohami jsou rozbory jednotlivých grafĤ s interpretací poklesu nebo vzestupu v rĤzných þástech dne, v rĤzném místČ apod. (Bílek, Ulrichová, 2006).

Obr. 11 Monitoring ovzduší v Olomouci na adrese http://www.olomouc-city.cz/ovzdusi/

Internet a jeho vzdálené a virtuální laboratoĜe jsou velmi dobrou inspirací i širokým zdrojem podnČtĤ pro realizaci nejrĤznČjších školních projektĤ. Ty jsou tradiþnČ provádČny formou skupinové práce – práce v týmu, spolupráce skupin apod. Pokud se tým skládá z více vzdálených skupin, které mezi sebou mohou komunikovat prostĜednictvím Internetu, mluvíme o tzv. projektech na dálku nebo o teleprojektech. Teleprojekt vČtšinou probíhá mezi dvČma nebo více školami tak, že si žáci bČhem urþitého období nastudují odbornou problematiku, uskuteþní nČjaká mČĜení nebo experimenty, pĜipraví návrh nebo Ĝešení úkolĤ apod. a potom si vzájemnČ vymČĖují data prostĜednictvím e-mailu, videokonference,

55

WWW-stránek s nejrĤznČjšími aplikacemi (nČkdy i formou vzdálených þi virtuálních laboratoĜí) aj. Výsledkem je spoleþná zpráva, þlánek, pĜíruþka, webová stránka nebo i závČreþné setkání. V následující tabulce (Tab. IV) je pokus o rekapitulaci popisovaných pĜístupĤ, tedy pĜístupĤ k internetové podpoĜe základních metod pĜírodovČdného poznávání. Tab. IV PĜístupy k internetové podpoĜe metod pĜírodovČdného poznávání (Bílek, 2011)

Typ virtualizace pĜírodovČdného poznávání Vzdálené mČĜení

Akcentované metodologické nástroje poznávání Interpretace dat, nepĜímé pozorování, zpracování dat

Vazba: Další uþící se – podmínky Internet realizace Kompatibilní On-line prostĜedí pro (Off-line) zpracování dat

MČĜící pĜístroje, aparatury Off-line (ProstĜedí (On-line) k registraci a zpracování dat) Zadání Vzdálená laboratoĜ NepĜímé provedení na bázi pozorování, mČĜení, On-line experimentu, zprostĜedkovaného zpracování dat registrace a experimentu zpracování dat NepĜímé ZajištČní Vzdálená laboratoĜ pĜístupu pozorování, na bázi vzdálenČ On-line zprostĜedkované k vzdálenému Ĝízeného experimentu Ĝízení experimentu, zaĜízení (HW i zpracování dat SW) NepĜímé Virtuální laboratoĜ (ProstĜedí On-line pozorování, na bázi k registraci a (mČĜení, zpracování (Off-line) videozáznamu zpracování dat) dat) NepĜímé (ProstĜedí pozorování, Virtuální laboratoĜ On-line k registraci a modelová na bázi animace (Off-line) zpracování dat) abstrakce, (mČĜení, zpracování dat) Vzdálená laboratoĜ na bázi vlastního pozorování nebo experimentování

56

PĜímé pozorování, mČĜení, experimentování, zpracování dat

Typ virtualizace pĜírodovČdného poznávání Virtuální laboratoĜ na bázi simulace

Akcentované metodologické nástroje poznávání Práce s modelem (nastavení parametrĤ), zpracování dat

Vazba: Další uþící se – podmínky Internet realizace Kompatibilní On-line prostĜedí pro (Off-line) zpracování dat

Podmínky pro využití vzdálených a virtuálních laboratoĜí se stále vyvíjejí s tím, jak rostou možnosti Internetu a jeho služby World Wide Web (WWW) i možnosti mČĜících, modelovacích i dalších prostĜedkĤ. Virtuální univerzity, virtuální tĜídy þi jiné podoby vzdálených souþástí vzdČlávacích systémĤ se v pĜírodovČdném vzdČlávání bez uvedených metodologických komponent nemohou obejít. Na technických vysokých školách se již vzdálené a virtuální laboratoĜe stávají bČžnou praxí a domníváme se, že jejich významnČjší rozšíĜení i na nižší stupnČ školských systémĤ nebude dlouho trvat. V ĜadČ pĜípadĤ pĤjde jistČ o spoleþné projekty, které by mČly napomoci i obnovení vČtšího zájmu o studium pĜírodovČdných a technických oborĤ.

57

4 Virtuální a reálné prostĜedí v procesu (re)konstrukce žákova poznání v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání Koncept didaktické rekonstrukce, který se v souþasné dobČ jevíjako vĤdþí paradigma psychodidaktických pĜístupĤ v rámci zejména pĜírodovČdného vzdČlávání, poþítá s využitím konstruktivisticky zamČĜených zpĤsobĤ Ĝízení uþební þinnosti opírajících se o širokou paletu pramenĤ poznání, mezi kterými mají þelné místo prezentace uþiva ve virtuálním a reálném prostĜedí. NehovoĜíme v této souvislosti pouze o virtuálním a reálném experimentu, neboĢ možnosti využití rĤzných typĤ prezentací (reálné objekty a procesy, reálné modely, reálné experimenty, vizualizace, simulace, animace, virtuální modelování, virtuální experimenty atd.) v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání jsou mnohem širší. V další textu však budeme mít primárnČ na mysli virtuální a reálný experiment. Didaktická rekonstrukce je pomČrnČ složitým procesem zahrnujícím tĜi klíþové etapy (blíže viz Kattman, Duit, Gropengießer, 1998). Prvním krokem tohoto procesu je specifikace struktury vČdecké pĜedstavy. Tento pojem je tĜeba chápat v širších souvislostech. Zahrnuje nejen vČdecké koncepty a teorie, ale také vČdecké procesy a pojetí významu vČdy ve spoleþnosti. Analýza obsahové struktury vČdecké pĜedstavy však musí již brát v potaz didaktická hlediska a eventuální problémy z hlediska edukaþního procesu. S ohledem na specifika poþáteþního pĜírodovČdného vzdČlávání je tĜeba brát v úvahu i velmi silné vlivy tzv. laické vČdy a školní vČdy (srov. napĜ. Lowe, 1997), tedy silnČ zjednodušeného pojetí pĜírodovČdných faktĤ, jevĤ, procesĤ a zákonitostí. Druhým krokem didaktické rekonstrukce je elementarizace, jejímž cílem je identifikovat základní a podstatné charakteristiky vČdecké pĜedstavy. Analýza vČdeckého pojetí vychází jednak z analýzy nejdĤležitČjších uþebnic a dalších publikací a v duchu konstruktivistických pĜedstav také z historického vývoje významných vČdeckých objevĤ nebo koncepcí. TĜetím krokem didaktické rekonstrukce je diagnostika a analýza dČtských pojetí þi v širších souvislostech vnitĜního poznatkového systému dítČte. Nejde totiž pouze o charakteristiku dČtských pojetí urþitého fenoménu (faktu, jevu, dČje, vČci atd.), ale i o objasnČní procesu žákova uþení a identifikace uþebních pĜekážek. Výsledky této analýzy slouží k vymezení optimálních strategií uþení a vhodných obsahových struktur sloužících k zaþlenČní nových poznatkĤ do vnitĜního poznatkového systému žáka. Virtuální a reálné prezentace, které jsou pĜi použití ve školních podmínkách již obvykle didakticky upraveny a elementarizovány (a pokud

58

nejsou, þiní tak uþitel pĜímo pĜi výuce), nacházejí klíþové uplatnČní pĜedevším v tĜetí fázi procesu didaktické rekonstrukce, kdy se podílejí na vytváĜení obsahových struktur a pĜispívají k zaþleĖování tČchto struktur do vnitĜních poznatkových systémĤ žákĤ (Škoda, Doulík, 2011). Velkým problémem Ĝady pĜístupĤ v oborových didaktikách pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je jednostranná orientace na ontodidaktickou složku procesu didaktické rekonstrukce. Znaþná pozornost se vČnuje materiálním a nemateriálním didaktickým prostĜedkĤm, jejich konstrukci, užití ve výuce, zjišĢování jejich didaktické efektivity apod. Mnohem menší pozornost je pak vČnována psychodidaktické složce procesu didaktické rekonstrukce, která se zabývá pĜímo vnitĜními mechanismy ontogeneze žákova poznání. Klíþové se zde z našeho pohledu jeví pĜedevším takové vzdČlávací postupy, které facilitují a do jisté míry i indukují optimální uþební strategie jednotlivých žákĤ. Ty se spolu s uþebními taktikami a uþebními operacemi sdružují do metastrategie, která je urþitým dĤsledkem uþebního stylu žákĤ. Uþebním stylem rozumíme urþitý individuálnČ specifický zpĤsob uþení, kterému v urþitém období dává žák pĜednost a bČžnČ jej používá v rĤzných situacích. Je to tedy relativnČ ustálený soubor þinností, který se opírá o vrozený kognitivní styl, tedy charakteristické zpĤsoby, jimiž lidé vnímají, zapamatovávají si informace, myslí, Ĝeší problémy, rozhodují se (Mareš, 1998). Tím, že uþební strategie jednotlivých žákĤ jsou do jisté míry závislé na jejich kognitivním stylu, je však dáno i to, že není možné oþekávat univerzální a všeobecnČ platnou didaktickou efektivitu jakéhokoliv didaktického prostĜedku v procesu didaktické rekonstrukce. Je tĜeba smíĜit se s tím, že i virtuální a reálné prezentace nemohou být v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání univerzálnČ použitým prostĜedkem. 4.1 Psychodidaktické odlišnosti virtuálních a reálných prostĜedí Z hlediska uþebních stylĤ a uþebních strategií je tĜeba na prezentaci uþiva v obou typech prostĜedí pohlížet ponČkud odlišnČ. Z ontodidaktického hlediska mĤže být reálný experiment ve vČtšinČ pĜípadĤ suplován experimentem virtuálním. VzdČlávací obsah, který je prezentován reálným experimentem, je až výjimky stejný jako vzdČlávací obsah téhož experimentu prezentovaný prostĜednictvím virtuálního prostĜedí. Z psychodidaktického hlediska mají však oba typy prezentací pomČrnČ znaþné odlišnosti: x Virtuální experiment je svou podstatou prezentací vizuální, která vyhovuje zejména vizuálním typĤm žákĤ. Reálný experiment, zejména pokud se jedná o experiment žákovský, nikoliv demonstraþní, nelze redukovat na vizuální složku, neboĢ má i pomČrnČ výraznou složku haptickou a kinestetickou.

59

x Virtuální experiment je v porovnání s reálným výraznČ chudší na smyslové podnČty (chybí hmatový, eventuálnČ þichový þi chuĢový vjem). Jako takový je pĜi ukládání do pamČti asociován s menším poþtem informací již dĜíve uložených a v porovnání s experimentem reálným jsou poznatky pĜinášené experimentem virtuálním þastČji zapomínány nebo neuvČdomovány. ýásti limbického systému podílející se na ukládání informací do pamČti totiž spojují jednotlivé vjemy a informace pĜijaté jednotlivými smyslovými orgány a asociují je s informacemi již uloženými v pamČti. Tím dochází k vytváĜení iluze urþitého prožitku, která vede ke zlepšení konsolidace získané informace v dlouhodobé pamČti. x Informace a poznatky získávané v prĤbČhu virtuálního experimentu jsou náchylnČjší k interferencím, které je nutné v této souvislosti chápat jako nežádoucí. Uþící se jedinec v prĤbČhu uþení nepĜijímá pouze informace vztahující se k danému obsahu vzdČlávání. Získává rovnČž množství dalších vjemĤ z okolního prostĜedí, které dohromady s uþivem tvoĜí celkovou komplexní informaci. VytváĜí se tak celý asociaþní vzor aktivity neuronĤ. Tyto vzory spolu mohou vzájemnČ interferovat, a tím mohou uþení, resp. pĜesnČji pochopení uþiva, významnČ inhibovat (Gazzaniga, 2000). V pĜípadČ virtuálního prostĜedí žáci vČnují pozornost (kromČ informací dĤležitých pro osvojení vzdČlávacího obsahu) také napĜ. úrovni grafického zpracování virtuálního prostĜedí, úrovni animací, interaktivitČ programu, eventuálnČ i jazykovému prostĜedí programu, technickým parametrĤm poþítaþe apod. Všechny tyto informace, které žáky zajímají, neboĢ se s nimi setkávají v bČžném denním životČ, je však vzhledem k obsahu vzdČlávání zprostĜedkovávaného experimentem tĜeba považovat za nadbyteþné, „rušivé“ a inhibiþnČ interferující. Žáci si totiž mohou daleko lépe zapamatovat napĜ. atraktivní grafický design programu, než poznatky z didaktického hlediska žádoucí, které se týkají napĜíklad prĤbČhu urþitého dČje þi reakce. x Reálné experimenty, které pĜedpokládají urþitou pĜípravu, manipulaci s objekty, sledování konkrétního prĤbČhu dČje, aktivní zmČny podmínek dČje atd. mají z hlediska pamČti charakter epizodického prožitku. Prožitek umožĖuje využívání trvalejší a odolnČjší epizodické pamČti ve srovnání s pamČtí sémantickou. Ukládaná pamČĢová stopa je také komplexnČjší a vytváĜí vČtší množství asociativních spojĤ, což usnadĖuje její pozdČjší vybavování si (Bureš, 2002). x Zcela specifickým problémem v souvislosti s virtuálními experimenty je multitasking. ObecnČ mĤžeme multitasking definovat jako

60

stav, pĜi nČmž více procesĤ sdílí stejný prostĜedek k jejich zpracování, který však je v daný okamžik schopen zpracovávat vždy pouze jeden proces (Škoda, Doulík, 2011). Mozek uþícího se jedince se dokáže zdánlivČ paralelnČ vČnovat rĤzným þinnostem, zpracovávat rĤzné úlohy, vČnovat pozornost rĤzným podnČtĤm. Ve skuteþnosti lidský mozek pouze „pĜepíná“ mezi jednotlivými procesy a chová se v podstatČ analogicky jako napĜ. procesor poþítaþe. ěadou výzkumných studií realizovaných pomocí funkþní magnetické rezonance bylo jednoznaþnČ prokázáno, že rozdČlování pozornosti vlivem multitaskingu pomČrnČ výraznČ zhoršuje zapamatování informací (zejména tČch souvisejících s deklaratorní pamČtí) a snižuje efektivitu uþení. Dochází postupnČ také ke zhoršování pozornosti (Rubinstein, Meyer, Evans, 2001). Multitasking se v reálném edukaþním procesu vyskytuje nejþastČji právČ pĜi práci s poþítaþem, kterou pĜedpokládá využití virtuálních prezentací. Vyvstává nutnost zvýšené kontroly ze strany uþitele, aby se žáci bČhem práce s virtuálními prezentacemi nevČnovali souþasnČ napĜ. surfování po internetu, chatování na Facebooku, sledováním videoklipĤ na Youtube apod. x Podstatnou roli však mĤže z psychodidaktického hlediska hrát i fakt, že souþasná spoleþnost je stále více virtualizovaná a dítČ se s virtuálními prezentacemi setkává od nejútlejšího dČtství. Baudrillard (1996) uvádí, že postmoderní spoleþnost žije v „estetické halucinaci reality. Neexistuje žádná fikce, vĤþi níž by mohl život vítČznČ obstát - celá skuteþnost pĜešla ve hru na skuteþnost.“ Urþitý specifický „jazyk virtuality“ mĤže být dítČti bližší, než „komunikace“ s reálným experimentem, která nemá v bČžném životČ dítČte obvykle adekvátní aplikaci, nebo alespoĖ není takto dítČtem vnímána. 4.2 Virtuální a reálné prostĜedí z hlediska uþebních stylĤ Z hlediska psychodidaktického tedy nelze jednoznaþnČ rozhodnout, zda dávat pĜi výuce pĜednost virtuálním prezentacím uþiva pĜed prezentacemi reálnými. Oba typy prezentací mají své klady i zápory, a to jak z hlediska ontodidaktického, tak z hlediska psychodidaktického. Vždy je potĜeba brát zĜetel k individuálním charakteristikám žákĤ, mezi nČž patĜí i již zmiĖované uþební styly a uþební strategie. Vzhledem k charakteru virtuálních a reálných prezentací jako didaktických prostĜedkĤ se nabízí užití de la Geranderieho klasifikace uþebních stylĤ podle preference smyslových podnČtĤ (in Bertrand, 1998). Použití virtuálních prezentací je nejvhodnČjší pro vizuální typy žákĤ, kteĜí si realitu pĜedstavují a konstruují

61

v podobČ vizuálních mentálních obrazĤ vČcí, tvarĤ. Virtuální prezentace je sama o sobČ vizuálním komunikaþním prostĜedkem a usnadĖuje utváĜení vizuálních mentálních obrazĤ. Strategie Ĝešení problémĤ žáka tohoto typu se budou nejþastČji opírat o analogie, prostorovou reorganizaci problému, o vyhledávání pravidelností. Žáci s tímto uþebním stylem se spoléhají na svoji zrakovou pamČĢ. Urþitým problémem mĤže být to, že napĜ. matematické vztahy nebo chemické vzorce a rovnice chemických reakcí vnímají žáci s tímto uþebním stylem jako obraz, jako „fotografii“ a uniká jim obsahový smysl. NeuvČdomují si tedy, že matematický vztah þi chemická rovnice je symbolické vyjádĜení urþité skuteþnosti nebo prĤbČhu urþitého dČje a nechápou tak tyto symboly jako urþitý kód, za kterým je tĜeba hledat konkrétní skuteþnost, ale chápou už sám symbol jako vzdČlávací obsah. Naproti tomu reálné prezentace uþiva velmi usnadĖují uþení žákĤm s hapticko-kinestetickým uþebním stylem. Tito žáci si nejlépe zapamatují to, co mohou vnímat prostĜednictvím hmatu, s þím mohou prakticky experimentovat. Pro tyto žáky má tedy význam jako pramen poznání pouze takový reálný experiment, který je zároveĖ experimentem žákovským, nikoliv pouze demonstraþním. Z psychodidaktického hlediska je totiž i demonstraþní reálný experiment svými parametry v podstatČ roven pouze vizuální prezentaci a má tak Ĝadu spoleþných charakteristik s experimentem virtuálním. Podpora tohoto uþebního stylu je velmi dĤležitá, aþkoliv v reálné edukaþní praxi þasto opomíjená. Riefová (2007) uvádí, že maximálního efektu pĜi osvojování nových poznatkĤ je docíleno tehdy, když je zrakový (a sluchový) vjem doprovázen zároveĖ vjemem hmatovým a diskusí nad zjištČnými skuteþnostmi. UplatĖují se tak prvky jak individuální tak sociální konstrukce poznání. Zcela specifické postavení zaujímá slovnČ-pojmový uþební styl tak, jak jej vymezuje napĜ. Sovák (1990). Žáci s tímto stylem uþení pracují s vysokou mírou abstrakce. Uþí se tím, že si ujasĖují vzájemné vztahy a vazby mezi pojmy a vytváĜí z nich celkovou strukturu, kterou si potom na základČ logických souvislostí ukládají do pamČti. Rádi pracují s logickými reprezentacemi, matematickými vzorci, symbolickými vyjádĜeními. Pro žáky s tímto uþebním stylem jsou obvykle nevhodné jak experimenty virtuální, tak experimenty reálné. Dávají pĜednost abstrakci pĜed konkrétními reprezentacemi. Pokud jsou již experimenty pĜi výuce žákĤ s tímto uþebním stylem využívány, pak je vhodnČjší zaĜadit takové experimenty jako ovČĜující, nikoliv jako heuristické (blíže viz napĜ. Mechlová, 1999). Pro slovnČ-pojmové typy žákĤ je vhodnČjší odvodit danou zákonitost na teoretickém základČ a teprve následnČ ji ovČĜit pomocí

62

experimentu v praxi. Opaþný postup, tedy vyvozování obecnČjších a abstraktních zákonitostí na základČ pozorování konkrétního experimentu þiní tČmto žákĤm potíže. Další kritérium odlišení uþebních stylĤ žáka je podle motivace a zámČru (Mareš, 1998). Jelikož toto kritérium pracuje implicitnČ s vnitĜní motivací žákĤ ve vztahu k uþení, je následná klasifikace použitelná spíše pro starší žáky a v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání je její použití omezené. Žáci s povrchním þi povrchovým stylem uþení nepotĜebují uþivo pochopit, staþí jim ho pouze memorovat za úþelem získání dobré známky. Získané poznatky žák neumí používat aplikaþnČ, není schopen jejich nespecifického transferu a nevnímá jejich uplatnČní v praktickém životČ. Uþivo chápe pouze jako soubor izolovaných a vzájemnČ nesouvisejících informací, které nedokáže propojit ve smysluplný celek. Navíc ho chápe jako nČco nadiktovaného zvnČjšku (Škoda, Doulík, 2011). Používání experimentĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání jako pramenĤ poznání však pĜedpokládá pozorování, vyvozování skuteþností, ovČĜování hypotéz, aĢ už formulovaných zvnČjšku nebo hypotéz vnitĜních, formulaci adekvátních závČrĤ, eventuálnČ predikci prĤbČhu urþitého dČje apod. Lze Ĝíci, že právČ za úþelem utvoĜení tČchto kompetencí jsou experimenty do výuky v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání zaĜazovány. Tyto kompetence jsou však vĤþi povrchovému stylu uþení kontraindikovány. Žáci nevyžadují to, aby uþivu porozumČli. DĤležitým kritériem pro žáky s povrchovým stylem uþení je navíc množství þasu, které musí uþení vČnovat. Snahou je toto množství minimalizovat. NicménČ právČ práce s experimenty, aĢ už reálnými nebo virtuálními, je znaþnČ þasovČ nároþná, navíc žákĤm s povrchovým stylem uþení pĜipadá zbyteþná, neboĢ jim není jasné, co se mají nauþit memorovat, aby byli úspČšní pĜi zkoušení. V rámci povrchového stylu uþení lze navíc rozlišit dva podtypy, aktivní a pasivní. Aktivní žák s povrchovým stylem uþení se vyznaþuje navenek velkou snahou a pílí. Rád se zúþastĖuje aktivit, které umožní, aby si uþitel jeho snahy všimnul a aby ji náležitČ ohodnotil. Zájem o uþivo je u tČchto žákĤ však pouze zdánlivý a pĜedstíraný. Pasivní žák s povrchovým stylem uþení se vyznaþuje velmi malým úsilím a absencí zájmu o vyuþovací pĜedmČt. Intelektuální úsilí žáka se omezuje na pouhou reprodukci nepodstatných informací. Aþkoliv se chování tČchto žákĤ a jejich pĜístup k pĜedmČtu mĤže navenek velmi lišit, z psychodidaktického hlediska však jde o shodnou strategii, která neumožĖuje efektivní zaþleĖování nových poznatkĤ do již existujících vnitĜních poznatkových struktur žáka. Virtuální i reálné prezentace uþiva mají pĜi výuce tČchto žákĤ pouze „zábavný“ úþel. (Jejich úþel nelze oznaþit ani jako motivaþní, neboĢ žáci s tímto uþebním stylem nejsou motivováni pro pĜedmČt jako takový

63

nebo pro osvojení urþitého vzdČlávacího obsahu.) Nelze je tedy pro žáky s povrchovým stylem uþení pojímat jako prameny poznání. Z hlediska biologické fenomenologie (srov. Maturana, Valera, 1987) nelze o virtuálních a zejména reálných experimentech pro žáky s povrchovým stylem uþení uvažovat ani jako o tzv. perturbujících agens, neboĢ se jedná o informace, které nejsou žáky rozpoznány a experimenty nejsou ani pĜijímány jako zprostĜedkovatelé tČchto informací. Povrchový uþební styl je však mezi žáky velmi rozšíĜen. V dĤsledku této skuteþnosti dochází k tomu, že efektivita využívání experimentĤ v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání vykazuje dosti rozpaþité výsledky, pokud jde o úroveĖ osvojení poznatkĤ experimenty pĜinášenými. Snahy spojené s „virtualizací“ reálných pĜírodovČdných experimentĤ byly mimo jiné vedeny i tím, že reálný experiment v pĜírodovČdném vzdČlávání stále více zajišĢuje pouze funkci motivaþní a postupnČ dochází k redukci jeho heuristického charakteru. Ze strany žákĤ (a stále þastČji i uþitelĤ) nejsou vyžadovány experimenty didakticky nosné a pĜinášející množství poznatkĤ, ale experimenty atraktivní a efektní, jejichž poznatkový potenciál je však velmi sporný. Do virtuálního prostĜedí jsou (þi byly?) vkládány nadČje zejména z toho dĤvodu, že se jedná o prostĜedí, které je žákĤm bližší, se kterým se každodennČ setkávají a které je pro nČ atraktivnČjší než prostĜedí a „komunikaþní jazyk“ experimentĤ reálných (srov. napĜ. Táaczaáa et al, 2006). Žáci s hloubkovým stylem uþení mají o uþivo zájem a snaží se ho pochopit a porozumČt mu. Aby mohli uþivu porozumČt, musí být vĜazeno do struktur vnitĜního poznatkového systému žáka. Takto osvojené vČdomosti jsou jednak trvalé a jednak je žák schopen je využívat i v aplikaþní rovinČ. Používání virtuálních i reálných prezentací je pro žáky s tímto stylem uþení velmi žádoucí, neboĢ jim tyto prezentace usnadĖují pochopení uþiva. V pĜípadČ experimentĤ mají tuto facilitaþní funkci jak experimenty ovČĜující, tak experimenty heuristické. Každý z nich však vyhovuje odlišným podtypĤm hloubkového stylu uþení. Heuristický experiment je bližší žákĤm s postupným uþením, pro které je charakteristické systematický postup a zvládnutí podrobností na úkor obecnČjšího principu. Pro žáky s pružným uþením jsou výhodnČjší experimenty ovČĜující, neboĢ tito žáci se vyznaþují pochopením obecných principĤ a osvojením si detailĤ za úþelem ilustrace, dĤkazĤ, argumentace. Pro žáky s hloubkovým stylem uþení je charakteristické, že nacházejí v uþivu a uþení osobní smysl (Mareš, 1998). Pro žáky s hloubkovým stylem uþení se jako úþelnČjší jeví využívání reálných experimentĤ. Tito žáci rádi zkoumají, jak mohou rĤzné podmínky þi vnČjší zásahy zmČnit

64

prĤbČh experimentu nebo jeho výsledek. V tomto ohledu jsou možnosti virtuálních experimentĤ limitovány pĜedem daným a omezeným výbČrem možností þi faktorĤ ovlivĖujících simulovaný prĤbČh dČje. 4.3 Virtuální a reálné prezentace v KolbovČ modelu uþení Další pohled na problematiku uþebních stylĤ pĜinášejí A. a D. A. Kolbovi (2001). Pokládají uþení za cyklický proces, který lze velmi dobĜe implementovat i do problematiky práce s experimentem v oblasti pĜírodovČdného vzdČlávání. Východiskem procesu uþení je podle Kolbových konkrétní zkušenost. Vzniká na základČ urþité þinnosti jedince, která vyvolává urþitou konkrétní reakci. Zkušenost mívá obvykle epizodický charakter, v pamČti je tedy bohatČ asociována s pĜedchozími zkušenostmi jedince. Je-li tato zkušenost navíc doprovázena emocionálnČ vyhranČným kontextem, je snadno zapamatována a rigidnČ zabudována do již existujících poznatkových struktur jedince. Pro vznik konkrétní zkušenosti je mnohem vhodnČjší použití reálné prezentace þi reálného experimentu, neboĢ podporují epizodický charakter zkušenosti a manipulace s reálnou prezentací dodává této zkušenosti rovnČž urþitý emocionální náboj. Použití virtuálních prezentací þi experimentĤ je vnímáno emocionálnČ neutrálnČ, neboĢ práce s poþítaþem patĜí ke každodenním þinnostem žákĤ a neuplatĖuje se zde tolik efekt nČþeho nového þi neobvyklého, jako je tomu u reálného experimentu, þasto za použití rĤzných, žákovi dosud neznámých pomĤcek þi pĜístrojĤ. Ve druhé fázi procesu uþení dochází k reflektivnímu pozorování. Reflexe zahrnuje zpČtné uvČdomČní si a hodnocení jednotlivých krokĤ v tom, co bylo udČláno a vyzkoušeno. Reflexe má tedy výrazný metakognitivní charakter. Je poznáváním toho, jak þlovČk poznává (viz Hartl, Hartlová, 2000). Postupy tohoto poznávání probíhají za úþasti vlastních prožitkĤ a pocitĤ daného uþícího se jedince. Metakognice má tedy významnou afektivní složku. Lze tedy Ĝíci, že s þím intenzivnČjším prožitkem je reflektovaná þinnost spojená, tím pĜesnČji k uvČdomování si vlastních postupĤ v procesu poznávání dochází a tím pĜesnČji lze vlastní kognitivní proces zpČtnČ rekonstruovat. Epistemická složka poznání je tak pĜímo determinována složkou fronetickou, þehož lze opČt výraznČ lépe dosáhnout v pĜípadČ reálných experimentĤ. Tato reflektivní fáze je dĤležitá pro anticipaci výsledkĤ urþitých þinností za stejných podmínek, tedy pro realizaci specifického transferu. Ve tĜetí, konceptualizaþní, fázi dochází k interpretaci událostí þi jevĤ, které byly pozorovány a ve vytváĜení racionálních vztahĤ mezi nimi. Jejich interpretace je ovlivĖována individuálními paradigmaty jedince, jako

65

jsou postoje, hodnotová orientace, víra atd. To pĜímo souvisí se strukturací vnitĜního poznatkového systému žáka, kdy je individuální konceptuální konstrukt vycházející z myšlenkových procesĤ realizovaných v tČchto fázích uþebního cyklu konfrontován s vnitĜním poznatkovým systémem žáka. Tato konfrontace se realizuje procesem asimilace nebo akomodace (Piaget, 1999). V pĜípadČ asimilace je novČ pĜicházející konceptuální konstrukt v souladu s dosavadním vnitĜním poznatkovým systémem žáka a nijak nenarušuje jeho vnitĜní koherenci. V takovém pĜípadČ je nový konstrukt organicky zaþlenČn do struktur vnitĜního poznatkového systému a dítČ jej na pĜíštČ již využívá jako souþást tohoto systému. Jiná situace však nastává, pokud je novČ pĜíchozí konstrukt v rozporu s dosavadním vnitĜním poznatkovým systémem žáka, resp. urþitou jeho þástí. Potom dochází k akomodaci, kdy je vnitĜní poznatkový systém (pĜípadnČ jeho dílþí substruktura) pozmČnČn, pĜizpĤsoben, restrukturován tak, aby byl v souladu s novČ pĜíchozím konstruktem, který se tak zaþleĖuje do modifikované poznatkové struktury. VytváĜení tČchto konceptuálních struktur reprezentujících pĜíslušný vzdČlávací obsah je jednodušší v pĜípadČ virtuálních prezentací. Tyto prezentace jsou samy o sobČ schematické a jsou konstruovány do podoby charakteristických grafických struktur, které intuitivnČ pĜipomínají pojmové mapy a usnadĖují vytváĜení skuteþných konceptuálních struktur zvláštČ u žákĤ s pĜevažujícím ikonickým myšlením. V závČreþné fázi aktivního experimentování dochází k aplikaci poznatkĤ v nových, odlišných situacích (nespecifický transfer), þímž se vytváĜí prostor pro zevšeobecnČní. Tento nespecifický transfer, který je zároveĖ finální verifikací utvoĜeného konstruktu, resp. modifikované poznatkové struktury, je však úspČšný pouze tehdy, pokud se žák v procesu osvojování nových konceptĤ nedopustil obsahových, rozsahových þi strukturálních miskoncepcí daných pojmĤ. Tyto miskoncepce mohou být velmi rigidnČ zabudovány do poznatkových struktur žáka a jsou pouze obtížnČ odstranitelné. Nespecifický transfer by mČl proto být vždy završením uþebního cyklu, neboĢ pouze takto je utvoĜený konstrukt verifikovatelný. V pĜírodovČdném vzdČlávání je možnost takovéto verifikace utvoĜeného konstruktu navíc výraznČ jednodušší než ve spoleþenskovČdních disciplínách. V pĜírodovČdném vzdČlávání je možné se v duchu pozitivismu opírat pĜi verifikaci o objektivnČ existující skuteþnosti þi o obecnČ uznávané konstrukty tzv. školní vČdy, které jsou jednoznaþnČ vymezeny ve vzdČlávacím obsahu. Honey a Mumford (2001) na základČ pĤvodního Kolbova modelu uþebního cyklu vysvČtlují uþební aktivity, které pĜevážnČ odpovídají tČmto

66

následujícím uþebním stylĤm. Aktivní typy vyhledávají nové zkušenosti a þinnosti pĜinášející poznání. Mají schopnost rychle využívat poznatky vyplývající z nových zkušeností. Pro aktivní typy je nejefektivnČjší uþení se prostĜednictvím konkrétních zkušeností, uþí se pĜímým zacházením, manipulací s vČcmi. VýraznČ tedy preferují reálné prezentace nad virtuálními. NadšenČ pĜijímají experimentování, pohybové a jiné formy aktivního uþení. PĜi rutinních þinnostech se nudí. Práci s reálnými experimenty u aktivních typĤ žákĤ podporuje i to, že rádi pracují ve skupinách, což je pro nČ emocionálnČ podnČtné. Tuto skupinovou þinnost mnohem více umožĖují experimenty reálné než experimenty virtuální, které jsou už svojí podstatou urþeny obvykle pro samostatnou práci žáka. Reflektivní typy žákĤ preferují sbírání nových poznatkĤ, stojí rádi v pozadí, zvažují získané zkušenosti, pozorují, co se dČje a hodnotí svá pozorování z rĤzných úhlĤ pohledu. Získávají informace nejen pĜímou zkušeností, ale využívají i další zdroje, dlouho váhají, než dojdou k závČru, rádi vČci dobĜe promyslí. Umí se uþit ze zkušenosti jiných. Pro tento typ žákĤ je nejefektivnČjší reflexe, výpovČć o pozorovaném, zkušenosti z pozorování ostatních, sbírání informací, zkoumání podstaty vČci. Konsolidace pamČĢové stopy u reflektivních typĤ vyžaduje nejenom primární asociativní vazby, ale o získané informaci musejí uþící se jedinci pĜemýšlet, dávají ji do souvislosti s již dĜíve získanými informacemi a zkušenostmi. Vyžadují proto urþitý þas k osvojení získávaných poznatkĤ. Nejlépe se uþí pozorováním jedincĤ nebo skupin pĜi práci. Pro efektivní uþení vyžadují reflektivní typy žákĤ pĜedchozí pĜípravu. ŠpatnČ se uþí v þasovém stresu. Jelikož reflektivní typy žákĤ preferují pozorování dČjĤ a jevĤ pĜed jejich ovlivĖováním, obecnČ pĜíliš nepreferují experimenty, a to ani virtuální ani reálné. Nejlépe se uþí ze simulací jevĤ a dČjĤ s jednoznaþným prĤbČhem þi z videozáznamĤ experimentĤ, které mohou kdykoliv opakovat a soustĜedit se tak v klidu na rĤzné aspekty pozorovaného jevu þi dČje. Teoretické typy žákĤ jsou zamČĜeny na racionální objektivitu, dĤkladné a systematické zkoumání problémĤ. Využívají analýzu a následnou syntézu, základní postuláty, principy, teorie, modely, vyznaþují se systémovým myšlením. Rádi integrují získané informace do komplexních, logicky správných teorií, potĜebují poznat smysl pĜedkládaného, na problémy se dívají pĜísnČ logicky. UpĜednostĖují pojmové uþení, abstrakce a metody samostatné práce. Nejvíce jim vyhovuje vyuþování založené na slovních monologických vyuþovacích metodách. Vyhovují jim komplexní problémy, pĜi jejichž Ĝešení mohou uplatnit své schopnosti a znalosti. Lépe se uþí v jasnČ vymezených

67

podmínkách a s pĜedem daným cílem. Naopak hĤĜe se uþí v prostĜedí akcentujícím emoce a pocity þi pomocí úkolĤ, kde není jasný jejich základ a princip. Používání virtuálních i reálných experimentĤ je pro žáky s tímto stylem uþení nevhodné. VzdČlávací obsahy rekonstruují v mysli na základČ abstraktních prezentací, pracují v teoretické rovinČ s myšlenkovými experimenty. Spolupráci s ostatními žáky nevyžadují, naopak mĤže mít na žáky s teoretickým stylem uþení negativnČ interferenþní charakter (Sonnenwald, 2002). Pragmatické typy žákĤ rádi své poznatky aplikují, s nadšením zkoušejí nové nápady, nové myšlenky, teorie a techniky, jestli fungují v praxi. Jednají obvykle rychle a sebejistČ, nČkdy až ponČkud zbrkle. Nezajímají je teoretické základy þinností a jevĤ, ale pĜedevším jejich praktické uplatnČní a využití. Rádi Ĝeší situace související s praktickým životem, neradi diskutují o teoretických problémech, protože jim pĜipadají zbyteþné. Nejlépe jim vyhovuje plánování praktických krokĤ, nebo vyvození závČrĤ pro praktické využití získaných poznatkĤ. Preferují Ĝešení s jasnými praktickými výhodami, jako je napĜíklad úspora þasu. Pro žáky s pragmatickým stylem uþení mĤže být proto velmi vhodný virtuální experiment, neboĢ v porovnání s reálným experimentem pĜináší Ĝadu praktických výhod. 4.4 Virtuální a reálné prostĜedí v prezentaci uþiva z hlediska strategií uþení Urþitou pozornost je tĜeba v souvislosti s užitím virtuálních a reálných experimentĤ vČnovat i strategiím uþení. ěešení urþitého problému vždy souvisí jednak s individuálním pojetím daného problému (které je ovlivĖováno uþebním stylem) a jednak s naplánováním a provedením aktivit smČĜujících k Ĝešení problému, kam smČĜují strategie uþení. Podle Ridinga a Cheema (1991) jsou to ad hoc zpĤsoby, jakými se uþící se jedinec vypoĜádává s aktuálními úkoly a situacemi. Z psychodidaktického hlediska velmi zajímavou definici strategií uþení pĜekládá Curryová (1990), podle níž jsou strategie formou mechanismĤ, které pĜekládají aktuální informace do formy, která je jedinci pĜirozená. Podle této definice Curryové se i do volby strategií uþení znaþnČ promítají individuální charakteristiky žákĤ, a to ve formČ speciálního „jazyka“ do kterého si dítČ pĜicházející informace pĜekládá tak, aby pro nČj byly srozumitelné a pĜirozené. Využití virtuálních a reálných prezentací v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání proto nezbytnČ nutnČ musí vedle ontodidaktických hledisek velmi peþlivČ vážit i hlediska psychodidaktická. PĜíslušná prezentace (experiment) musí být pro dítČ srozumitelná, musí

68

„hovoĜit jeho jazykem“ a prezentací pĜinášená informace musí být takového charakteru, aby mohla být dítČtem translatována do pĜijatelné podoby, ve které je potom zabudovávána do vnitĜních poznatkových struktur žáka. Pokud se do volby strategie uþení promítá i pĜirozenost formy pĜedkládaných informací, jak se domnívá Curryová, pak je možné uvažovat o tom, že virtuální prostĜedí ve školních podmínkách pĜedstavuje pro dítČ pĜirozenČjší formu prezentace informací než napĜ. reálný školní experiment. PĜi volbČ vhodné strategie uþení se uplatĖují jednak znalosti a dovednosti, které žák má a které souvisí se strukturou dané úlohy, dále pak schopnost žáka nacházet rĤzné vztahy a souvislosti mezi objekty a situacemi, ale uplatĖují se i individuální zkušenosti, které žák má s Ĝešením podobných problémĤ (Vágnerová, 2001). PrávČ poslední z charakteristik je do jisté míry limitující. Uþební strategie jsou rigidní v tom, že pokud se urþitá strategie v nČjakém konkrétním kontextu nebo pĜi Ĝešení konkrétního úkolu osvČdþí, žák ji obvykle mechanicky aplikuje na další uþební situace, pro které však dĜívČjší uþební strategie nemusí být vĤbec vhodná. To je možné pozorovat zejména u žákĤ s povrchovým stylem uþení. Lze tedy soudit, že pro žáky jsou výhodnČjší relativnČ ustálené uþební situace s nízkou variabilitou, ve kterých mohou s úspČchem aplikovat vyzkoušené strategie uþení. Tato skuteþnost mĤže ovlivĖovat i využívání virtuálních prezentací pĜi výuce, jejichž variabilita je zjevnČ nižší, než u prezentací reálných. Svoji roli mĤže sehrávat i faktor zpČtné vazby. Virtuální prezentace vþetnČ virtuálních experimentĤ poskytují obvykle zpČtnou vazbu ihned, zatímco v pĜípadČ reálných prezentací (napĜ. u žákovských experimentĤ) mĤže být zpČtná vazba ze strany uþitele poskytnuta až s urþitým zpoždČním. BČhem doby, než dítČ obdrží zpČtnou vazbu, však mezitím mĤže dojít k zafixování chybného postupu, chybného mentálního modelu þi chybné konceptuální struktury. Reálné experimenty naproti tomu obohacují volbu individuálnČ optimální uþební strategie o jistý emocionální a sociální rozmČr, neboĢ ve vČtší míĜe umožĖují uplatnČní prvkĤ kooperativního uþení. Je však tĜeba si uvČdomit, že volba uþebních strategií je do jisté míry determinována pĜíslušným uþebním stylem žáka. Oxfordová (1990) definuje nČkolik rĤzných strategií uþení, které se ve vČtší þi menší míĜe uplatĖují pĜi výuce jednotlivých školních pĜedmČtĤ. Aþkoliv nČkteré z tČchto strategií mohou být vázány pouze ke konkrétním vyuþovacím pĜedmČtĤm (napĜ. výuka jazykĤ) þi dokonce ke konkrétním uþebním situacím, Vermunt a Vermetten (2004) se domnívají, že o uþebních strategiích je nutné uvažovat z obecnČjšího hlediska podle

69

pomČru vnitĜní a vnČjší regulace pĜi uþení. Klasifikaci uþebních strategií podle Oxfordové rozpracoval u nás blíže napĜ. Kohoutek (2008). 1. PamČĢové uþební strategie se opírají o vymezení dĤležitých centrálních poznatkĤ a klíþových pojmĤ, které by se mČly stát pevnou souþástí vnitĜního poznatkového systému žáka. Tyto poznatky si žák snaží osvojit, zapamatovat. Všechny ostatní další informace, které bude žák potĜebovat, si podle potĜeby aktuálnČ vyhledá napĜíklad na internetu, a nemusí se je tudíž uþit. Pro žáky, kteĜí volí tyto uþební strategie, není používání experimentĤ pĜíliš vhodné, neboĢ zde tyto uþební strategie selhávají. Z experimentĤ není možné rychle vyselektovat klíþové poznatky a jim se nauþit, pĜiþemž jsou zároveĖ opomíjeny poznatky podružné. Pro žáky s pamČĢovými uþebními strategiemi je však pĜeci jen jednodušší osvojit si poznatky pĜinášené virtuálními prezentacemi, neboĢ ty díky svému grafickému rozhraní mívají implicitní podobu konceptuálních map, které si žáci s tČmito uþebními strategiemi dobĜe osvojují. 2. Kompenzaþní uþební strategie se projevují nejvíce tak, že žák intuitivnČ odhaduje prĤbČh dČje, kterému nerozumí, napĜ. na základČ analogií grafického zápisu, jak je to patrné napĜ. pĜi Ĝešení chemických rovnic nebo obecnČ pĜi zápisu chemického dČje chemickou rovnicí. Tyto kompenzaþní strategie se nejvíce uplatĖují pĜí výuce jazykĤ, kdy žák intuitivnČ odhaduje význam textu, kterému nerozumí. NicménČ nastínČnou situaci napĜ. s chemickými rovnicemi lze chápat do znaþné míry obdobnČ. Symbolické vyjádĜení, které chemické vzorce a chemické rovnice pĜedstavují, nechápou žáci jako symbol kódující urþitou realitu, ale chápou je obvykle jako „slova“ jakéhosi nesrozumitelného jazyka. Kompenzaþní uþební strategie je však v pĜírodovČdném vzdČlávání nutné chápat jako nevhodné, ba dokonce nežádoucí, neboĢ fixováním nesprávných myšlenkových schémat inhibují pochopení podstaty pozorovaných jevĤ a procesĤ. 3. Afektivní uþební strategie se týkají dovednosti þlovČka uvČdomovat si vlastní náladu, pocity, zvýšenou psychickou tenzi, trému, úzkost a týká se i dovednosti pracovat s nimi, vyrovnávat se s riziky, povzbuzovat se, optimalizovat svoji sebedĤvČru. Afektivní strategie uþení se nČkdy Ĝadí mezi tzv. nepĜímé strategie, neboĢ nejsou primárnČ zamČĜeny na získávání nebo zpracovávání informací, ale zamČĜují se na ovlivĖování motivaþních funkcí, které na proces zpracování informací pĤsobí nepĜímo (blíže též viz Škoda, Doulík, 2011). Podstata afektivních uþebních strategií tkví v tom, že reflektují emocionální kontext procesu uþení. Emocionální podbarvení uþební situace umožĖuje snadnČjší

70

zapamatování nových poznatkĤ. Uþební situace, která se realizuje v prostĜedí emocionálnČ plochém, nudném a málo podnČtném procesy uþení spíše zhoršuje, neboĢ žák vyhledává „rozptýlení“ v substituþních aktivitách nesouvisejících pĜímo s uþební situací a zapamatovává si celou Ĝadu podružností a zbyteþných detailĤ, nikoliv však podstatných informací a klíþových poznatkĤ vztahujících se ke vzdČlávacímu obsahu. S ohledem na afektivní uþební strategie se jeví jako výhodnČjší používání reálných experimentĤ, jejichž motivaþní úþinek je alespoĖ v poþátcích pĜírodovČdného vzdČlávání nesporný (srov. napĜ. Solárová, 2009; Williams et al, 1996; Lokšová, 1999) a mohou tak vyvolávat emocionálnČ pozitivní kontext uþební situace usnadĖující zapamatování. 4. Kognitivní uþební strategie se podílejí na cílevČdomém kladení cílĤ, na rozvíjení osobnosti, udržování pozornosti, rozhodném, usilovném a vytrvalém konání, zamČĜení na adekvátní þi optimální výkon, pĜekonávání zátČžových situací, vyhýbání se neúspČšnosti, udržování žádoucích aktivit. PĜi kognitivních strategiích uþení se uplatĖuje uvažování, analýza, syntéza, sumarizace, práce s informacemi atd. Tyto kognitivní uþební strategie vyhovují spíše žákĤm s teoretickým stylem uþení, pro které není obecnČ používání experimentĤ jako informaþních pramenĤ pĜíliš vhodné. NicménČ pokud má experiment heuristický charakter, jeho prĤbČh navozuje napĜ. kognitivní konflikt, pĜi kterém dochází k rozporu mezi vjemem a oþekáváním, pak se tato uþební strategie mĤže s úspČchem uplatnit i práci se školním experimentem, zejména pokud jde o experiment reálný. 5. Smyslové a pohybové uþební strategie využívají zde již diskutovaného poznatku, že þím více smyslĤ se podílí na získávání informací, tím je vČtší šance, že bude informace zapamatována. Vedle co nejvČtšího poþtu smyslĤ by se mČl do uþení zapojovat i pohyb, gestikulace, chĤze apod. To je dĤležité zejména u mladších dČtí. Uþení je tĜeba stĜídat s relaxaþními pĜestávkami. Z hlediska tČchto uþebních strategií je jednoznaþnČ nejpĜínosnČjší žákovský reálný experiment. 6. Sociální uþební strategie vycházejí z pojetí uþení jako sociálnČ sdíleného procesu a v duchu sociálního konstruktivismus se opírají o koncept sdíleného poznání. Tyto strategie se zamČĜují na schopnost kooperace mezi žáky navzájem, kooperace mezi žákem a uþitelem a s tím související komunikativní dovednosti. Tedy napĜ. schopnost diskutovat, ovládat polemiku a kritiku, chovat se pĜimČĜenČ asertivnČ, schopnost vhodnou formou prosazovat své názory apod. Nejlépe se tyto uþební strategie realizují v rámci skupinového a kooperativního vyuþování. Z hlediska sociálních uþebních strategií je i vČdomost

71

chápána jako konstrukt, který je vybudován v urþitém specifickém kulturním a spoleþenském kontextu. Tento kontext do urþité míry ovlivĖuje i vzdČlávací proces v pĜírodovČdných pĜedmČtech, aþkoliv pĜírodovČdné poznání se zdá být nadspoleþenské a nadkulturní. NicménČ právČ v oblasti využití experimentĤ se i pĜírodovČdné vzdČlávání s tímto kontextem stĜetává a je jím do jisté míry determinováno. Využívání reálných experimentĤ je napĜ. limitováno legislativními opatĜeními, která znemožĖují provádČní experimentĤ s rĤznými chemickými látkami, znemožĖují praktické provádČní pitev, pokusy s živými tvory atd. Reálné prostĜedí je tak ze škol postupnČ vytlaþováno prostĜedím virtuálním, neboĢ v nČm jsou tato nastínČná omezení eliminována. Sociální kontext poznání se podle Goodmana (1996) projevuje i v tom, že každý obor, a v souvislosti s ním i každý vyuþovací pĜedmČt, utváĜí svĤj „region jsoucna“ – svĤj odborný svČt, resp. svou „verzi svČta“, ve které platí urþitá pravidla vnímání nebo jednání a platí v ní urþité zpĤsoby komunikace, pĜíznaþné pro daný obor. 7. Metakognitivní uþební strategie se týkají uvČdomování si vlastního procesu a strategií uþení, schopnosti tento proces sebereflektovat, kriticky hodnotit a optimalizovat. Metakognice je zpĤsobilost þlovČka monitorovat a vyhodnocovat vlastní metodické postupy a psychické stavy a procesy, když se uþí a poznává. Cílem metakognice je individuální zdokonalování vlastního procesu poznávání. Význam metakognice se ve školní praxi obvykle velmi podceĖuje. Žáci nejsou vedeni k uvČdomování si vlastních myšlenkových krokĤ a operací a nejsou vedeni k pochopení významu tČchto krokĤ. Tím se celý proces uþení schematizuje a získává nežádoucí podobu univerzálnČ platného lineárního algoritmu, který však v pĜípadech nespecifického transferu obvykle selhává. Proces Ĝešení problémĤ pak žáci nechápou jako kreativní proces využívání rĤzných poznatkĤ, získávání a vyhodnocování rĤzných informací, ale pouze jako proces v podstatČ pasivní aplikace urþitého algoritmu. Proces uþení tak postrádá smysluplnost a pochopení významu uþiva. Tato algoritmizace procesu poznávání je znaþnČ nežádoucí uþební strategií, která v pĜírodovČdném vzdČlávání nutnČ musí vést pouze k pamČĢovému uþení a nízkým úrovním osvojení získaných poznatkĤ. O významu metakognice pĜedevším v reálném experimentu bylo již v tomto textu pojednáno. NicménČ metakognitivní strategie uþení se mohou uplatnit i v pĜípadČ experimentĤ virtuálních a jejich využití pĜi výuce. Virtuální experiment mĤže být designován tak, že umožĖuje vracení nČkterých krokĤ, jejich

72

opakování, rozfázování, zrychlení, zpomalení, doprovození virtuálnČ simulovaného dČje modelem atd. Tyto možnosti mohou v koneþném dĤsledku velmi výraznČ podpoĜit metakognitivní uþební strategie pĜi práci s virtuálním experimentem. Záleží ovšem na možnostech toho kterého grafického rozhraní a také samozĜejmČ na zpĤsobu Ĝízení uþební þinnosti žákĤ. 8. Automanažerské uþební strategie se podle Kohoutka (2008) zabývají sebeutváĜením, sebezdokonalováním, sebeĜízením, selfmanagementem, dosahováním svých možností (potencialit), dodržováním Ĝádu, úrovní vlastní odpovČdnosti, stanovováním pĜípadné adekvátní korekce a nápravy nedostatkĤ a chyb a odstraĖováním bariér, které uþení znesnadĖují. Automanažerské uþební strategie spoþívají v samostatném plánování i prognózování a aktivním dosahování cílĤ a úkolĤ, v autoregulaci vlastního soustavného uþení. Tyto automanažerské uþební strategie vedou k rozvoji autodidaktických kompetencí, které by mČly být hlavními výstupy intencionálního školního vzdČlávání, neboĢ otevírají možnost k nezbytnému celoživotnímu uþení. V poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání však nemĤžeme dosud vážnČ pomýšlet na využívání tČchto uþebních strategií. NicménČ právČ pĜírodovČdné vzdČlávání má za úkol rozvíjet kompetence k Ĝešení problémĤ, které k automanažerských uþebním strategiím smČĜují. Tyto kompetence zmiĖují i Rámcové vzdČlávací programy pro základní vzdČlávání (RVP ZV, 2007): x Žák rozpozná a pochopí problém, pĜemýšlí o nesrovnalostech a jeho pĜíþinách, promyslí a naplánuje zpĤsob Ĝešení problémĤ a využívá k tomu vlastního úsudku a zkušeností. x Žák vyhledá informace vhodné k Ĝešení problému, nachází jejich shodné, podobné a odlišné znaky, využívá získané vČdomosti a dovednosti k objevování rĤzných variant Ĝešení. x Žák samostatnČ Ĝeší problémy; volí vhodné zpĤsoby Ĝešení; užívá pĜi Ĝešení problémĤ logické, matematické a empirické postupy. x Žák ovČĜuje prakticky správnost Ĝešení problémĤ a osvČdþené postupy aplikuje pĜi Ĝešení obdobných nebo nových problémových situací. x Žák kriticky myslí, þiní uvážlivá rozhodnutí, je schopen je obhájit, uvČdomuje si zodpovČdnost za svá rozhodnutí a výsledky svých þinĤ zhodnotí. K rozvoji tČchto kompetencí mohou vést experimenty virtuální i reálné. Lze uvažovat o tom, že reálné experimenty je možné zaĜadit do výuky ad hoc, napĜ. k ovČĜení konkrétních vyvozených zákonitostí, zatímco

73

u experimentĤ virtuálních je uþitel vždy limitován jejich sftwarovou konstrukcí a tím, zda daný experiment je vĤbec ve virtuální podobČ k dispozici, eventuálnČ jaké vyžaduje hardwarové požadavky. Sadler-Smith (1997) rozlišuje kromČ uþebních stylĤ a uþebních strategií ještČ uþební preference, které definuje jako individuální náchylnost k výbČru nebo vyjadĜování preference konkrétní uþební techniky nebo kombinace technik. Sadler-Smith se ovšem soustĜedí na uþební preference pĜedevším s ohledem na autoregulaci uþení. Rozlišuje autonomní metody, které se opírají o samostatnou þinnost žáka a pĜedpokládají nejvyšší míru autoregulace uþení, dále metody spolupracující, uplatĖující se pĜedevším v kooperativním uþení a koneþnČ metody závislé, které preferují vedení uþitelem a mají jen velmi nízkou míru autoregulace uþení. V poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání je tedy tĜeba uvažovat spíše o závislých uþebních preferencích, které pĜedpokládají intenzivní Ĝízení uþebních þinností žákĤ ze strany uþitele. Tyto uþební preference jsou však snadno ovlivnitelné pomocí pedagogického pĤsobení. Soustavným využíváním experimentĤ ve výuce mĤže uþitel dovést žáky ke schopnosti využívat experimenty jako prameny poznání i tehdy, pokud tyto zdroje informací pĜímo nekonvenují s uþebním stylem žáka. 4.5 Virtuální a reálné prostĜedí pro pĜírodovČdné poznávání jako výzkumný problém V této kapitole jsme se snažili pĜiblížit problematiku psychodidaktických aspektĤ používání virtuálních a reálných experimentĤ ve výuce vzdČlávacích obsahĤ pĜíslušejících poþáteþnímu pĜírodovČdnému vzdČlávání. V souvislosti s intenzivní a masovou implementací ICT do výuky nejen pĜírodovČdných pĜedmČtĤ vyvstává otázka vhodnosti virtuálních a reálných prezentací jako seriózní teoretický a výzkumný problém, jimž by se vedle jednotlivých oborových didaktik mČly zabývat i pedagogické, psychologické a neurodidaktické vČdní disciplíny. V souþasné dobČ je tato otázka zatím ve fázi úvah a poþínajících výzkumných studií. Virtuální experimenty dosud nejsou v oblasti poþáteþního pĜírodovČdného vzdČlávání na takové úrovni, aby mohly plnČ suplovat experimenty reálné. Ponechme nyní zámČrnČ stranou otázku, zda je to vĤbec žádoucí. Tím zde narážíme na dostupnost pĜíslušného softwaru, jeho eventuální jazykové bariéry, úroveĖ didaktického zpracování virtuálních prezentací, jejich opatĜení metakognitivním „lešením“ þi zpČtnovazebným aparátem. V souþasné dobČ se v reálné výuce pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání stále postupuje tak, že pĜíslušný vzdČlávací obsah determinuje výbČr reálných experimentĤ, které budou ve

74

výuce zmiĖovaného obsahu využity. Naopak u virtuálních experimentĤ se urþujícím þinitelem samotný experiment, jeho dostupnost a vhodnost jeho zpracování, a na základČ tČchto kritérií je pak rozhodováno o podpoĜení výuky urþitého vzdČlávacího obsahu virtuálním experimentem. Toto období je však patrnČ pouze pĜechodné a je otázkou þasu, kdy bude nabídka kvalitnČ zpracovaných virtuálních experimentĤ tak bohatá, že bude moci svými výhodami konkurovat využívání experimentĤ reálných. Z psychodidaktického hlediska mají oba typy experimentĤ své výhody a své nevýhody (pomiĖme nyní hlediska ontodidaktická a hlediska praktická, jako je napĜ. dostupnost softwaru, chemických látek, pĜístrojĤ apod.): x NejvČtší výhodou reálných experimentĤ je pĜímý a nezprostĜedkovaný kontakt žáka s danými objekty þi látkami. Reálný experiment tak vedle audiovizuálního kontaktu umožĖuje i využití dalších smyslĤ, þichu, hmatu, eventuálnČ i chuti. UmožĖuje pĜímé pozorování daných dČjĤ þi jevĤ a umožĖuje žákovi jejich prĤbČh pĜímo ovlivĖovat zmČnou vnČjších podmínek. Tyto výhody reálných experimentĤ nemohou být adekvátnČ saturovány využitím experimentĤ virtuálních. Z psychodidaktického hlediska je reálný experiment zároveĖ individuálním prožitkem žáka, který má epizodický charakter a ukládá se do trvalejší epizodické pamČti. Vzniklý poznatek je pevnČji fixován ve vnitĜním poznatkovém systému žáka, a to i z toho dĤvodu, že vzniká obvykle v emocionálnČ egoangažovaném kontextu. x NejvČtší výhodou virtuálních experimentĤ je z psychodidaktického hlediska pĜedevším jejich „komunikaþní jazyk“, který je žákĤm velmi blízký a dá se Ĝíci, že jde o bČžnČ používaný jazyk každodenního života. S virtuálními prezentacemi se uþící se jedinec setkává od nejútlejšího dČtství. Myšlení žákĤ je díky tČmto pĜedevším vizuálnČ zprostĜedkovaným informacím výraznČ ikonické a konkrétní. Tomuto zpĤsobu myšlení dobĜe odpovídají i virtuální prezentace, u kterých je forma zpracování a ovládání prezentace þinitelem, který mĤže výraznČ zastiĖovat i vlastní vzdČlávací obsah, který má prezentace zprostĜedkovávat. Jak virtuální, tak reálné experimenty však z psychodidaktického hlediska nejsou univerzálnČ použitelnými didaktickými prostĜedky, resp. prameny poznání pro všechny typy žákĤ. Snažili jsme se v tomto textu ukázat, že vezmeme-li v úvahu dĤležité individuální charakteristiky žákĤ jako jsou jejich uþební styly, strategie a preference, pak pro urþité žáky se jeví jako didakticky efektivnČjší využívání experimentĤ reálných, pro jiné

75

žáky využívání experimentĤ virtuálních. Tento závČr ostatnČ potvrzují i výsledky provedených výzkumných studií. Jako optimální se tedy v souþasné dobČ a za souþasných možností jeví využívání obou typĤ prezentací souþasnČ. Reálný experiment by mČl být pĜí výuce pĜírodovČdných obsahĤ vzdČlávání doprovázen virtuální prezentací (aĢ již pĜímo virtuálním experimentem nebo simulacemi, animacemi, modelováním) všude tam, kde je to možné. Použití samotné virtuální prezentace bez reálné opory by mČlo být chápáno jako nouzové Ĝešení, nikoliv jako pohodlné pravidlo. Své opodstatnČní však má i izolované používání virtuálních prezentací bez reálné opory, a to tehdy, když informaþní hodnota a didaktická využitelnost informací virtuální prezentace pĜevyšuje informaþní hodnotu prezentace reálné (napĜ. opakování dČje, zmČna rychlosti dČje, pĜiblížení dČje, simulace dČje, který není ve školních podmínkách možné provést reálnČ atd.) Využívání izolovaných reálných prezentací bez virtuální opory se dnes již jeví jako urþitý anachronismus, neboĢ žáci jako „komunikaþní prostĜedek“ výraznČ upĜednostĖují virtuální prostĜedí. Otázkou však zĤstává, jaké psychodidaktické efekty ale i problémy pĜinese v budoucnu využívání plné virtuální reality pĜi výuce.

76

5 Interakce reálného a virtuálního prostĜedí ve školním pĜírodovČdném experimentu PĜi využití pĜímé podpory poþítaþe ve školní pĜírodovČdné/chemické experimentální þinnosti mĤžeme klasifikovat jednotlivé typy experimentĤ s metodickými aspekty jejich možného zaĜazení do výuky chemie na základní nebo na stĜední všeobecnČ vzdČlávací škole. Pokud neuvažujeme horizont rozdČlení na demonstraþní a žákovský pokus, ale rozdČlení, vyplývající z charakteru a výhod (nám se jevících) použitého technického zaĜízení – podpory poþítaþe a jeho periferií, mĤžeme vytvoĜit schéma s explicitnČ vyjádĜenými virtuálními, reálnými i kombinovanými pĜírodovČdnými/chemickými experimentálními þinnostmi (viz obr. 12). Reálné experimentální þinnosti doprovázejí pĜedevším manuální pĜenos dat oznaþovaný pĜerušovanými šipkami (reálná oblast) a virtuální experimentální þinnosti doprovázejí pĜedevším poþítaþový pĜenos dat oznaþovaný plnými šipkami (virtuální oblast).

Obr. 12 Schéma aplikací poþítaþe pĜi podpoĜe pĜírodovČdného experimentu (Bílek a kol, 1997)

77

5.1 Poþítaþové simulace a animace aneb virtuální experimenty ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ V pĜírodovČdné výuce by mČl být brán zĜetel hlavnČ na to, aby využití poþítaþe a dalších digitálních technologií nebylo samoúþelné. Poþítaþ by nemČl být používán tzv. „sám pro sebe“, ale mČl by sloužit jako didaktický prostĜedek k objasĖování a prohlubování získávaných poznatkĤ s dĤrazem na zvýšení efektivity dané vyuþovací metody. Jednou z nejvýznamnČjších oblastí poþítaþové podpory pĜírodovČdné výuky je bezesporu poþítaþového modelování, a to jak statické (poþítaþové grafické modely) tak dynamické (poþítaþové animace a simulace). Jedná se o tvorbu modelĤ objektĤ a jevĤ, v níž hrají prim jak tzv. grafické modely a v poslední dobČ zvláštČ modely molekul, tak modely jevĤ a laboratorních þinností (Bílek, M. a kol., 2007). Ve všeobecné výuce chemie se tradiþnČ používaly a stále ještČ používají reálné modely, kuliþkové, trubiþkové nebo kalotové, které zpĜístupĖují pĜedevším stereochemii molekul a ukazují nČkteré aspekty jejich struktury ve vztahu k jejich reaktivitČ. Další možností jsou poþítaþové modely, znázorĖující elektronové hustoty a elektrostatické potenciály. Jsou konstruované pomocí rĤzných programĤ pro grafické modelování (napĜ. PC Spartan Pro) napĜ. na základČ kvantovČ-chemických výpoþtĤ. VytváĜeny jsou þtyĜdimenzionální modely, znázorĖující velikost a tvar molekuly vþetnČ urþité vlastnosti (elektronová hustota, elektrostatický potenciál), která je vyjádĜena pomocí barevné škály (napĜ. þervená barva – záporné hodnoty elektrostatického potenciálu, modrá barva – kladné hodnoty elektrostatického potenciálu) (Myška, KoláĜ, Marek, 2006). MĤže jít napĜ. o: x znázornČní struktury slouþenin – napĜ. benzenu a jeho derivátĤ, x energetické diagramy napĜ. vnitĜní rotace v molekulách vybraných slouþenin, x substituþní efekt v molekulách - napĜ. arenĤ, modelování prĤbČhu reakce - napĜ. reakce molekuly methylchloridu s kyanidovým anionem, x modelování prĤbČhu reakce (napĜ. reakce molekuly methylchloridu s kyanidovým anionem), x apod. Modely slouþenin pĜedstavují zmČny ve velikosti a tvaru molekul, ukazují distribuci elektrostatického potenciálu v závislosti na typu heteroatomu a jeho vlastnostech (elektronegativita aj.) apod. (napĜ. Myška, KoláĜ, 2001) a slouží zvláštČ jako pomĤcky k vytváĜení pĜedstav o struktuĜe slouþenin a jejího vlivu na jejich vlastnosti. Zavedením tzv.

78

dynamického aspektu pĜi prezentaci grafických modelĤ pĜecházíme do oblasti poþítaþových animací a simulací. Animaci i simulaci lze obecnČ definovat jako metodu, pĜi níž je zkoumaný dynamický systém nahrazen modelem, který prezentuje modelovaný systém v jeho þinnosti, nebo s ním mohou být provádČny experimenty. Poþítaþová animace nebo simulace pĜedstavuje zpracování modelu ve formČ pĜijatelné pro poþítaþ, tj. ve formČ matematického nebo formálnČ – logického modelu zapsaného pomocí programovacího jazyka. Zachovány zĤstávají dva neoddČlitelné aspekty každého modelu: x zobrazovací aspekt – každý model je urþitým znázornČním reálného systému, x zjednodušovací aspekt – každý model obsahuje jen urþitou þást vlastností modelovaného objektu. Matematické modely užívané v chemii jsou zpravidla výsledkem buć matematického zpracování experimentálních dat nebo deduktivního postupu vycházejícího ze stávajících teoretických poznatkĤ, vyjádĜeného matematickými prostĜedky, vedoucího k poznatkĤm novým, více ménČ korespondujícím s realitou. V úvahu pĜicházejí následující pĜíklady animací a simulací: x použití animace nebo simulace pro pochopení podstaty fungování reálného systému, x aplikace animace þi simulace pĜi Ĝešení problémĤ za daných podmínek nerealizovatelných (napĜ. oblasti „mikrosvČta“ a „makrosvČta“, pĜíliš rychle nebo naopak pĜíliš pomalu probíhající dČje apod.), x aplikace simulace ke studiu reálného systému s cílem zjistit vliv podmínek na zkoumaný proces, x využití simulace k náhradČ reálných experimentĤ (zdlouhavých, nákladných, nebezpeþných aj.). Poþítaþová animace ani simulace by však nemČla za žádných okolností eliminovat proveditelný a didaktické interpretaci obsahu lépe sloužící reálný experiment z výuky, protože nemĤže nahradit pĜímé pozorování jevĤ prostĜednictvím proveditelných školních pokusĤ. Její úkol v tČchto pĜípadech spoþívá v zpĜístupĖování jevĤ, v názornosti a vytvoĜení podmínek k získání poznatkĤ z reálného experimentu. Poþítaþové animace a simulace jsou jednoznaþnČ atraktivními uþebními objekty. Obsáhlou definici takovýchto uþebních objektĤ (learning object) pĜináší Výbor pro standardizaci výukových technologií spoleþnosti IEEE (IEEE Learning Technology Standards Commitee): „Uþební objekty se definují jako urþité entity, digitální nebo nedigitální, které mohou být

79

použity, znovu využity nebo vyvolávány bČhem uþení se s podporou technologií. PĜíklady takových technologií podporujících uþení zahrnují poþítaþové výukové systémy (computer-based training systems), interaktivní uþební prostĜedí (interactive learning environments), inteligentní poþítaþové vyuþovací systémy (intelligent computer-aided instruction systems), distanþní výukové systémy (distance learning systems) a kolaborativní uþební systémy (collaborative learning systems)“ (IEEE Learning Technology Standards Commitee, 2002). Zajímavé porovnání charakteristik animací a simulací pĜinášejí napĜ. Frischherz a Schönborn (2004) – viz následující tabulka (Tab. V). Tab. V Charakteristiky animací a simulací (Frischherz a Schönborn, 2004)

Typy interaktivity

Didaktické funkce

Animace - start, stop, opakuj záznam, - potáhni nebo rotuj objekty, - manipuluj s objekty, - vyber nebo zmČĖ prezentovaný formát objektu - informace, ilustrace, instrukce, motivace

Simulace - zadej data a pozoruj souvislosti, - vizualizuj vztahy, - mČĖ parametry, - vytvoĜ prezentace, - vytvoĜ obsah - objevování, konstrukce, reflexe, diskuse

Pro tvorbu didakticky úþinných animací a simulací navrhují citovaní autoĜi následující posloupnost krokĤ: Realita ĺ Konceptuální model ĺ Didaktický model ĺ Design–model ĺ Mentální model. Prvním krokem je vČdecká analýza problému a vytvoĜení tzv. konceptuálního modelu (respektování urþité vČdecké koncepce, vČdeckého paradigmatu). Následuje redukce jeho tzv. kognitivní komplexity ve vztahu k výukovým cílĤm, tj. pĜizpĤsobení poznávací úrovni studenta – didaktický model. Ten je implementován s využitím urþitého software s ohledem na požadavky komunikace se studentem – vytvoĜení tzv. interface þi design-modelu. A na konci tohoto procesu jde o rekonstrukci vČdeckého (konceptuálního) modelu za pomoci poþítaþového modelu (animace, simulace) ve vČdomí studenta jako jeho mentálního modelu (NodzyĔska, 2002). Frischherz, Schönborn a Schulin (2003) k tomuto procesu formulují šest druhĤ aktivit elektronické podpory pĜírodovČdné výuky (e-learning activities for natural sciences education):

80

x asimilace poznatkĤ – vizualizace zejména transformuje neviditelné procesy, aby bylo možné jim porozumČt, x reprodukce poznatkĤ – pĜíležitost k rekonstrukci informací v rĤzné formČ k ovČĜení porozumČní problému, x aplikace poznatkĤ – aplikace znalostí na reálné nebo virtuální procesy a systémy, x generování poznatkĤ – uþící se Ĝeší zadaný problém a tím si vytváĜí nové znalosti (þasto s nutností jejich potvrzení v jiných aktivitách), x komunikace poznatkĤ – uþící se mĤže srovnávat své znalosti s ostatními (sociální potvrzení nových znalostí), x reflexe poznatkĤ – pomoc pĜi hodnocení vlastních znalostí a plánování vlastního uþení. Všechny uvedené aktivity vyžadují kvalitnČ zpracované uþební objekty – animace a simulace. PĜi jejich zaĜazování do výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je nutná i urþitá opatrnost. A to jak pĜi prezentacích tak pĜi samostatné práci žákĤ a studentĤ. Jednak mĤže jít o zbyteþné rozptylování pozornosti („všeho moc škodí“) a jednak mĤže mít „dokonalý“ virtuální svČt za následek ovlivĖování tvorby nepĜesných nebo chybných mentálních modelĤ uþících se. ěada autorĤ formulovala urþitá doporuþení þi kritéria kvality pro jejich tvorbu a využití. Frischhertz a Schönborn (2004) hovoĜí o kritériích kvality pro animace a simulace jako uþební objekty zajišĢujících potĜebnou pĜidanou hodnotu pro výuku. Podstatné je hlavnČ to, zda animace nebo simulace je podporou transformace vČdeckého modelu v mentální model studenta. Formulují tak následující kritéria kvality: 1. VČdecké standardy. O adekvátnosti vČdeckého modelu zde nemĤže být sporu – jde o kritéria vČdecké správnosti, korektnosti, pravdivosti apod. 2. VýbČr obsahu a jeho redukce. Optimální výbČr nejdĤležitČjších prvkĤ odpovídajících poznávací úrovni studentĤ (adekvátnost výukovým cílĤm). 3. Uþební aktivity. VýbČr odpovídajících uþebních aktivit (student by mČl vČdČt „proþ to dČlá“). Interaktivita znamená aktivní využití uþebního objektu studentem (viz tzv. operaþní objekty v RiedelovČ systémové didaktice – pozn. aut.). Uþební aktivity tedy vyžadují zpČtnou vazbu buć od uþebního materiálu nebo od tutora þi jiných studentĤ smČrem k uþícímu se. 4. Typ média. Široké možnosti digitálního materiálu (text, audio, grafika, fotografie, video aj.) v odpovídající kvalitČ a kombinacích - multimédia.

81

5. Didaktický kontext. Animace a simulace by mČly být zakomponovány do uþebních sekvencí s kontextuálním vztahem k pĜedchozímu a následujícímu uþení. 6. Vizualizace. Vizualizace v obecném pohledu transformuje neviditelné procesy tak, aby usnadnila jejich porozumČní. Užiteþné k transferu znalostí je také napĜ. využití metafor. 7. Použitelnost. Uživatelská pĜíjemnost ovládání uþebních objektĤ („user friendly“). Klíþovou roli hrají napĜ. navigaþní systém, intuitivnost ovládání pomocí Ĝídících panelĤ apod. Souvisí s tím i Ĝada kritérií známých z WWW prezentací, jako jsou: þas ke spuštČní („download-time“), funkþnost odkazĤ („cross-browser“ functionality), použité a použitelné fonty a jejich velikosti, kontrastní zobrazení apod. 8. Estetická kvalita. Aþ jde o pravdČpodobnČ nejsubjektivnČjší kritérium kvality, pĜesto je velmi dĤležité. Mottem použitelnosti bývá tzv. „KISS“ („Keep It Simple and Stupid“), kdežto mottem dobrého designu je „MAYA“ („Most Advanced Yet Acceptable“). TvĤrce by mČl nalézt nejlepší úroveĖ inovace vhodnou pro estetické cítČní uživatelĤ (žákĤ a studentĤ). V souladu s uvedenými autory musíme konstatovat, že souþasná situace pĜináší urþité kontrasty v tom, že vČtšina používaných animací a simulací pochází z tvorby poþítaþových specialistĤ, kteĜí v mnoha pĜípadech nejsou s to akceptovat kritéria didaktická. Jde o aplikace zkrácené, nedostateþnČ propracované, cesty mezi „konceptuálním (vČdeckým)“ a mentálním modelem uþícího se. Chybí tak úþast pedagogĤ, psychologĤ a oborových didaktikĤ alespoĖ jako konzultantĤ tvĤrþích týmĤ v této oblasti, jejíž vývoj a aplikace bezesporu neustále porostou (Turþáni, Bílek, Slabý, 2003). PĜesto se v souþasné dobČ výrazného prosazování vyuþovacích metod a organizaþních forem založených na použití ICT do vzdČlávacího procesu zaþínají poþítaþové animace a simulace zejména v podobČ tzv. apletĤ (internetovČ dostupných softwarových komponent bČžících i v kontextu jiného programu) výraznČ prosazovat. Virtuální experiment pĜestává být doménou vČdeckých pracovišĢ, ale postupuje rychle i do škol. V mnoha pĜípadech doplĖuje nebo dokonce nahrazuje experiment reálný. ObecnČ lze Ĝíci, že virtuální experimentální systémy jsou vybaveny aplikacemi, které simulují jevy, procesy a dČje, ale také modelují rĤzné pĜístroje a mČĜicí systémy. Školní (þi edukativní) virtuální experiment musí však být podobnČ jako experiment reálný dobĜe zabudován do kontextu vzdČlávacího obsahu a konkrétní vyuþovací hodiny. Zcela analogicky jako

82

experiment reálný je i experiment virtuální pĜedevším prostĜedkem didaktické rekonstrukce a z hlediska psychodidaktického se na nČj vztahují stejné charakteristiky a nároky jako na experiment reálný. V souþasné dobČ je zejména díky ekonomickým a bezpeþnostním podmínkám využívání reálných experimentĤ v pĜírodovČdném vzdČlávání na ústupu. Naopak masivní rozvoj ICT a postupné zkvalitĖování vybavenosti škol v této oblasti otevírá prostor pro výraznČjší rozšíĜení virtuálních experimentĤ. Podle Gorghiu et al. (2009) lze virtuální prostĜedí využívat nČkolika zpĤsoby podle specifického vzdČlávacího cíle: x Animace vybraných þástí vzdČlávacího obsahu. Jejich použití mĤže vést k zatraktivnČní rĤzných (pĤvodnČ statických) vizualizací uþiva a umožĖuje lépe vysvČtlovat pĜíþiny urþitých stavĤ nebo prĤbČh nČkterých dČjĤ (napĜ. reakþní mechanismus v chemických reakcích). Jsou založené na tom, že žák vybírá mezi nČkolika málo rĤznými sadami vstupních parametrĤ a podle jeho výbČru se mČní výsledný efekt. NejvČtším problémem užití animací je malá až nulová flexibilita. Animace poskytuje vždy jen omezený a koneþný poþet možností, které mĤže žák zvolit a stále se opakující podobu výsledkĤ animace. Když žák vyzkouší všechny možnosti, nepĜináší pak animace již žádný didaktický efekt a není dále užiteþná. Využití speciálních animací pro každý jednotlivý jev þi úkol, který má žák vyĜešit, je proto tČžkopádné a relativnČ nákladné. x Simulace – poskytují vyšší úroveĖ interakce mezi uþícím se jedincem a virtuálním prostĜedím než animace. Simulace umožĖují napodobit prĤbČh reálných laboratorních experimentĤ, pĜiþemž virtuální simulace je samozĜejmČ vždy bezpeþná, nevyžaduje nároþné aparatury, pĜístroje þi chemikálie, vyluþuje práci se živým, kontaminovaným nebo z etického hlediska nevhodným materiálem. PodobnČ jako v pĜípadČ reálného experimentu žák volí rĤzné vstupní podmínky. Nevýhodou je, že prĤbČh simulací je vždy ponČkud zjednodušen a zidealizován ve srovnání s prĤbČhem reálných experimentĤ. To mĤže být z didaktického hlediska vhodné tam, kde je zapotĜebí prĤbČh experimentu co nejvíce zjednodušit, aby umožĖoval vysvČtlení adekvátní aktuální úrovni žákĤ. Na druhou stranu to u žákĤ vytváĜí zjednodušené pĜedstavy o prĤbČhu pĜírodních dČjĤ a procesĤ a žáci se mohou pĜi kontaktu se složitostí reálného svČta dostat do obtíží, které nejsou schopni pĜedvídat a vyrovnávat se s nimi. x Webové experimenty (Web-based experiments, oznaþované rovnČž jako on-line experimenty) pĜedstavují zatím nejsofistikovanČjší

83

variantu využití virtuálních experimentĤ pĜi výuce. Jsou založeny na rozhraní mezi uživatelem, což mĤže být žák, pracovní skupina, školní tĜída nebo uþitel a vzdálenou Ĝízenou laboratoĜí. Ve vzdálené laboratoĜi probíhají prostĜednictvím webu Ĝiditelné reálné experimenty. Jejich prĤbČh a výsledky jsou prostĜednictvím webu pozorovatelné. Své uplatnČní nalézají webové experimenty pĜedevším v souvislosti s fyzikálnČ zamČĜenými obsahy vzdČlávání. Pomocí webu se mohou žáci podílet na experimentech, které z bezpeþnostních nebo finanþních dĤvodĤ þi z dĤvodĤ pĜílišné nároþnosti není možné realizovat ve škole. Žáci i uþitelé mohou využívat databáze ukládající výsledky experimentĤ þi mČĜení (napĜ. dlouhodobé sledování emisí v ovzduší). Využívání webových experimentĤ je determinováno vytvoĜením specifických rozhraní umožĖujících komunikaci mezi uživateli (žáky) a systémy vzdálené laboratoĜe. Hodnotit význam virtuálních experimentĤ pro pĜírodovČdné vzdČlávání je zatím pĜedþasné. Škoda a Doulík (2009) uvádČjí, že se mohou stát adekvátní, ba dokonce v mnoha smČrech i dokonalejší náhražkou reálných školních experimentĤ, byĢ budou vždy postrádat jejich „kouzlo“, pĤsobení „vis maior“ pĜi jejich prĤbČhu a výsledku, þichové a hmatové vjemy, jakož i urþitou dávku adrenalinu pĜi jejich realizaci. ŽákĤm však mohou být blízké tím, že využívají virtuální poþítaþové prostĜedí, které je žákĤm dĤvČrnČ známé. StejnČ tak se však mohou stát slepou vývojovou linií, neboĢ pro žáky budou pĜedstavovat pouze jeden z mnoha poþítaþových produktĤ, který bude ve srovnání s „multilevelovými“ adventurami velice omezený a primitivní. PĜekážkou je v souþasné dobČ i stále nízká ochota uþitelĤ využívat virtuálních experimentĤ pĜi výuce (Jarosievitz, 2009). Mezi oborovými didaktiky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ probíhá v souþasné dobČ diskuse, zda je možné, vhodné a didakticky efektivní, nahrazovat reálné experimenty virtuálními. 5.2 RĤzné druhy kombinací reálného a virtuálního prostĜedí v školním pĜírodovČdném experimentu 5.2.1 PĜímé spojení pĜírodovČdného experimentu s poþítaþem PĜímé spojení reálného chemického experimentu s poþítaþem pĜedstavují poþítaþové mČĜící systémy, tj. využití poþítaþe ke snímání, uchovávání a zpracování mČnících se hodnot fyzikálních a fyzikálnČchemických veliþin a jako Ĝídícího média pĜi automatizaci experimentální

84

þinnosti. K nutnosti jejich využívání i ve škole vedou hlavnČ následující dĤvody: x pĜímá podpora experimentální þinnosti tj. snímání hodnot mČĜených veliþin v prĤbČhu experimentu tj. v reálném þase, x okamžité vyhodnocení a následné uchování experimentálních dat, x pĜiblížení použití poþítaþĤ v automatizovaných systémech Ĝízení technologických procesĤ výroby, x osvojení si metod získávání informací a jejich zpracování pomocí poþítaþe a jeho periferií, x a také náhrada mnoha drahých laboratorních pĜístrojĤ. Spojení reálného experimentu tj. v nČm použitého technického zaĜízení, pĜístroje nebo aparatury s Ĝídícím a registraþním zaĜízením je realizováno buć pĜivedením digitálních dat pĜímo na vstupní port zaĜízení nebo poþítaþe, nebo v pĜípadČ analogových dat užitím základních komponent Ĝízených automatizovaných systémĤ - speciálních poþítaþových periférií - A/D - analogovČ-digitálních a D/A - digitálnČ-analogových pĜevodníkĤ, které daný analogový signál digitalizují. A/D a D/A pĜevodníky jsou tedy zaĜízení sloužící k registraci dat mČnících se fyzikálních veliþin v probíhajícím experimentu a k ovlivĖování reakþních podmínek prostĜednictvím ovládaných akþních þlenĤ. Pomocí poþítaþe a A/D pĜevodníku mohou být mČĜeny veliþiny, které je možné mČnit na proporcionální elektrický signál. Proto pĜichází v úvahu kromČ mČĜení elektrických veliþin i mČĜení teploty, tlaku, hmotnosti, teþných napČtí, pH, vodivosti, intenzity osvČtlení aj. A/D pĜevodník je pĜi tČchto mČĜeních spojen na vstupu s mČĜícím þidlem (elektrodou, snímaþem, apod.) nebo výstupem z daného mČĜicího pĜístroje a na výstupu s poþítaþem, kterému transformovaný signál pĜedává. D/A pĜevodník umožĖuje transformaci digitální informace z poþítaþe (výsledku programové instrukce) na analogový signál ovládající akþní þlen. Pro aplikace ve školní praxi jsou vyvíjeny poþítaþové mČĜící systémy, které nahrazují drahé profesionální komplexní hardwarové a softwarové systémy používané v moderní výrobní praxi. Existují v zásadČ dva základní zpĤsoby pĜipojení mČĜících pĜístrojĤ k poþítaþi: 1. Vlastní mČĜicí pĜístroj je vnČ poþítaþe a je s ním spojen pĜes standardní rozhraní. 2. Do základní desky poþítaþe se zasouvá karta (s A/D a D/A pĜevodníky, s digitálními vstupy a výstupy), ke které se pĜipojují mČĜené signály a ovládané akþní þleny.

85

Uvedená aplikace poþítaþĤ ve vyuþování pĜináší také problém použití vhodného software. Existuje Ĝada softwarových balíkĤ z prĤmyslové praxe, využitelných pro tvorbu Ĝídících komplexĤ v technologických procesech, ale pomČrnČ znaþná komplikovanost a svázanost se speciálními periferiemi znesnadĖuje jejich školní využití. Proto má softwarové vybavení školních poþítaþových mČĜících systémĤ nČkolik základních atributĤ, na které je kladen zvláštní dĤraz zejména z hlediska jednoduchosti a názornosti. TČmito atributy jsou zvláštČ: x digitální znázornČní veliþin v dostateþné velikosti a grafický záznam na monitoru buć souþasnČ, nebo v pĜepínatelném režimu, x možnost realizace srovnání podobných mČĜení, tj. souþasné znázornČní nČkolika namČĜených souborĤ dat uložených na disku nebo porovnání se souborem dat získaných simulací reálného experimentu, x možnost provedení výĜezu grafického záznamu, jeho zvČtšení na monitoru a jednoduché zpracování dat, x realizace mČĜení ve dvou základních režimech práce - v þasových intervalech nebo po krocích. Každý takový mČĜící program je možné rozdČlit zpravidla na tĜi základní þásti: a) mČĜení zvolené veliþiny - MċěENÍ, b) práce s datovými soubory - DATA, c) zpracování dat - ZPRACOVÁNÍ. ýást MċěENÍ slouží k nastavení nebo kontrole parametrĤ provádČného experimentu. Jednotlivé parametry jsou voleny buć postupnČ, nebo najednou, formou dialogového okna. Režim DATA umožĖuje práci s namČĜenými daty uloženými v souborech tj. jejich zobrazení a „zoom“, ukládání a naþítání, výstup na tiskárnu nebo zapisovaþ. Úpravy a zpracování namČĜených dat se provádČjí v þásti ZPRACOVÁNÍ. Programy obsahují dle svého urþení rĤzné možnosti práce s daty, od pouhého zobrazení nebo spojení jednotlivých hodnot pĜes proložení aproximaþními kĜivkami až po složitČjší statistické operace. Jednotlivé programové þásti obsahují zpravidla tĜi typy položek k nastavení parametrĤ a ovládání prĤbČhu programu. Jsou to: a) pĜepínací položky - obsah položky se mČní stisknutím klávesy „enter“ nebo pohybem kursoru po inzerovaných hodnotách, tj. všechny hodnoty jsou pĜeddefinovány a po každém stisku se cyklicky zamČĖují,

86

b) editaþní položky - nový obsah je možné vložit jedinČ pĜepsáním pĤvodního zadání (editací), zadávány jsou buć textové nebo þíselné údaje, c) výbČrové položky - po volbČ této položky je zobrazeno další okno, po jeho opuštČní se mĤže zmČnit hodnota položky v závislosti na pĜedchozí operaci. Na základČ možností hardware i software poþítaþových mČĜících systémĤ je možné využít napĜ. následující typologii poþítaþem podporovaných chemických experimentĤ (tj. jak bylo uvedeno dle pĜístupu H. Riedela operaþních objektĤ – viz kap. 2.). Kinetický aspekt chemických experimentĤ ýasto jsou na školách provádČny experimenty tím zpĤsobem, že žáci pouze urþí hodnotu urþité veliþiny v reakþní nádobČ pĜed a po skonþení reakce. Tak mohou mČĜit napĜ. teplotu laboratorním teplomČrem, pH univerzálním indikátorovým papírkem, urþovat zmČnu zabarvení roztoku, vznik sraženiny apod. Poþítaþové mČĜící systémy umožĖují jednoduché a operativní zavedení kinetického aspektu k provádČným experimentĤm tj. urþovat a registrovat hodnoty mČnící se veliþiny v prĤbČhu chemické reakce. Pro sledování prĤbČhu reakce pĜináší toto technické zaĜízení další konkrétní výhody: registrovat mČĜenou veliþinu v malých intervalech napĜ. i menších než 1 sekunda (mČĜení laboratorním teplomČrem vyžaduje cca 30 sekund pro odeþtení a zápis pĜíslušné hodnoty teploty) nebo naopak vČtších než 1 hodina (dlouhodobá sledování), paralelní souþasnou tvorbu grafického záznamu, uložení a vyhodnocení experimentálních dat. Systémy pro použití v chemickém experimentu vČtšinou využívají následující tĜi režimy registrace experimentálních dat. x Registrace mČĜené veliþiny v pĜedem zvolených þasových intervalech. x Registrace mČĜené veliþiny v pĜedem zvolených intervalech jiné veliþiny (nezávisle promČnná na ose x, poloautomatická mČĜení, indikace zmČny intervalu na ose x napĜ. stisknutím libovolné klávesy, kliknutím myší apod.). x Registrace mČĜené veliþiny v závislosti na jiné mČĜené veliþinČ (automatická mČĜení, minimálnČ dvoukanálová). Rychlost mČĜení a frekvence experimentĤ Výhodou poþítaþových mČĜících systémĤ je kromČ rychlosti registrace experimentálních dat i velká variabilita mČĜicího pĜístroje. Jednoduchou zámČnou þidel (pĜípadnČ þidel a modulĤ) se stává bČhem

87

nČkolika sekund z digitálního teplomČru digitální pHmetr apod. Tak je umožnČno provedení velkého poþtu mČĜení, þasto bez omezení mČĜenou veliþinou a je možné analyzovat širší experimentální celky. Nabízí se nČkolik možných variant. x Metodická Ĝada experimentĤ x Paralelní (komparativní) experimenty x Dílþí experimenty x Tematické celky experimentĤ x Simultánní experimenty Zesilování aktivizaþních prvkĤ ve výuce Poþítaþové mČĜicí systémy poskytují možnosti pro kvantitativní vyjadĜování jevĤ, které byly dosud ve škole popisovány pouze kvalitativnČ. ýasto se jedná o experimenty, které by se daly nazvat "ze života", tj. jejich motivaþní složka se dotýká vlastních zkušeností žáka - experimentátora. Tyto metody tvorbou a ovČĜováním hypotéz, snahou o nČjaký konkrétní výrobek nebo závČr pĜispívají podstatnou mírou k formování intelektuálních i senzomotorických dovedností. x Motivaþní experiment x Problémová metoda a chemický experiment x Projektová metoda a chemický experiment 5.2.2 Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí z pohledu žákovy aktivity Urþitou alternativu pĜístupĤ popsaných v kapitolách 5.1 a 5.2.1 pĜedstavuje kombinace reálného a virtuálního experimentu pĜi výuce pĜírodovČdných vzdČlávacích obsahĤ bez zamČĜení na použití poþítaþe jako mČĜicího pĜístroje (virtuálního mČĜicího pĜístroje). Virtuální prostĜedí mĤže poskytovat reálnému experimentu i v tomto pĜípadČ rozsáhlou podporu. NapĜ. pomocí animací þi simulací mĤže umožnit vysvČtlení pozorovaných jevĤ a dČjĤ na mikroskopické nebo naopak makroskopické úrovni, která není pĜístupná pĜímému smyslovému vnímání, umožĖuje zrychlit nebo zpomalit dČje, jejichž þasový prĤbČh je z didaktického hlediska nevhodný, umožĖuje detailnČji pochopit podstatu nČkterých fyzikálních veliþin, strukturu chemických látek, dČjĤ na subbunČþné úrovni atd. Na druhou stranu má použití kombinovaných reálných a virtuálních experimentĤ i své nevýhody, mezi které patĜí zejména znaþná nároþnost, jak þasová, tak obvykle finanþní. Urþité riziko pĜedstavuje i to, že žáci nemusí být schopni správnČ propojit informace pĜinášené tČmito rĤznými informaþními kanály a správnČ zkombinovat reálné s virtuálním, skuteþné s modelovým.

88

Využívání virtuálního prostĜedí þasto svádí uþitele k pasivnímu pojetí výuky, kdy pouze spustí virtuální prezentaci, aniž s ní pracují ve smyslu didaktické rekonstrukce nebo Ĝízení uþebních þinností žákĤ. Es a Koper (2006) poukazují na závČry mnoha provedených výzkumĤ, které jasnČ prokazují, že efektivní využívání virtuálních prostĜedí je pĜedevším záležitostí „pedagogického designu“ zapojení virtuálních prezentací do reálného vyuþovacího procesu. Velkou výhodu spatĜujeme pĜedevším ve skuteþnosti, že virtuální experiment umožĖuje to, co je za použití reálných experimentĤ jen obtížnČ realizovatelné až nemožné, totiž aby s experimentem pracoval každý žák sám (tedy nikoliv pouze demonstraþní experimenty uþitelĤ) a aby každý žák pracoval svojí individuální rychlostí. Pomalejší žáci mohou experiment opakovat, dokud jim jeho prĤbČh nebude zĜejmý a neuvidí jeho výsledky. Naproti tomu pokroþilí žáci mohou provádČt experimenty na úrovni, která by byla dosud nepochopitelná vČtšinČ školní tĜídy. Aby bylo možné využít všech tČchto pozitiv, které virtuální prostĜedí nabízí, je nezbytná zmČna zpĤsobĤ Ĝízení uþeních þinností žáku ve srovnání s tradiþním transmisivnČ-instruktivním edukaþním prostĜedím. Z organizaþních forem vyuþování je preferováno zejména kooperativní a projektové vyuþování, þímž výuka dostává i sociální rozmČr, a více tak naplĖuje svoji enkulturaþní funkci. Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve školním demonstraþním experimentu Chemický experiment je bezesporu jeden ze základních prostĜedkĤ poznávání, a tuto funkci plní zejména proto, že je pro poznávající subjekt zdrojem informací nezbytných pro aktivní percepci. Zvolský (1994) definuje percepci „jako proces organizace a interpretace senzorických dat a to na základČ jejich kombinací s výsledky pĜedchozích zkušeností“. ZdĤrazĖuje, že „nejde o statický dČj, ale o dČj aktivní, spojený s þinností seĜazovací, pozorovací, vyhodnocováním podnČtĤ z analyzátoru za pomoci pamČti“. ZmiĖovaný proces organizace a interpretace senzorických dat je vázán, jak je patrné z definice, na pĜedchozí zkušenosti a logicky také souvisí s množstvím informací, které senzorický prostor subjektu spoluvytváĜejí. Lze pĜedpokládat, že žák základní školy, který s pĜírodními vČdami a z nich zejména s chemií zaþíná, vnímá stejné situace jinak než pokroþilý student. VýbČr a vyhodnocování vnímaného souboru informací žákem nemĤže být v takovém pĜípadČ bezprostĜední, samovolné, ale je tĜeba jej cílenČ Ĝídit, pĜípadnČ regulovat. SamozĜejmostí pro takovéto Ĝízení je nenásilná a citlivá organizace percepþní þinnosti v prĤbČhu demonstraþních školních experimentĤ, protože v opaþném pĜípadČ zcela

89

paradoxnČ jejich efektivita klesá, a jak již bylo zmínČno, stávají se jen „planými“ efekty pro pobavení žákĤ nebo v ĜadČ pĜípadĤ jen uþitele. Kuliþ (1980) k této problematice uvádí soubor základních charakteristik podnČtĤ a jejich þasoprostorové vztahy, které mají být pĜedpokladem efektivního poznávání. Jsou to napĜ. síla (intenzita) podnČtu, nČkteré jeho kvalitativní vlastnosti (barva, vĤnČ, tvar, zabarvení hlasu) i jejich kombinace a vzájemný vztah – pĜedevším známé kategorie podobnosti a kontrastu. Úþinnost podnČtu souvisí také s jeho novostí a „zvláštností“, ale také závisí na motivaþním a citovém pĤsobení na žáka. V neposlední ĜadČ o úþinnosti podnČtových situací rozhoduje jejich þasoprostorové uspoĜádání, jejich organizace v prostoru a þase zvláštČ z hlediska možnosti dotyku, tj. souþasného, pĜípadnČ blízkého výskytu“ (Zvolský, 1994). PĜes obtížnou postižitelnost prĤbČhu percepþních procesĤ je známa celá Ĝada pravidel, která zefektivĖují poznávací þinnost žáka. Demonstraþní chemický experiment, považovaný za základní prostĜedek chemického (pĜírodovČdného) poznávání, za základní zdroj informací, je v souladu s výše uvádČnými poznatky na informace bezesporu bohatý. V zájmu efektivity percepþních procesĤ je tĜeba celý proces vnímání a interpretace experimentu Ĝídit, aby žák odlišil informace podstatné od nepodstatných a byl tak schopen objevovat principy zkoumaných dČjĤ, odrážejících se následnČ v praktické aplikaci poznaného. DostateþnČ propracovaná interpretace školního demonstraþního experimentu po stránce metodické spoþívá ve vymezení cíle experimentu, v realizaci pĜípravné fáze jak po stránce technické tak didaktické, ve vlastním provedení experimentu a ve vyvození pĜíslušných závČrĤ. S ohledem na Ĝízení percepþních procesĤ je však tĜeba, zejména v prĤbČhu vlastní interpretace experimentu, vymezit jeho tzv. informaþní centrum. Informaþním centrem rozumíme tu þást aparatury nebo senzorického prostoru poznávajícího subjektu, kde se odehrávají podstatné zmČny, nezbytné pro pochopení principĤ zkoumaného dČje. PĜímé vymezení informaþního centra provádíme zpravidla slovnČ, pĜípadnČ neverbální cestou (napĜ. ukázáním na urþitou þást aparatury), mĤžeme však s výhodou využít didaktickou techniku v souþasnosti zejména na bázi digitálních technologií. Tak získává provádČný demonstraþní experiment svoji další „virtuální“ složku ovlivĖující percepci žáka. Pomocí fokusace a dalších možností digitálních kamer, vizualizérĤ a další snímací a reprodukþní technologie je možné zprostĜedkované vymezení informaþního centra experimentu a také jeho alternace. Z hlediska pedagogické efektivity se však zdá vhodnČjší prvotní nepĜímé vymezování informaþního centra. To spoþívá ve výbČru návodných otázek, které vedou poznávající subjekt k samostatnému objevení a vymezení

90

centra informací. Vlastní proces takovéhoto vymezování popisovaného centra uskuteþĖujeme zpravidla v prĤbČhu pĜípravné fáze k realizaci experimentu, na nČjž potom navazuje v prĤbČhu experimentu buć pĜímé nebo technologiemi zprostĜedkované vymezení. Technologiemi zprostĜedkovaná percepce informací v prĤbČhu demonstraþních experimentĤ je stále þastČjší souþástí vybavení uþeben pĜírodovČdných pĜedmČtĤ moderní didaktickou technikou. „Z hlediska teorie informace lze prostĜedky výuky chápat jako množinu signálĤ, nesoucích zprávy o obsahu a cíli etapy uþení, aby bylo ovlivnČno žákovo rozhodování o výbČru a zpracování informací z tČchto zpráv“ (volnČ upraveno dle Kouba a kol., 1995). V souladu s uvedenou definicí je tĜeba se výraznČ zabývat kritérii pro nasazení didaktické techniky i v školním demonstraþním experimentu. Uþitel bez pĜíslušné didaktické techniky musel volit náhradní postupy, aby zabezpeþil „pĜenos zpráv o obsahu a cíli“ na dostateþné úrovni. TČmito postupy jsou napĜ. posílání pomĤcek po lavicích, obcházení tĜídy s výsledky experimentu, zvaní žákĤ k demonstraþnímu stolu apod. ýasto ovšem jde o aktivity narážející na bezpeþnost práce, na prĤkaznost výsledkĤ apod. Pro odstraĖování zastaralých a mnohdy neefektivních postupĤ vizualizace demonstraþního chemického experimentu byly vyvíjeny napĜ. rĤzné úpravy televizních okruhĤ (viz napĜ. Rychtera, Hladíková, 2004, Rychtera, 2003). Aktuálním Ĝešením je uzavĜený televizní okruh sestavený z dálkovČ ovládané kompaktní videokamery umístČné na otoþné hlavici (obr. 13), kterou lze snímat experimentální þinnost demonstrátora (uþitele nebo žáka) a souþasnČ ji promítat dataprojektorem s pĜíslušnými detaily, které za normálních okolností žák nemĤže pro jejich nepatrný rozmČr pozorovat. SouþasnČ je možné pĜiĜazením VCR þi DVD rekordéru tuto experimentální þinnost zaznamenávat a záznam využít pro pĜípadnou pozdČjší podrobnČjší analýzu experimentu. PĜes nesporná pozitiva byly pĜi ovČĜování þinnosti popisovaného zaĜízení identifikovány také nČkteré nedokonalosti, které omezují spektrum využitelnosti popisovaného zaĜízení. Jejich pĜíþiny souvisí zejména s technickými parametry používaného dataprojektoru. Jedná se pĜedevším o nevČrnou prezentaci barevných odstínĤ a o obtížnou rozlišitelnost detailĤ vybraných experimentĤ (napĜ. pevných produktĤ elektrolýzy na elektrodách), což jsou pro chemii výrazná pochybení. PĜes uvedené nedostatky jsou ale podobná zaĜízení i nadále testována, a tak se hledají cesty k zdokonalování pĜenosu informací.

91

Obr. 13 DálkovČ ovládaná kompaktní videokamera umístČná na otoþné hlavici jako souþást televizního okruhu

Kombinace reálného a virtuálního prostĜedí ve školním frontálním experimentu S respektováním aspektĤ tvorby poþítaþových simulací (þasto obsahujících také animaci modelovaného objektu), uvedených v kapitole 5.1, se jeví efektivními pro podporu reálného frontálního pĜírodovČdného/ chemického experimentu zvláštČ dvČ oblasti: 1. Poþítaþové simulace jako náhrady reálných experimentálních þinností – viz napĜ. obr. 14, kde je ukázka screenu ze simulace práce s galvanickým þlánkem. 2. Poþítaþové simulace jako prostĜedky ke zkoumání vlivu podmínek na prĤbČh pĜírodovČdných jevĤ a procesĤ (napĜ. chemických reakcí) – napĜ. tzv. fitování funkce. V obou pĜípadech mĤžeme ještČ navíc uvažovat virtuální prostĜedí (poþítaþovou simulaci ve vhodné kombinaci s animací modelovaného dČje) ve dvou organizaþních schématech ve vztahu k reálné þinnosti, þímž dostáváme þtyĜi možnosti aktivit: a) zaĜazení poþítaþové simulace pĜed reálnou experimentální þinnost jako její nácvik (trenažér experimentální þinnosti), b) zaĜazení poþítaþové simulace pĜed reálnou experimentální þinnost pro odhalení principu následnČ reálnČ uskuteþnČného dČje, c) zaĜazení poþítaþové simulace po reálné experimentální þinnosti jako její „procviþování“ (nastavování dalších podmínek s využitím zkušeností z reálné þinnosti), d) zaĜazení poþítaþové simulace po reálné experimentální þinnosti pro pochopení principu reálnČ uskuteþnČného dČje.

92

Obr. 14 Simulace galvanického þlánku na linku http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/electro Chem/voltaicCellEMF.html

Pro využití poþítaþových simulací jako prostĜedkĤ aktivní þinnosti žákĤ ve vztahu k reálnému prostĜedí byla formulována Ĝada pĜedností, které je možné shrnout napĜ. do následujících bodĤ – poþítaþové simulace: a) umožĖují rychlou zmČnou vstupních podmínek uskuteþnit v krátkém þase velký poþet experimentĤ, b) odstraĖují pomČrnČ velkou nestabilitu podmínek reálného experimentu, c) zabezpeþují úspČšnost „sledování“ prĤbČhu jevu se stoprocentní jistotou dosažení výsledku dle nastavených parametrĤ, d) dávají všem experimentátorĤm možnost vstupovat do prĤbČhu experimentu pomocí vlastní volby jeho podmínek, e) zabezpeþují okamžitou zpČtnou vazbu pĜi chybných krocích i správných reakcích v souvislosti se studovanou problematikou, f) napomáhají rychlému a objektivnímu zhodnocení pĜipravenosti na laboratorní þinnost, g) zamezují poškození experimentálního zaĜízení nebo úrazu, zpĤsobených neopatrnou nebo nesprávnou manipulací s ním, aj.

93

5.2.3 MČĜení z videozáznamu jako kombinace reálného a virtuálního prostĜedí Zajímavou možností jak propojit virtuální prostĜedí realizované videozáznamem reálného dČje s reálnou þinností v pĜírodovČdném vzdČlávání je tzv. videoanalýza. S její pomocí lze získat informace o zaznamenaném dČji napĜ. v podobČ grafického záznamu jeho reálného prĤbČhu ve zvolené souĜadnicové soustavČ nebo zobrazením þasových závislostí veliþin zjištČných jednak mČĜením a vypoþítaných zpracováním namČĜených dat pomocí pĜíslušného software. Uvedený pĜístup je znám zejména z fyzikálního vzdČlávání, když jsou nejþastČji tímto zpĤsobem zjišĢovány zmČny kinematických veliþin, napĜ. polohy, rychlosti a zrychlení. Jak uvádí Lepil (2010), možnosti videoanalýzy podtrhuje ve školské praxi také skuteþnost, že obrazové záznamy pro analýzy lze pomČrnČ snadno získat nejen pomocí videokamery, ale že k tomu v souþasné dobČ postaþuje i bČžný digitální fotoaparát. ěadu použitelných videozáznamĤ lze také nalézt v rozšiĜujících se videoknihovnách na Internetu, napĜ. YouTube apod. Dostupné jsou zejména záznamy pohybĤ v reálných prostĜedích, napĜ. z oblasti sportu (pohyb míþe pĜi kopané, házené, tenisu, pohyb atleta pĜi bČhu nebo skoku apod.), pohyby dopravních prostĜedkĤ, „crash“ testy aj. (Lepil, 2010). Nabízí se také zkoumání pohybĤ pĜi experimentech realizovaných ve školní laboratoĜi. Lepil (2004) uvádí jako pĜíklad experiment s pružinovým oscilátorem, jehož pohyb byl zaznamenán digitální fotoaparátem. Jak již bylo zmínČno, k vyhodnocování dat z videozáznamu se mohou používat rĤzné programy, z nichž Ĝada je i volnČ dostupná na Internetu (napĜ. EasyVid 1.5a (2010), VidAnToo (2010), Viana 3.64 (2010) nebo nástroj Data Video v poþítaþovém mČĜícím systému IP-Coach (Lepil, 2010). U vČtšiny dostupných programĤ je analýza videozáznamu provádČna ruþnČ tak, že napĜ. žák pomocí kurzoru ovládaného myší na každém snímku videosekvence zaznamená kliknutím polohu sledovaného objektu. PĜitom se hodnoty souĜadnic objektu ukládají do pamČti poþítaþe, popĜ. se hned zapisují do tabulky a záznam se posune o jeden snímek. Program pak vyhodnotí získaná data a zobrazí buć graf závislosti v souĜadném systému x/y nebo zmČny polohy, rychlosti a zrychlení objektu jako funkce þasu (þasové diagramy). NČkterý software (napĜ. Viana 3.64) umožĖuje i automatickou videoanalýzu pohybu objektu. K tomu je ale nutné splnit dvČ podmínky. Pohybující se objekt musí být upraven tak, aby buć celý objekt (napĜ. kuliþka, míþek apod.), nebo jeho þást barevnČ kontrastovala s okolím. V

94

pĜípadČ pružinového oscilátoru (Lepil, 2004) byla tato podmínka splnČna tím, že jako závaží byl použit ocelový váleþek, na který byl nalepen pruh þerveného papíru. Pro kvantitativní analýzu je potom tĜeba umístit do obrazu objekt, jehož rozmČry jsou známy. V uvedeném pĜípadČ byl použit proužek barevného papíru délky 0,1 m, který byl nalepen na stativ se závČsem oscilátoru (viz obr. 15).

Obr. 15 Z videonalýzy záznamu experimentu s pružinovým oscilátorem (Lepil, 2010)

Videozáznamy experimentĤ lze také použít k analýzám bez použití softwarového zpracování obrazu, napĜ. kombinace s mČĜením þasu prĤbČhu snímaných jevĤ, s identifikací barevných zmČn a jejich intenzity apod.

Obr. 16 MČĜení þasu pĜi vizkozimetrii (videozáznamy rĤzných viskózních kapalin)

95

5.2.4 Mobilní elektronická zaĜízení a školní pĜírodovČdný experiment Prudký rozvoj technologií postupnČ ovlivĖuje i technologické zabezpeþení vyuþovacího procesu. Vývoj poþítaþových technologií a zejména tČch, které jsou závislé na internetu, se vyznaþuje miniaturizací elektronických zaĜízení, které se také postupnČ zaþínají prosazovat ve školství. Jde o tzv. mobilní technologie, napĜ. mobilní telefony, mpeg4 pĜehrávaþe, netbooky nebo kapesní – PDA pĜenosné osobní digitální asistenty, které jsou uživatelsky pĜíjemné a skladné a ve srovnání s osobními poþítaþi také neuvČĜitelnČ výkonné. NapĜ. Palmtop (obr. 17) je malý pĜenosný osobní poþítaþ, menší než notebook, snadno pĜenositelný v kapse nebo v jedné ruce, jehož využitelnost pĜi pĜírodovČdné experimentální þinnosti pĜedstavuje velkou šíĜi od pĜipojení k internetovým databázím, pĜes zabezpeþení záznamĤ a jejich interpretaþní porovnávání až po pĜipojení k experimentu prostĜednictvím rĤzných senzorĤ (Wolski, Jagodzinski, 2009).

Obr. 17 Použití Palmtopu jako multimediální databáze chemických pokusĤ s definicemi vlastností použitých látek (Wolski, Jagodzinski, 2009)

Pro konkrétní využití kapesního poþítaþe ve školní laboratoĜi mĤžeme uvažovat Ĝadu dalších funkcí (viz obr. 18), jako je þtení e-textĤ, ukládání a prohlížení fotografií, editace textu, záznam zvuku, pĜehrávání zvukových souborĤ, sledování videozáznamĤ, prohledávání internetu, prohlížení webových stránek, komunikace pĜes Skype, e-mail, pĜehrávání

96

souborĤ ve formátu Flash, diáĜ, kalkulaþka atd. (Kukulska-Hulme, Traxler, 2005).

Obr. 18 Možné funkce mobilních zaĜízení ve školní praxi (Kukulska-Hulme, Traxler, 2005)

Pro pĜíklad si mĤžeme uvést zkušenosti z Univerzity Adama Mickiewicze v Poznani, kde byl na KatedĜe didaktiky chemie Chemické fakulty pĜipraven soubor videozáznamĤ vybraných chemických experimentĤ, upravených pro využití kapesních poþítaþĤ pĜímo v chemické laboratoĜi. Soubor videozáznamĤ pro kapesní poþítaþ Palmtop byl vytvoĜen ve filmovém studiu univerzity a po jejich následné digitalizaci a kompresi pomocí PocketDivXEncoder uložen na pamČĢovou kartu SD. Pro pĜehrávaní videozáznamĤ byl použit sofware Core Pocket Media Player (TCPMP). Videozáznamy byly studenty používány v prĤbČhu laboratorních prací vþetnČ návodĤ pro cviþení v elektronické formČ, kdy se mohli s jejich pomocí jednak pĜipravit na provedení experimentu a také konfrontovat zvolený postup v jeho prĤbČhu. Z výsledkĤ dotazníkového šetĜení mezi studenty i vedoucími laboratorních cviþení byl zaznamenán výrazný zájem o tuto podporu

97

experimentální þinnosti. Nebyly registrovány ani žádné výhrady k velikosti prezentovaného obrazu na miniaturním monitoru Palmtopu, k jeho intuitivnímu ovládání apod. Respondenti oceĖovali zejména úsporu þasu a tedy možnost provedení vČtšího poþtu experimentĤ, možnost srovnání výsledkĤ, operativního nalezení vzorového postupu aj. Další oblastí pro využití mobilních technologií ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je také prohlížení podcastĤ z jejich shromaždišĢ na Internetu (napĜ. Rusek, 2011, Miranowicz, Miranowicz, 2009). Vlivem využití mobilních technologií v reklamČ se rozvíjí také technologie tzv. QR (Quick Response – rychlá odpovČć) kódĤ, kdy jde o dvourozmČrné þárové kódy, které po vyfocení a zpracování pĜíslušnou aplikací uživateli zobrazí pĜímo stránku produktu þi instituce na Internetu. Rusek (2011) prezentuje nČkolik aplikací využitelných pomocí mobilních technologií ve výuce chemie, napĜ. ChemJuice z roku 2009, která umožĖuje žákĤm kreslení chemických vzorcĤ, Perfect Chemistry Lite (Ranvic Labs, 2010), která obsahuje tĜi typy úkolĤ: doplĖování stechiometrických koeficientĤ, úkoly Ĝešené pomocí interaktivní periodické tabulky a úkoly Ĝešené pomocí pĜehledu nejþastČji se vyskytujících slouþenin a jejich vzorcĤ, hry MahjongChem (Statson University, 2011), která je založená na principu známé deskové hry Mahjong nebo Painless Chemistry Challenge (Barron’s Educational Series, 2011).

Obr. 19 PĜíklady aplikací pro využití mobilních technologií ve výuce chemie – ChemJuice a Mahjong (Rusek, 2011)

98

Mezi podobné aplikace patĜí i e-knihy, prohlížené na speciálních þteþkách, které nabízejí multimediální prvky. PĜíkladem mĤže být aplikace dostupná na iTunes nazvaná The Elements: A Visual Exploration (Elements Collection, 2010), která nabízí pĜístup k videím, 3D obrázkĤm a zajímavým fotografiím. Jde o pĜíklad aplikace upravené i pro využití v iPadech i iPhonech (Moran in Rusek, 2011). 5.2.5 Smíšená realita (Augmented Reality) a virtuální realita (Virtual Reality) v pĜírodovČdných experimentálních þinnostech BezprostĜední kombinace virtuálního prostĜedí na pozadí senzomotorické aktivity experimentujícího bývá oznaþována jako smíšená nebo rozšíĜená realita þi virtualita („augmented reality“ nebo „augmented virtuality“). Milgram a Kishino (1994) proto rozlišují v kontinuálním pĜechodu mezi reálným a virtuálním prostĜedím celkem þtyĜi kombinace (viz schéma na obr. 20). PĜi pohybu zleva doprava stoupá množství virtuálních prezentací a tak postupnČ klesá spojení uživatele s realitou.

Obr. 20 Milgramovo schéma reálnČ-virtuálního kontinua (Milgram, Kishino, 1994)

Koncepce smíšené reality (augmented reality, dále AR) je vytvoĜena pomocí poþítaþového monitoru, který ovlivĖuje rĤzné smysly uživatelĤ a obsahuje další informace pro senzomotorickou þinnost, která paralelnČ s prezentací digitálních obrazĤ probíhá. Pro lepší pĜedstavu je urþitým pĜíkladem AR i pĜedpovČć poþasí moderovaná živým redaktorem ve studiu s digitální prezentací souvisejících obrazĤ. Moderátor tak prochází virtuální krajinou, prezentuje informace, ovlivĖuje svým pohybem prezentaci obrazĤ na pozadí studia apod. VČtšina aplikací z oblasti AR se podobnČ jako v uvedeném pĜíkladu zamČĜuje na vytvoĜení vizuální konstrukce, kdy je do reálného prostĜedí vložen obraz nebo text a tak je upraveno snímané pole výhledu uživatele. Vizuální informace mĤže být dále ovlivĖována dalšími smysly, tedy zejména auditivními nebo taktilními signály. AR systémy tak mohou reagovat na pozici hlavy, ruky nebo jiné þásti tČla uživatele a korigovat orientaci virtuálního obrazu v uživatelském zorném poli.

99

Používají se zde také nČkteré technologie virtuální reality (VR), zejména rĤzné druhy senzorĤ, ale rozdíl systémĤ VR od AR je principiální, AR má svoji reálnou složku, zatímco VR je založena na umČlé produkci celého vnímaného prostĜedí. Existují tĜi hlavní metody pro zobrazení reality kombinované s virtuální prezentací: x Head Mounted Displays (hlavové displeje) – prĤhledné monitory nebo minimonitory zabudované v pĜílbách nebo brýlích pozorovatele, které umožĖují registrovat jak reálné pozadí, tak prezentované doplĖující virtuální obrazy; x Handheld Displays (ruþní displeje) – malé poþítaþe s displejem, které fokusují na reálné prostĜedí pomocí ruþního ovládání; x Spatial Displays (prostorové displeje) – zaĜízení využívající digitální projektory k zobrazování grafických informací do reálného prostoru. Jednotlivé typy prĤhledných „monitorĤ“ jsou v AR technologiích doplĖovány systémem miniaturních senzorĤ a videokamer, které monitorují þinnost uživatele a pĜipravují mu prostĜednictvím vyhodnocení informací jak z reálného tak z virtuálního svČta další nabídku. ZjednodušenČ Ĝeþeno, systémy AR pĜedstavují "vyþnívající" nebo „vþleĖující“ digitální objekty jako jsou text, obrazy pĜedmČtĤ i prostĜedí a prvky jejich animací do reálného prostĜedí kolem uživatele. AR sice není absolutnČ nová technologie, ale její potenciál v oblasti vzdČlávání se teprve zaþíná zkoumat. Na rozdíl od jiných elektronických technologií nabízí AR neostré rozhraní pĜi interakci mezi skuteþným a virtuálním svČtem, což mĤže být do budoucna velmi významné z hlediska konstrukce e-learningových prostĜedí zejména v oblasti pĜírodovČdného a technického vzdČlávání. Zájem o tyto technologie tak zaþíná vzrĤstat, o þemž svČdþí Ĝada projektĤ, Ĝešených v posledních pČti letech. Jejich pĜehled je možné nalézt napĜ. v pracích Lamanauskase (2009) – viz tabulka VI. Dalším perspektivním smČrem tvoĜícím pravý pól Milgramova schématu (viz obr. 20) pĜímo navazujícím na technologie virtuálních a vzdálených laboratoĜí je edukaþní využití již výše zmínČné virtuální reality. V souþasnosti už mĤžeme nalézt její využití v oblasti poþítaþových her a ve filmovém prĤmyslu. Prvé vlaštovky se už také objevují v technické praxi a také v oblasti vzdČlávání. VČtšímu rozšíĜení zatím samozĜejmČ brání vysoká cena technologie, problémy pĜi tvorbČ vhodných 3D modelĤ a také problémy s potĜebnou technickou podporou. Známé jsou už edukaþní aplikace z armádního vzdČlávání – pĜíprava pilotĤ a obsluhy rĤzných typĤ vojenské techniky (letové a na další techniku zamČĜené simulátory ve virtuální realitČ), aplikace ve zdravotnictví, dopravy a stavebnictví.

100

Tab. VI Projekty zamČĜené na technologie smíšené reality/virtuality (Augmented Reality/ Virtuality Technology (ART) (Lamanauskas, 2009)

Název Augmented Reality Simulations at MIT The Envision Center, Purdue University Transparent Reality Simulation Engine VEMDis™ (Virtually Enhanced Museum Display)

Website http://education.mit.edu/drupal/ar

Virtual Lab at McHenry County College

http://www.insidemcc.mchenry.edu/PD/Tutorials/virt uallab2.pdf

Augmented Reality in School Environments (ARiSE) Studierstube augmented reality project (Augmented Reality for Collaborative and Ubiquitous Computing) Tinmith project (mobile outdoor augmented reality) MARS - Mobile Augmented Reality Systems ARQuake project iTacitus - Intelligent Tourism and Cultural Information through Ubiquitous Services Augmented Reality Kitchen ARchitecture and authoring Tools prototype for Living Images and new Video Experiments

http://www.arise-project.org

http://www.envision.purdue.edu/RPsystem.html http://vam.anest.ufl.edu/simulations/simulationportfo lio.php http://www.epsrc.ac.uk/Content/Documents/Business PlanCompetition/VEMDis.htm

http://studierstube.icg.tu-graz.ac.at/

http://www.tinmith.net/ http://graphics.cs.columbia.edu/projects/mars/mars.ht ml http://wearables.unisa.edu.au/arquake/ http://www.itacitus.org/

http://web.media.mit.edu/~jackylee/kitchen.htm http://www.tele.ucl.ac.be/PROJECTS/art.live/home.h tml

101

Obr. 21 PĜíklady aplikací prototypĤ AR v pĜírodovČdném vzdČlávání

Obr. 22 ProstĜedky k realizaci virtuální reality: hlavové displeje a datové rukavice

102

6 Z výsledkĤ zkoumání variací reálného a virtuálního prostĜedí v školních pĜírodovČdných experimentálních þinnostech KromČ konstatování obtížnČ zastupitelné role reálného experimentu v pĜírodovČdném poznávání musíme stále více uvažovat i takové reálné životní prostĜedí, které pĜed nás staví stále více prvkĤ virtuálních. Takové prvky pocházejí z tzv. virtuálního prostĜedí, což je pojem spojovaný s komunikací prostĜednictvím poþítaþových technologií, s komunikací simulovanou (simulated), zprostĜedkovanou (remoted) nebo rozšíĜenou (extended). Virtuální komunikace tak bývá definovaná jako moderní technologický fenomén, prostĜednictvím nČhož se realizuje pĜenos informací, komunikace a další aktivity zprostĜedkované novými informaþními technologiemi, pĜi nichž obsahy, zámČry þi úþastníci nemusí reálnČ existovat, mohou být zkreslené, nahrazené nebo umČle vytvoĜené, a to zámČrnČ nebo nezámČrnČ. V oblasti pĜírodovČdného poznávání se ukazuje, že dČti i dospČlí jsou znaþnČ motivováni experimentováním, objevováním a vlastním chápáním se vČcí. Má-li školní experiment splnit svĤj úþel, musí být volen tak, aby byl názorný, pĜimČĜený vČku uþících se a byl proveden s dalšími požadavky na pĜehlednost, jednoduchost, dobrou viditelnost a respektování zásad bezpeþnosti práce. MĤže tyto požadavky splĖovat i experiment virtuální (poþítaþem simulovaný nebo zprostĜedkovaný)? Jak jsme se snažili zdĤvodnit v pĜedcházejících kapitolách této monografie, nemohou být v aplikacích ICT ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ opomíjeny metodologické aspekty. Nelze pĜipustit, aby nebylo v popĜedí zájmu pozorování, mČĜení a experimentování z empirických a pĜedevším modelování z teoretických metod pĜírodovČdného poznávání. V této souvislosti jsou stále více skloĖovány pojmy virtuální a vzdálené laboratoĜe nebo vzdálená mČĜení (virtual laboratory, remote laboratory, remote sensing) a mohly by se stát významným pĜíspČvkem ne pĜíliš dobrého stavu realizace experimentálních þinností žákĤ na našich školách. Vzdálená a virtuální laboratoĜ jako výukový koncept mĤže plnit následující role: x prostĜedí podporující experimentální (nebo „experimentální“ jinak Ĝeþeno „virtuální“) aktivity s využíváním poþítaþe jako mČĜícího systému, x prostĜedí podporující modelování objektĤ a jevĤ a práci s modely,

103

x prostĜedí obsahující vzorky datových souborĤ z experimentĤ provedených za rĤzných podmínek a na rĤzných místech, x prostĜedí obsahující data z výzkumných center, monitorovacích stanic aj. Jak tedy odpovČdČt na výše položenou otázku týkající se relevance aplikací virtuálního prostĜedí do výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ? V následujících þástech se o odpovČdi snažíme na základČ nČkolika výzkumných šetĜení uskuteþnČných v rámci Ĝešení výzkumného projektu, za jehož podpory vznikal i tento text. K doplnČní a porovnání našich výsledkĤ pĜinášíme také informace a závČry z výzkumĤ, které v souþasné dobČ probČhly nebo probíhají na nČkterých pracovištích podobného zamČĜení. 6.1 Efektivita využívání virtuálního prostĜedí ve výuce chemie jako všeobecnČ vzdČlávacího pĜedmČtu – mČĜení pH Jako virtuální mČĜicí pĜístroje bývají uvažována všechna poþítaþem realizovaná nebo podporovaná mČĜení rĤzných veliþin. V chemii jde zejména o veliþiny fyzikální a fyzikálnČ-chemické. V principu je možné virtuální mČĜicí pĜístroje rozdČlit na dvČ základní skupiny, a to: a) na virtuální pĜístroje, kdy poþítaþ vygeneruje prostĜedí k mČĜení na monitoru a data jsou získávána z reálného prostĜedí pomocí vlastních mČĜidel nebo þidel a analogovČ-digitálních pĜevodníkĤ poskytujících poþítaþi upravený signál pro jeho zpracování, b) na virtuální pĜístroje, kdy poþítaþ generuje nejen prostĜedí pro mČĜení na monitoru, ale prostĜednictvím matematických nebo formálnČ-logických modelĤ generuje (modeluje) i pĜíslušný signál, tedy hodnoty mČĜené veliþiny. V jednom z našich výzkumných šetĜení jsme se zamČĜili na druhý pĜípad tzv. virtuálních mČĜicích pĜístrojĤ, tedy na poþítaþové simulace práce s mČĜicími pĜístroji. Jako pĜíklad jsme vybrali ze stále se rozšiĜující nabídky softwarových produktĤ zamČĜených na virtuální mČĜení pro všeobecné chemické vzdČlávání z portálu T. Greenbowea simulaci práce s pH-metrem (Greenbowe, 2009). Veliþina pH se ve všeobecném chemickém vzdČlávání v tématu „Kyselost a zásaditost roztokĤ“ používá, ale pravdČpodobnČ vČtšina základních i stĜedních škol mĤže jen tČžko zabezpeþit dostatek pH-metrĤ. Proto je možné využít simulované mČĜení s virtuálním pH-metrem pĜímo na tČchto webových stránkách. Dají se mČĜit hodnoty pH vybraných kyselin, bází, solí a neznámých vzorkĤ. Úloha se dá postavit i tak, že žáci porovnávají výsledky „mČĜení“ pomocí simulovaného

104

pH-metru s reálným mČĜením pomocí univerzálního pH papírku, urþováním pH neznámých vzorkĤ apod. V první fázi Ĝešení projektu v lednu a v únoru 2010 jsme uskuteþnili pilotní šetĜení u žákĤ 9. roþníku základní školy (výuku tématu Kyselost a zásaditost vodných roztokĤ absolvovali v druhém pololetí 8. roþníku) pĜi realizaci laboratorní úlohy zamČĜené na mČĜení pH s podporou reálného a virtuálního (simulovaného) mČĜicího pĜístroje. Pro zkoumání byl využit již zmínČný virtuální pHmetr (obr. 23) a ruþní pH-metr (obr. 24) v reálném uspoĜádání na laboratorním stole. Byly vytvoĜeny dva co nejvíce identické scénáĜe laboratorních cviþení s reálným a virtuálním pH-metrem Ĝízených pomocí pracovních listĤ (viz pĜíloha 10.1) s tĜemi úrovnČmi úkolĤ: x jednoduché mČĜení pĜipravených vzorkĤ pH tĜí vodných roztokĤ vybraných chemických látek, x odpovČdi na problémové otázky a následné ovČĜení jejich správnosti pomocí mČĜení týkající se zmČn v parametrech mČĜených látek, x otevĜená otázka na další souvislosti mČĜení pH a kyselosti a zásaditosti vodných roztokĤ chemických látek. ObČ varianty laboratorního cviþení jsme v pilotním šetĜení uskuteþnili na jedné základní škole, ve které jsme využili dvČ skupiny (tĜídy) žákĤ a metodu pedagogického experimentu s kĜížovým vyrovnáním skupin. Vzhledem k tomu, že skupina žákĤ oznaþená jako B vykazovala slabší prospČch z chemie a dle názoru jejich vyuþujících i menší motivaci pro její výuku, zvolili jsme ji jako první pro provedení virtuálního experimentu, na nČjž navázal experiment reálný. Žáci skupiny A, hodnocení jako prospČchovČ lepší skupina, provádČli laboratorní cviþení reálné jako první a po nČm cviþení s virtuálním mČĜením. Rozdíl v nabytých vČdomostech o kyselosti a zásaditosti vodných roztokĤ po absolvování obou variant laboratorního cviþení, zjišĢovaný didaktickým testem, byl jen malý, statisticky nevýznamný. Jednou z pĜíþin tohoto výsledku tedy mĤže být i vhodná volba kombinace obou prostĜedí laboratorního cviþení. Ale z pozorování pĜi laboratorním cviþení jsme zjistili, že reálné mČĜení pH pomocí reálného pH-metru vede žáky k výraznČjší vazbČ na látky kolem nás a žáci více spojují chemii s bČžným životem. U virtuálního mČĜení tomu tak vČtšinou nebylo, nabídka látek k mČĜení byla pĜesnČ daná a veškerou svoji þinnost z velké þásti žáci striktnČ ohraniþovali poþítaþovým prostĜedím. Po absolvování obou variant laboratorních prací žáci také vyjadĜovali v dotazníku své názory na práci v reálném a ve virtuálním prostĜedí. Podle zjištČných výsledkĤ z dotazníku (rozdČlení na 2 skupiny: výraznČ preferující reálné mČĜení a ostatní) a jejich korelací s výsledky v didaktickém testu vyplývá, že skupina žákĤ výraznČ

105

preferujících reálné mČĜení mČla statisticky významnČ lepší výsledky v didaktickém testu.

Obr. 23 Práce s virtuálním pH-metrem z Webu T. Greenbowa (2009)

Obr. 24 Práce s ruþním pH-metrem

Na základČ pilotního šetĜení byly upraveny jak didaktický test do formy pretestu (viz pĜíloha 10.2) a posttestu (viz pĜíloha 10.3) tak dotazník (viz pĜíloha 10.4) a v þervnu 2010 bylo uskuteþnČno hlavní výzkumné šetĜení na þtyĜech základních školách Královéhradeckého a Ústeckého kraje (po absolvování tématu Kyselost a zásaditost vodných roztokĤ). Celkem se výzkumu úþastnilo 215 žákĤ 8. roþníkĤ ZŠ, kteĜí byli losováním vždy rozdČleni do dvou skupin. Skupina „Reál“ (celkem 104 žákĤ) zaþínala laboratorní prací s ruþním pH-metrem a po ní absolvovala i laboratorní práci s poþítaþovou simulací pH-metru, skupina „Virtuál“ (celkem 111 žákĤ) pracovala v opaþném poĜadí. Výzkum probíhal podle následujícího plánu:

106

I. Pretest x administrovaný bezprostĜednČ pĜed prvním laboratorním cviþením. II. První laboratorní cviþení x rozdČlení žákĤ do dvou skupin rozlosováním, x skupina „Reál“ provádČla laboratorní cviþení s využitím pracovního listu v reálném prostĜedí, druhá skupina „Virtuál“ provádČla laboratorní cviþení s využitím pracovního listu ve virtuálním prostĜedí, x laboratorní cviþení se uskuteþnila paralelnČ v rámci jedné vyuþovací hodiny (45 min). III. Postest x administrování testu v intervalu „nejdĜíve následující den a nejpozdČji do týdne“ po prvním laboratorním cviþení. IV. Druhé laboratorní cviþení x skupina „Reál“ pracovala ve virtuálním prostĜedí a skupina „Virtuál“ v reálném prostĜedí, x provedení v þasovém intervalu „ne dĜíve než 1 týden a ne pozdČji než 2 týdny“ po prvním laboratorním cviþení. V. Dotazník zjišĢování preferencí žákĤ x administrování dotazníku v þasovém intervalu „nejdĜíve následující den a nejpozdČji do jednoho týdne“ po druhém laboratorním cviþení. Na základČ výše uvedených výzkumných otázek, tedy zda se bude lišit úroveĖ osvojených vČdomostí po provedených laboratorních cviþení u obou skupin (Reál a Virtuál) a zda prvotní volba prostĜedí ovlivĖuje žákovské preference pro jedno z nich, byly pro uvedený výzkum formulovány následující hypotézy: 1) ÚroveĖ osvojení vČdomostí žákĤ z oblasti kyselosti a zásaditosti vodných roztokĤ provádČjících identické laboratorní cviþení v reálném a virtuálním prostĜedí bude statisticky významnČ vyšší po jejich þinnosti v reálném prostĜedí než v prostĜedí virtuálním. 2) Volba prostĜedí pro první provedení identických laboratorních cviþení statisticky významnČ ovlivĖuje preferenci žákĤ pro reálné nebo virtuální experimentální mČĜení. Vlastní výzkumné šetĜení bylo vždy zahájeno pretestem („Vstupní test – pH“ – viz pĜíloha 10.2), následovala první laboratorní úloha pro skupiny „Reál“ a „Virtuál“, po které byl administrován posttest („Co už vím o pH a jeho mČĜení“ – viz pĜíloha 10.3).

107

Ze statistické analýzy získaných dat (hrubé skóry pretestĤ a posttestĤ) plynou následující výsledky: x žádný ze souborĤ výsledkĤ žákĤ v pretestu a v posttestu nemČl normální rozdČlení na hladinČ významnosti Į = 0,05 a proto bylo nutné použít pro další analýzu neparametrické metody statistické analýzy dat, x pĜi porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v pretestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“) na hladinČ významnosti Į = 0,05 nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl mezi obČma komparovanými soubory, analýzy byly provedeny pomocí testu Mann-Whitney pro komparaci mediánĤ dvou nezávislých výbČrĤ dat (W = –567,5; P = 0,143) a pomocí testu Kolmogorov-Smirnov, který testuje pravdČpodobnost, že dva nezávislé výbČry pocházejí z téhož rozdČlení (DN = 0,1956; P = 0,051). D.f. 1 0,9

pretest reál pretest virtuál

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Obr. 25 Porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v pretestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“)

x pĜi porovnání výsledkĤ – mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v posttestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“) na hladinČ významnosti Į = 0,05 nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl mezi obČma komparovanými soubory, analýzy byly provedeny pomocí testu Mann-Whitney pro komparaci mediánĤ dvou nezávislých výbČrĤ dat (W = –367; P = 0,304) a pomocí testu Kolmogorov-Smirnov, který testuje pravdČpodobnost, že dva nezávislé výbČry pocházejí z téhož rozdČlení (DN = 0,185; P = 0,088)

108

D.f. 1 0,9

posttest reál posttest virtuál

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Obr. 26 Porovnání výsledkĤ - mediánĤ bodového hodnocení dosaženého v posttestu u obou skupin žákĤ („Reál“ a „Virtuál“)

x pĜi analýze progresu u obou skupin nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl mezi výsledky v pretestu a postestu obou skupin žákĤ (výsledky testu Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ výsledkĤ pretestu a posttestu u skupiny žákĤ pracujících s reálným experimentem: W = 261; P = 0,507. Výsledky testu Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ výsledkĤ pretestu a posttestu u skupiny žákĤ pracujících s virtuálním experimentem: W = 347,5; P = 0,323. Výsledky testu Kolmogorov-Smirnov porovnávajícího rozdČlení dat výsledkĤ pretestu a posttestu u skupiny žákĤ pracujících s reálným experimentem: DN = 0,1515; P = 0,214. Výsledky testu Kolmogorov-Smirnov porovnávajícího rozdČlení dat výsledkĤ pretestu a posttestu u skupiny žákĤ pracujících s virtuálním experimentem: DN = 0,194; P = 0,066). Jak ukázala podrobná statistická analýza výsledkĤ pretestĤ a postestĤ, nebyly zaznamenány žádné zmČny a rozdíly v úrovni osvojených vČdomostí u skupin žákĤ provádČjících laboratorní cviþení s reálným nebo simulovaným (virtuálním) pH-metrem (Bílek et al., 2010). Hypotéza þ. 1 tedy nebyla v daném výzkumném vzorku a na dané hladinČ významnosti potvrzena. Dalším pokusem v rámci vstupního testu byla snaha o identifikaci prekonceptĤ žákĤ z oblasti kyselosti a zásaditosti formulací položek þ. 7 a 8. Zde ukázala statistická analýza vyrovnanost obou skupin žákĤ, což bylo dobrým východiskem pro další interpretace dat. Dílþí výsledky ve prospČch formulované hyptézy þ. 1 pĜinesla analýza jednotlivých položek pretestu a postestu:

109

x u položek þ. 1 a þ. 2 (urþování rozmezí hodnot pH kyselých a zásaditých látek) byl detekován pozitivní nárĤst úrovnČ osvojení vČdomostí u žákĤ, kteĜí pracovali v reálném laboratorním prostĜedí na rozdíl od žákĤ, pracujících ve virtuálním prostĜedí, kde žádný rozdíl zaznamenán nebyl, x vyhodnocení položky þ. 3 brání statisticky významný rozdíl v úrovni osvojení vČdomostí žákĤ v pretestu o možnostech mČĜení pH ve prospČch skupiny „Reál“ (pĜesto, že skupiny byly rozdČleny losem), x v položce þ. 4 (acidobazické indikátory) byl opČt zaznamenán posun v úrovni osvojení vČdomostí u žákĤ po provedení laboratorní úlohy v reálném prostĜedí, x u položek þ. 5 a þ. 6 vČnujících se urþování odštČpování pĜíslušných iontĤ ve vodném prostĜedí je zajímavý pouze jeden zaznamenaný statisticky významný pozitivní posun v úrovni osvojených vČdomostí žákĤ skupiny „Virtuál“. Další analýzou bylo hledání souvislostí mezi výsledky žákĤ v didaktických testech a v dotaznících jejich postojĤ k práci v reálném a virtuálním prostĜedí. Dotazník „Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?“ byl administrován všem žákĤm po provedení druhého laboratorního cviþení tak, aby mČli zkušenosti s identickou laboratorní prací v obou prostĜedích. Z provedené korelaþní analýzy plynou následující závČry: x žádný ze souborĤ výsledkĤ dotazníkĤ nemČl normální rozdČlení na hladinČ významnosti Į = 0,05 a proto bylo nutné použít pro další analýzu neparametrické metody statistické analýzy dat, x pĜi porovnání preferencí reálných mČĜení skupiny „Reál“ (zaþínající v reálném prostĜedí) se skupinou „Virtuál“ (zaþínající ve virtuálním prostĜedí) byl zjištČn statisticky významný rozdíl ve prospČch skupiny „Reál“ (Výsledky testu Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ výsledkĤ obou skupin: W = –1019,5; P = 8,83· 10-3.), x pĜi porovnání preferencí virtuálních mČĜení skupiny „Reál“ (zaþínající v reálném prostĜedí) se skupinou „Virtuál“ (zaþínající ve virtuálním prostĜedí) nebyl zjištČn statisticky významný rozdíl ve prospČch skupiny „Reál“ (Výsledky testu Mann-Whitney pĜi porovnání mediánĤ výsledkĤ obou skupin: W = 218,5; P = 0,575). x na rozdíl od žákĤ zaþínajích reálným mČĜením, kteĜí ve volbČ prostĜedí statisticky významnČ ani jedno nepreferují, žáci zaþínající virtuálním mČĜením, toto mČĜení statisticky významČ preferují pĜed mČĜením reálným.

110

Z tČchto provedených analýz je zĜejmé, že prvotní volba prostĜedí významnČ ovlivĖuje preference žákĤ, což je významným výsledkem našeho zkoumání interakcí reálného a virtuálního prostĜedí a dĤležitým poznatkem pro tvorbu scénáĜĤ experimentálních þinností ve vyuþovacím procesu. Hypotéza þ. 2 tedy byla potvrzena. Na základČ výsledkĤ pilotního šetĜení nás ještČ zajímaly v hlavním výzkumu výsledky žákĤ v posttetu ve vazbČ na jejich preferenci mČĜícího prostĜedí. V pilotním výzkumu se ukazoval fakt, že skupina žákĤ výraznČ preferujících reálné mČĜení má statisticky významnČ lepší výsledky v didaktickém testu, což se ale v hlavním výzkumném šetĜení ale neprojevilo. Poslední analýzou, která byla v provedeném výzkumu pĜedmČtem našeho zájmu, byla analýza výsledkĤ Ĝešení pracovních listĤ. Zde byly formulovány následující pracovní hypotézy (modifikace po provedeném pilotním ovČĜování): 1. Ve výsledcích žákĤ pĜi mČĜení pH pĜedložených roztokĤ chemických látek s reálným a simulovaným pHmetrem nebudou statisticky významné rozdíly. 2. V odpovČdích žákĤ na problémové otázky týkající se mČĜení pH roztokĤ konkrétních chemických látek pomocí reálného a virtuálního pHmetru budou statisticky významné rozdíly ve prospČch lepších výsledkĤ žákĤ pracujících ve virtuálním prostĜedí. 3. Návrhy žákĤ na další mČĜení pH a jeho souvislosti budou þetnČjší a pestĜejší ve smyslu vČtšího poþtu návrhĤ a vČtší frekvence dotazĤ na uþitele v pĜípadČ reálného prostĜedí než v pĜípadČ virtuálního prostĜedí. Z této analýzy vyplynuly v souladu s již výše prezentovanými výsledky jen dílþí statisticky nevýznamné výsledky pro rozdíly v obou skupinách žákĤ, a ani jedna z formulovaných hypotéz potvrzena nebyla. Jak bylo v pĜedcházejícím textu naznaþeno, mohou být poþítaþ i další informaþní technologie využity jako výhodné pomocné prostĜedky akcentování metodologických aspektĤ výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Jde zvláštČ o podporu realizace experimentu nebo modelování, podporu Ĝízení tvorby empirických nebo teoretických hypotéz a podporu formulování empirického nebo teoretického poznatku. Cílem využívání ICT je tak optimalizace podmínek vzdČlávání, tj. podpora plánování, projektování, realizace i evaluace výuky tak, aby byly stanovené vzdČlávací cíle dosahovány s co nejvČtší úþinností. Zejména pokud jde o kognitivní

111

složku zíkávaných kompetencí žákĤ, ukazuje se, že virtuální prostĜedí mĤže být stejnČ efektivním nástrojem utváĜení tČchto kompetencí jako prostĜedí reálné, a mĤže ho tedy i do jisté míry nahradit. To je žádoucí všude tam, kdy reálný experiment není možné pĜi výuce realizovat z nedostatku þasu, chybČjícího vybavení nebo potĜeby nebezpeþných chemikálií. 6.2 Poþítaþové animace a simulace v pĜípravČ budoucích uþitelĤ chemie Smysluplné a efektivní využívání virtuálního prostĜedí pĜi podpoĜe experimentálních þinností v pĜírodovČdném vzdČlávání závisí také na odpovídající pĜípravČ uþitelĤ. V dalším našem výzkumném šetĜení tak zaujalo ústĜední místo zaĜazování práce s poþítaþovými simulacemi a animacemi do kurikula získání uþitelské kvalifikace. Cílem výzkumného šetĜení zde bylo zjišĢování postoje budoucích uþitelĤ chemie k zaĜazování virtuálních experimentĤ a dalších simulací a animací do pĜíprav na vyuþovací hodiny a jejich realizace. V první þásti výzkumu byly analyzovány rĤzné typy scénáĜĤ vyuþovacích hodin chemie jako všeobecnČ-vzdČlávacího pĜedmČtu, které vytváĜeli studenti uþitelství chemie. Šlo o jejich výstupní práce vytvoĜené v rámci pĜedmČtĤ „Poþítaþem podporovaný školní chemický experiment” a „Chemický didaktický software”. Oba pĜedmČty byly ve sledovaném období zaĜazeny do studijních oborĤ „Uþitelství chemie pro základní školy” a „Uþitelství pro stĜední školy – chemie” na KatedĜe chemie Pedagogické fakulty (od roku 2010 PĜírodovČdecké fakulty) Univerzity Hradec Králové. Hodnoceny byly práce celkem 78 studentĤ 4. a 5. roþníkĤ uvedených studijních oborĤ v období let 2005 – 2010, v nichž byly uvažovány þtyĜi typy kombinací reálných a virtuálních experimentĤ: x simulace pĜed reálným experimentem pro nácvik pĜíslušné aktivity, x simulace pĜed reálným experimentem pro vysvČtlení jeho principu, x simulace po reálném experimentu pro procviþování a fixaci znalostí, x simulace po reálném experimentu pro vysvČtlení jeho principu. Pro výuku i následnou tvorbu scénáĜĤ vyuþovacích hodin byly využívány simulace a animace dostupné na Internetu. Šlo hlavnČ o acidobazické titrace, elektrochemii a z ní zejména experimenty s galvanickými þlánky, simulovaná mČĜení s rĤznými laboratorními pĜístroji zejména s pHmetrem a spektrofotometrem a další. Pro první vyhodnocení práce studentĤ s poþítaþovými animacemi a simulacemi chemických jevĤ bylo využito pĜímé a nepĜímé pozorování. PĜímé pozorování provádČl vedoucí cviþení ve výuce, jeho výsledky

112

zaznamenával v zápise po každé vyuþovací hodinČ a následnČ porovnával s vyhodnocením nepĜímého pozorování. NepĜímé pozorování spoþívalo v registraci poþtu vstupĤ studentĤ na linky s jednotlivými aplikacemi a doplnČno bylo rozborem studentských protokolĤ – zápisĤ o práci s aplikacemi a návrhĤ na jejich výukové využití. Z pozorování aktivit studentĤ v prĤbČhu cviþení a z protokolĤ vyplynuly následující postĜehy a závČry: x studenti volí prioritnČ animace a simulace s propracovanou grafickou stránkou modelovaného dČje; motivace k využití aplikace jejím designem je výraznČ vyšší než motivace propracovaností modelu a variabilitou jeho použití, x ve využití animaþních a simulaþních aplikací preferují studenti výkladovou fázi vyuþovací hodiny pĜed samostatnou prací žákĤ s aplikacemi; ovládání poþítaþové simulace vesmČs nepovažují za “experimentální þinnost” nebo smysluplnou pĜípravu na ní, x v návrzích pro použití aplikací využívají studenti z nejvČtší þásti algoritmicky koncipované uþební úlohy; malý prostor dávají úlohám problémovým a otevĜeným. Druhým použitým výzkumným nástrojem byl dotazník po absolvování výše uvedených výukových kurzĤ. Z jeho vyhodnocení mĤžeme uvést také nČkolik závČrĤ korespondujících s výsledky pozorování: x studenti se domnívají, že využití poþítaþových animací a simulací s chemickou tematikou je vhodné zejména pro vyšší sekundární vzdČlávání v chemii; pro nižší sekundární vzdČlávaní ho považují jen za motivaþní doplnČk (více než 80 % respondentĤ), x témČĜ všichni studenti se shodují na tom, že poþítaþová animace a simulace nemĤže nahradit ve všeobecné výuce chemie proveditelný reálný experiment (96 % respondentĤ), x za nejvČtší pĜekážky širšího využití poþítaþových simulací a animací v každodenní výuce chemie považují jak hardwarové dĤvody, tj. nedostateþné technické vybavení (72 % respondentĤ), tak softwarové dĤvody, tj. dostupnost vhodných aplikací (59 % respondentĤ), x nejvČtší þást studentĤ preferuje využití reálného experimentu pĜed experimentem virtuálním a to zejména pro následné využití simulace k vysvČtlení principu reálného experimentu (viz tab. VII), x zajímavým zjištČním je i opomíjení možnosti využití poþítaþové simulace jako trenažéru laboratorní úlohy, tedy pro prvotní seznámení se s úlohou, aparaturou, postupem práce apod.,

113

x jako nejfrekventovanČjší oblasti dostupných a použitelných animací a simulací (prostĜednictvím Internetu) uvádČjí studenti na prvním místČ acidobazické rovnováhy (zejména simulátory acidobazických titrací), elektrochemii (elektrolýza a galvanické þlánky, zejména s animacemi mikrosvČta) a animace a simulace chemicko-technologických procesĤ. Tab. VII Preference rĤzných kombinací simulace a reálného experimentování (n = 78) Kombinace reálného a virtuálního experimentu Simulace pĜed reálným experimentem pro nácvik pĜíslušné aktivity Simulace pĜed reálným experimentem pro vysvČtlení jeho principu Simulace po reálném experimentu pro procviþování a fixaci znalostí Simulace po reálném experimentu pro vysvČtlení jeho principu

Poþet zvolených poĜadí podle hodnocení významnosti 1. 2. 3. 4.

PrĤmČrné poĜadí

2

8

32

36

3,31

23

24

18

13

2,14

7

26

23

22

2,77

46

20

5

7

1,65

Jak vyplývá z uvedeného šetĜení, budoucí uþitelé jsou relativnČ dostateþnČ motivovaní k používání virtuálního prostĜedí pro podporu experimentálních þinností žákĤ. Na druhé stranČ ale mĤžeme zaznamenat urþitý konzervatismus v tom, že si témČĜ bez výjimky nedovedou pĜedstavit formování experimentálních kompetencí žákĤ prostĜednictvím poþítaþových simulací nebo že vidí jejich úlohu ponejvíce ve výkladové fázi vyuþovacího procesu. Výsledky odpovídají závČrĤm mnoha odborníkĤ z této oblasti, kteĜí asi spíše intuitivnČ doporuþují jednoduché experimenty (které nevyžadují nároþné materiální a technické vybavení) uskuteþĖovat v reálné formČ, vzdálená pozorování a vzdálené experimenty, které se výhodnČ využívají k aktualizaci informací a motivaci, zapojovat napĜ. do školních projektĤ a projektovČ orientované výuky, a virtuální experimenty zamČĜit hlavnČ na interpretaci reálných experimentĤ (trenažéry laboratorních þinností, pĜedvídání a ovČĜování výsledkĤ experimentĤ) a simulování experimentĤ, které nemohou být ve školách provedeny (nebezpeþné, vyžadující nároþné pĜístroje, nedostupné, apod.). Je jasné, že formování a procviþování manuálních dovedností, které jsou podstatnou souþástí pĜírodovČdného vzdČlávání, nemohou plnČ nahradit cviþení pomocí monitoru, myši a klávesnice. Na druhé stranČ ale také není možné,

114

aby se pĜírodovČdná výuka obešla bez jakékoliv práce s modely a nástroji nepĜímého pozorování. Je zĜejmé, že kvalita výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ na školách závisí výraznČ na kvalitČ pregraduálního i postgraduálního vzdČlávání uþitelĤ. Jejich kompetence jsou definovány jako kombinace vČdomostí, dovedností a postojĤ odpovídajících urþitému kontextu, a to jak reálnému tak virtuálnímu. Dwyer (in Šimonová, Poulová, Šabatová a kol., 2009) formuloval pČt stádií rozvoje uþitele v používání ICT: 1. Uživatel mimo tĜídu (Non-user classroom) – uþitel má urþité dovednosti v oblasti ICT, ale nevyužívá je ve výuce. 2. PĜíjemce programĤ (Adopter programme) – uþitel využívá ICTmateriály tak, jak je získá, pokud to odpovídá zámČru výuky. 3. Adaptér stylu (Adapter Style) – uþitel využívá ICT pro rĤzné skupiny žákĤ ve stávající výuce. 4. Modifikátor (Appropriator) – uþitel rozvíjí a využívá ICT v jiném kontextu nebo v novém uživatelském módu (posun metodiky výuky). 5. TvĤrce (Creator) – uþitel vytváĜí nové materiály a/nebo podporuje využívání ICT u svých kolegĤ. Výsledky našich šetĜení odpovídají u studentĤ uþitelství, kteĜí absolvují výše zmínČné kurzy, dobĜe zvládnutým stupĖĤm 2. - 4. v DwyerovČ klasifikaci, když podmínky pro první stupeĖ byly zvládnuty již v pĜedchozím vzdČlávání. Dalším cílem pro zlepšení pĜípravy uþitelĤ pĜírodovČdných pĜedmČtĤ v oblasti ICT by mČl být pátý stupeĖ, vþetnČ tvorby poþítaþových animací a simulací. I k tomu jsou již dostupné softwarové produkty, které umožĖují relativnČ snadno i tento cíl splnit. Tedy modifikovat a vytváĜet takový pedagogický software ("software pro využití poþítaþového hardware a software"), aby co nejvíce podporoval tvorbu mentálních modelĤ žákĤ a jejich využití v nových situacích. 6.3 Percepþní procesy žákĤ pĜi kombinaci reálné a virtuální složky vizualizace demonstraþního experimentu Za úþelem ovČĜení, resp. potvrzení nČkterých premis o kombinaci reálného a virtuálního prostĜedí ve školním demonstraþním experimentu (viz kapitola 5.2.2) a jejich konkretizaci na podmínky efektivní interpretace chemického experimentu jsme uskuteþnili další výzkumné šetĜení i v této oblasti. V prĤbČhu modelové vyuþovací hodiny jsme nafotografovali nČkolik situací souvisejících s experimentální interpretací prezentované tematiky a šest barevných obrazĤ z uvedené série jsme pĜedložili vybranému vzorku

115

žákĤ deváté tĜídy ZŠ (15 let, n = 55) a vybranému vzorku studentĤ uþitelského studia s aprobací chemie (22 let, n = 23). Každý z obrazĤ byl respondentĤm prezentován velmi krátký okamžik (expozice cca 5 s – varianta A) a cílem bylo zjistit, která z informací z prezentovaného obrazu byla pro respondenta dominantní. ZámČr souvisel s pĜedpokladem, že respondent musí zaznamenat informaci související s pĜímým smyslovým vnímáním bez úþasti složitČjších myšlenkových þinností. V druhé fázi výzkumu byla expozice prodloužena na 30 s (varianta B) a pĜedpokládala se aktivní percepce s následným vyhodnocováním podnČtĤ za úþasti složitČjších myšlenkových þinností a pamČti. Charakteristika fotografie þ. 1 Obraz je situován k zaþátku hodiny, na demonstraþním stole jsou pĜipravené pomĤcky pro realizaci nČkolika experimentĤ. TĜída není speciálnČ upravovaná (špatnČ smazaná tabule, periodická soustava nad tabulí není umístČna rovnobČžnČ s tabulí apod.). Lze pĜedpokládat, že žáci i studenti uþitelství budou na pĜedložené fotografii dominantnČ vnímat nČkterou z pĜipravených pomĤcek k provedení experimentu.

Obr. 27 Fotografie þ. 1 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

116

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informace z fotografie nesmazanou tabuli (45 %) a výlevku s kohouty (15 %), ostatní položky jsou zanedbatelné. Studenti uþitelství upĜednostĖují bez jakékoliv specifikace pomĤcky k realizaci experimentĤ (tj. odmČrné válce – 57 %). Oþekávání bylo tedy potvrzeno pouze u studentĤ uþitelství (významnou roli zde sehrávají pĜedchozí zkušenosti), žáky nejvíce zaujala tabule jako dominantní objekt na fotografii, která navíc nebyla pĜed hodinou smazána (pravdČpodobnČ rozhoduje i síla podnČtu související s porušením základních povinností ve škole). B) Žáci ZŠ – 17,5 % žákĤ uvádí jako dominantní informaci z fotografie rozevĜený sešit na stole, 12,5 % lahve s minerální vodou, 12,5 % tabuli a nákres na tabuli. Celkem žáci uvedli 17 položek. U studentĤ uþitelství byly výsledky shodné s variantou A. PĜi výraznČjším zapojení myšlenkových procesĤ je vnímání pĜedevším u žákĤ ZŠ diferencované, pravdČpodobnČ v souvislosti se zájmy žáka, jeho zkušenostmi i potĜebami. Charakteristika fotografie þ. 2 Stejný obraz jako v pĜípadČ 1, uþitelka stojí za demonstraþním stolem. Lze pĜedpokládat, že žáci budou na fotografii dominantnČ vnímat uþitelku.

Obr. 28 Fotografie þ. 2 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

117

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci z fotografie v 75 % uþitelku, v 10 % tabuli, ostatní položky jsou zanedbatelné, studenti uþitelství upĜednostĖují také uþitelku (57 %). Uþitelka, která hraje rozhodující roli v tradiþnČ organizované výuce, je dominantním podnČtem pro oba typy respondentĤ. B) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci z fotografie v 35 % pĜípadĤ oranžovou krabiþku se šumivými tabletami, v 22,5 % periodickou soustavu, studenti uþitelství stále preferují uþitelku (43 %), v dalším poĜadí oranžovou krabiþku (28 %). Výrazná barva krabiþky se šumivými tabletami þi barevná periodická soustava na þelní stČnČ uþebny se stávají dominantními zdroji informací (v souladu se závČry Kuliþe (1980)). Charakteristika fotografie þ. 3 Uþitelka provádí experiment, ve válci je výraznČ zbarvená kapalina, uþitelka zvýrazĖuje zbarvení bílým pozadím a ukazuje prstem na probíhající dČj (specifikace informací). Vzhledem k tomu, že uþitelka zvýrazĖuje zbarvení kapaliny bílým pozadím, budou žáci vnímat válec se zbarvenou kapalinou jako dominantní informaci z fotografie.

Obr. 29 Fotografie þ. 3 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

118

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) Žáci ZŠ uvádČjí v 50 % pĜípadĤ jako dominantní informaci z fotografie žáky sedící v první lavici a pouze v 25 % válec s barevnou kapalinou. Studenti uþitelství preferují z fotografie barevný válec (43 %), v 28 % pĜípadĤ žáky a v 28 % pĜípadĤ uþitelku. ZávČry: PĜi vnímání žákĤ pravdČpodobnČ v krátkém þasovém intervalu sehrál roli intenzivnČjší podnČt, u studentĤ sehrávají opČt významnou roli pĜedchozí zkušenosti. B) Žáci ZŠ prioritnČ vnímají odmČrný válec s barevnou kapalinou (43 %), dále žáky v první lavici (22 %, to uvádČjí jako dominantní informaci jen chlapci), u studentĤ uþitelství stále dominuje válec s barevnou kapalinou (86 %). ZávČry: Žáci i studenti vnímají kromČ barvy kapaliny ve válci i gesta a þinnost uþitele, který provádí specifikaci informací, opČt dĤležitou roli sehrávají pĜedchozí zkušenosti. Vzhledem k tomu, že žáky v první lavici jsou osoby ženského pohlaví, sehrávají zde pĜi vnímání roli i sexuální motivy (viz výsledky vnímání chlapcĤ). Charakteristika fotografie þ. 4 Stejný obraz jako v pĜípadČ 3, pouze vedle uþitelky svítí zpČtný projektor s pĜedcházejícím experimentem. Vzhledem k tomu, že je didaktická technika prvkem upoutání pozornosti žákĤ (specifikace informací), obraz ze zpČtného projektoru by mČl být nejintenzivnČjším podnČtem pro žáky na prezentované fotografii.

Obr. 30 Fotografie þ. 4 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

119

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) U žákĤ ZŠ dominuje (80 %) promítaný obraz stejnČ tak jako u studentĤ (86 %). JednoznaþnČ potvrzené oþekávání v souladu s výsledky výzkumu napĜ. v Bílek a kol. (2007). B) Žáci ZŠ preferují promítaný obraz (80 %), studenti uþitelství promítaný obraz (86 %), válec specifikovaný uþitelkou (14 %). OpČt jednoznaþnČ potvrzený pĜedpoklad. Charakteristika fotografie þ. 5 Uþitelka provedla další experiment (válec se žlutou kapalinou), specifikuje informace z experimentu þtvrtkou za válcem. ZpČtný projektor je vypnutý, ale v zorném poli zĤstal opomenut válec s fialovou kapalinou. I když je intenzivnČjší zbarvení válce s fialovou kapalinou silnČjším podnČtem, žáci budou pravdČpodobnČ vnímat oba válce jako dominantní souþasnČ.

Obr. 31 Fotografie þ. 5 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) U žákĤ ZŠ dominují oba válce s kapalinami (78 %), 12 % žákĤ preferuje zápis na tabuli. U studentĤ uþitelství dominují vrovnanČ odmČrné válce (45 %) a zápis na tabuli (45 %). Vzhledem k blízkosti válcĤ vnímají žáci oba válce souþasnČ, blížící se závČr hodiny a výraznČ popsaná tabule zpĤsobují hledání potĜebných informací na tabuli.

120

B) Žáci ZŠ preferují odmČrné válce již v menší míĜe (38 %), více si všímají zápisu na tabuli (22 %). U studentĤ uþitelství se zvýšila dominance odmČrných válcĤ (57 %) na úkor zápisu na tabuli (14 %). Charakteristika fotografie þ. 6 Blíží se závČr hodiny, tabule je popsaná poznámkami, válec s fialovou kapalinou je odstaven stranou mezi ostatní pomĤcky, uþitelka provádí další experiment, válce s látkami prezentujícími popisovaný jev jsou þásteþnČ zakryty hlavou žáka. Žáky bude na fotografii pravdČpodobnČ dominantnČ vnímán válec s fialovou kapalinou, pĜestože již nemá pro cíl hodiny žádný význam.

Obr. 32 Fotografie þ. 6 použitá pĜi výzkumu percepce snímaného demonstraþního chemického experimentu

Výsledky a závČry pro varianty A a B A) Žáci ZŠ uvádČjí jako dominantní informaci na fotografii uþitelku (30 %), ve 28 % odmČrný válec s fialovou kapalinou a v 12 % zápis na tabuli. Studenti uþitelství preferují zápis na tabuli (71 %) a dále uþitelku (28 %). PĜedpoklad se sice nepotvrdil, ale u žákĤ ZŠ je stále ve velkém množství dominantnČ vnímán odmČrný válec s fialovou kapalinou.

121

B) Žáci ZŠ preferují zápis na tabuli (22 %), uþitelku (17 %), schéma aparatury na tabuli (10 %) a odmČrný válec (10 %). U studentĤ uþitelství dominuje uþitelka (57 %) a zápis na tabuli (28 %). Znaþná rĤznorodost zamČĜení percepþních procesĤ žákĤ i studentĤ je zapĜíþinČná pĜemírou informaþních center zachycených na fotografii (málo úþinným zpĤsobem Ĝízení). Jak ukázaly výsledky prezentovaného výzkumného šetĜení, je tĜeba se v uþitelské pĜípravČ více zamČĜovat na složku Ĝízení poznávacích þinností žákĤ. V rámci pregraduální pĜípravy uþitelĤ chemie na UniverzitČ v Hradci Králové je do uþebních plánĤ zaĜazováno nČkolik disciplín, které jsou zamČĜeny na Ĝešení problematiky spojené s efektivním provedením a interpretací chemického experimentu. Jedná se pĜedevším o pĜedmČt „Technika a didaktika školních pokusĤ“, významnou roli v pĜípravČ však sehrávají i ostatní didakticky orientované disciplíny jako „Obecná didaktika chemie“ nebo volitelný pĜedmČt „Chemický experiment v mikrovýstupové praxi“ apod. Cíle uvedených disciplín korespondují s výše analyzovanou problematikou a jsou nastaveny takovým zpĤsobem, aby absolventi studia zvládali proces plánování, realizace a interpretace pokusĤ nejen po stránce teoretické, ale pĜedevším po stránce praktické. Vzhledem k tomu, že problematice chemického experimentu je v prĤbČhu studia vČnována znaþná pozornost, zajímalo nás, jak se tato skuteþnost odráží v pĜipravenosti zaþínajících uþitelĤ na školách. Na základČ výzkumu uskuteþnČného z analýzy videozáznamĤ poĜízených pĜi hodinách chemie v rámci prĤbČžné pedagogické praxe jsme získali nČkteré relevantní informace nejen o frekvenci experimentální þinnosti, ale pĜedevším o prĤbČhu vlastní realizace a interpretace experimentu. Podrobné výsledky celého výzkumu pĜesahují zamČĜení této kapitoly (Rychtera, Bílek, Hladíková et al., 2009) a proto si zde povšimneme jen té složky experimentování, která koresponduje s cíleným Ĝízením percepþní þinnosti, tj. nahlédneme pĜedevším do þasto podceĖované „pĜípravné fáze“ experimentování. ZamČĜíme se podrobnČji pĜedevším na „viditelnost aparatury“ pĜi experimentování a na „proces Ĝízení percepþní þinnosti žákĤ uþitelem“, protože tyto dva aspekty významnČ ovlivĖují efektivitu získávání informací z realizovaného pokusu. Aspekt „viditelnosti aparatury“ byl posuzován na základČ vyhodnocení rozmČrĤ aparatury, jejího umístČní na demonstraþním stole, využívání kontrastního pozadí, snímání aparatury videotechnikou (smČrem k žákĤm nebo vyuþujícímu), umístČní dalších nepoužívaných pomĤcek a souþástí aparatur apod. Vlastní proces vyhodnocování komplikovalo zkreslení obrazu zpĤsobené odlišností pohledu kamery na experimentální þinnost

122

a používání pĜiblížení detailĤ prostĜednictvím „zoomu“. Nezanedbatelnou roli je tĜeba spatĜovat i ve výrazné míĜe subjektivizmu hodnotitele videozáznamu. Na tĜístupĖové škále (3 – þasto, 2 – obþas, 1 – témČĜ nikdy) probČhlo pĜiĜazení podle frekvence pokynĤ uþitele upozorĖující žáky na informaþní centrum uskuteþĖovaného experimentu, a to „poloha 3“ v 51,3 %, „poloha 2“ v 35,9 % a „poloha 1“ v 12,8 % pĜípadĤ z 39 analyzovaných experimentĤ.

Obr. 33 Vyobrazení experimentu pĜevzaté z videozáznamu vyuþovací hodiny

Sledovaný aspekt volby informaþního centra provádČného experimentu lze þásteþnČ zefektivnit vhodnou organizací Ĝízení percepþní þinnosti žákĤ. Verbální i neverbální podpora experimentování, vedoucí k odhalení „informaþního centra“ mĤže nahradit nČkteré nedostatky plynoucí z nedostateþné vizualizace. Dle ýervenkové (2008) Ĝídí percepþní procesy odpovídajícím zpĤsobem (stupeĖ 3) 61,5 % zaþínajících uþitelĤ, 30,8 % zaþínajících uþitelĤ na pedagogické praxi realizuje Ĝízení s rezervami a v 7,7 % pĜípadĤ je pozorování žákĤ ponechána naprostá volnost. Po rozboru výsledkĤ z uvádČného výzkumu lze mj. konstatovat, že vČtšina položek, které jsou evidovány pod stupnČm 2 a 1 má pĜíþiny subjektivního charakteru. Souvisejí v pĜevažující míĜe s nervozitou a stresem zaþínajícího uþitele, mohou souviset s nadmČrným množstvím podnČtĤ, které musí uþitel v prĤbČhu vyuþovacího procesu Ĝešit, v ĜadČ

123

pĜípadĤ to mĤže být neznalost, aĢ už se jedná o neznalost didakticky þi odbornČ orientovanou. Výþet pĜíþin nelze považovat za úplný a v našem pĜípadČ se domníváme, že není nutné hledat všechny problematické jednotlivosti. Co je však nezbytné, je odstranČní pĜíþin objektivních a jednou z nich je možné nasazení moderní didaktické techniky ve prospČch zefektivnČní vizualizace experimentální þinnosti. Je však nezbytné pĜipomenout, že experiment sám je prostĜedkem vizualizace a „nasazením“ didaktické techniky, tedy jeho virtualizaþní þásti, lze zefektivnit jak jeho realizaci, tak i jeho interpretaci. 6.4 Z dalších aktuálních výzkumĤ kombinace reálného a virtuálního pĜírodovČdného experimentu Zkoumání efektivity zaĜazování rĤzných podob virtuálních a kombinovaných (virtuálních a reálných spoleþnČ) školních pĜírodovČdných experimentĤ se v poslední dobČ orientuje þasto na zmČnu paradigmatu pĜírodovČdného vzdČlávání z transmisivního na konstruktivistické. Konstruktivismus je také úzce spjat s tzv. badatelským pĜístupem (IBL – Inquiry Based Learning), v nČmž hraje experiment ústĜední roli jako nástroj žákova poznávání. Harwood (2004) navrhl v modelu pĜírodovČdného vzdČlávání pomocí vČdeckého zkoumání (badatelského pĜístupu) devČt následujících aktivit, které v pĜimČĜené míĜe platí jak pro reálný, tak pro virtuální þi kombinaci obou druhĤ experimentĤ. Jde o následující aktivity: 1. Pozorování probíhajícího experimentu 2. Definování problému 3. Formulace výzkumné otázky 4. Analýza výchozích znalostí 5. VyjádĜení oþekávání a formulace hypotéz 6. Realizace experimentu pro ovČĜení hypotéz 7. Vyhodnocení výsledkĤ experimentu 8. Verifkace hypotéz na základČ získaných výsledkĤ experimentu 9. Komunikace závČrĤ Thornton (1999) v této souvislosti dodává, že efektivitu školní experimentální þinnosti lze zvyšovat zejména: x podnČcováním aktivity uþících se, x þinností s prostĜedky bezprostĜednČ svázanými s nejbližším okolím, x okamžitou zpČtnou vazbou, x vzájemnou spoluprací a kooperací uþících se, x snížením þasu vČnovanému doprovodným výpoþtĤm a rutinním þinnostem.

124

Obr. 34 HarwoodĤv model pĜírodovČdného vzdČlávání pomocí vČdeckého zkoumání (badatelského pĜístupu) (Harwood, 2004)

Ve všech uvedených bodech zvyšování efektivity pĜírodovČdné výuky mĤže virtuální prostĜedí výraznČ pĜispČt, i když je tĜeba mít stále na pamČti problémy s „odreálnČním“ þi „zmonitorizováním“ pĜírodovČdné výuky jako takové. Jak už bylo uvedeno v pĜedchozím textu (zejména v kap. 3), je vČtšina dosud realizovaných výzkumĤ zamČĜených na efektivitu získávání znalostí z virtuálních na rozdíl od reálných experimentĤ zamČĜena na terciární sféru. Zde se ukazují jako výraznČ lepší výsledky ve prospČch experimentu virtuálního, i když je to dáno asi i delším þasem a frekvencí aktivit, které mohou studenti strávit pĜi práci se simulací než s reálným experimentem (napĜ. Chini, 2010). To je zapĜiþinČno také složitostí materiálního zabezpeþení provádČných experimentĤ nebo prací s komplikovanými pĜístroji, kdy reálné prostĜedí nedává tolik možností

125

uskuteþnit ve školních podmínkách dostateþný poþet experimentĤ za rĤzných podmínek, a tak proniknout do postaty celého procesu. Svoji roli mĤže hrát i ten fakt, že vysokoškolští studenti mají už nČjaké zkušenosti s experimenty reálnými a virtuální prostĜedí pro nČ pĜedstavuje jen urþitou zmČnu s možností urþité komparace. Jde o jistČ jinou situaci než v poþáteþním pĜírodovČdném vzdČlávání, kdy žák ještČ nemá zkušenost s experimentem ani v jednom typu prostĜedí. Na nižších stupních vzdČlávání (než terciárním) se mĤžeme setkávat se snahou o náhradu i jednoduše proveditelných laboratorních þinností prostĜednictvím poþítaþových simulací. Nejde jako v našem šetĜení (viz kap. 6.1) o náhradu laboratorních pĜístrojĤ obtížnČ dostupných pro paralelní samostatnou þinnost všech žákĤ, ale vČtšinou o náhradu laboratorních þinností, které mají sloužit pĜedevším pro procviþování uþiva. Poþítaþové simulace jsou zde vytváĜeny s výraznou oporou v animacích modelovaných jevĤ, známé jsou i propojení modelování a videozáznamĤ. Výzkum tohoto typu provádČl v poslední dobČ napĜ. Voronoviþ (2011), který zkoumal efektivitu laboratorních prací u 15 – 16 letých žákĤ (poslední roþník litevských ZŠ), které byly realizovány buć plnČ ve virtuálním nebo v reálném prostĜedí. Šlo o jednoduché „slévací“ chemické reakce známých kationtĤ a aniontĤ ve zkumavkách, tedy kvalitativní analýzu. DvČ skupiny žákĤ (n = 2 x 31 = 62) pracovaly buć v reálném nebo poþítaþovČ simulovaném prostĜedí a následnČ byly zkoumáno: a) které prostĜedí má vČtší vliv na získání lepších vČdomostí žákĤ, b) jaký vliv má daný typ prostĜedí na zájem žákĤ o experimentální þinnost a vyuþovaný pĜedmČt, c) jaké jsou limity použití ICT v pĜírodovČdných školních experimentálních þinnostech žákĤ. Pro výzkum autor pĜipravil nČkolik rĤzných testĤ, a to pro zjišĢování znalostí žákĤ souvisejícího uþiva a pro zjišĢování jejich percepþních schopností a uþebních stylĤ. Dosažené výsledky ukazují na jednoznaþnČ efektivnČjší reálné prostĜedí pro realizaci tohoto typu laboratorních þinností, a to jak v hodnocení nabytých vČdomostí žákĤ, tak v jejich hodnocení provedených aktivit, potažmo také k hodnocené motivaci pro vyuþovaný pĜedmČt pĜíslušným zpĤsobem. Navíc nebyly zjištČny žádné vazby v dosažených výsledcích na detekované percepþní schopnosti žákĤ a jejich uþební styly (Voronoviþ, 2011). Jak jsme uvedli výše, projevil se zde pravdČpodobnČ efekt malé motivace pracovat na monitoru poþítaþe s prostĜedky jednoduše dostupnými v každodenní laboratorní praxi. Dokládají to i výsledky dotazníku po provedených aktivitách, kdy se napĜ. žáci na otázku „Bylo

126

zajímavé uþit se chemii prostĜednictvím laboratorní praxe? (It was interesting to learn chemistry because of the laboratory practice?)“ po absolvování práce ve virtuální laboratoĜi vyjadĜovali témČĜ ve stejných poþtech pozitivnČ i negativnČ (více jak polovina žákĤ tak nevnímala práci s poþítaþem jako laboratorní þinnost) na rozdíl od reálného prostĜedí, kde drtivá vČtšina odpovČdČla pozitivnČ. Reálné prostĜedí tak jednoznaþnČ dominovalo nad virtuálním. Olympiou a Zacharia (2010) ukázali ve svých výzkumech provázanost reálného a virtuálního experimentu, když kombinace obou typĤ experimentu pĜinesla o témČĜ 20 % lepší výsledky ve znalostech studentĤ zjišĢovaných didaktickými testy než pĜi použití reálného nebo virtuálního experimentu samostatnČ. Jejich zkoumání efektivity virtuálního a reálného experimentu ve prospČch zvýšení znalostí studentĤ nepĜineslo ve svých výsledcích žádné statisticky významné rozdíly ve prospČch nČkterého z obou typĤ, což se shoduje s našimi výše uvedenými výsledky. Na závČr ještČ uvećme jeden z aktuálních výsledkĤ zkoumání poĜadí pĜi využití reálného a virtuálního experimentu souþasnČ. Smith a Puntabekarová (2010) se tímto typem výzkumu zabývali v pĜípadČ kladky jako jednoduchého stroje a zkoumali právČ vliv posloupnosti v použití virtuálního a reálného prostĜedí na získané vČdomosti žákĤ.

Obr. 35 Reálné (vlevo) a virtuální (vpravo) prostĜedí pro experimenty s kladkostrojem (Smith, Puntabekarová, 2010)

PĜi jejich porovnávání (n = 60) v prĤbČžném testu a v posttestu byla prokázaná statistická významnost rozdílu výsledkĤ žákĤ ve prospČch poĜadí „Reál – Virtuál“. NejmarkatnČjší rozdíl byl zaznamenán u posttestu.

127

Obr. 36 Schéma výzkumu kombinace reálného a virtuálního prostĜedí v šetĜení Smitha a Puntabekarové (2010)

Obr. 37 Výsledky vČdomostních testĤ pĜi kombinaci reálného a virtuálního prostĜedí v šetĜení Smitha a Puntabekarové (2010)

Výsledky Smitha a Putanbekarové jsou také plnČ v souladu s naším šetĜením uvedeným v kapitole 6.1.

128

7 Perspektivy virtualizace prostĜedí v pĜírodovČdném vzdČlávání Virtualizace je v oblasti školství synonymem implementace zejména poþítaþĤ a na nich založených technologií jak do výukového procesu tak do organizaþní infrastruktury. Jde o proces dlouhodobý, který má v rĤzných oblastech svá specifika (Hellberg, Bílek, 2000). Pojem virtualizace si zde tak trochu „pĤjþujeme“ z oblasti informatiky, kde se jím rozumČjí hlavnČ postupy a techniky, které umožĖují k dostupným zdrojĤm pĜistupovat jiným zpĤsobem, než jakým fyzicky existují. Informatici tak rozlišují virtualizaci celého poþítaþe (virtuální stroj), virtualizaci hardwarových komponent (virtuální procesory, virtuální pamČĢ atd.) nebo virtualizaci softwarových prostĜedí (virtuální operaþní systém aj.) (OldanyGroup, 2011). Pokud bychom se pokusili význam tohoto pojmu transformovat do oblasti celého vzdČlávacího prostoru, mohli bychom uvažovat o virtualizaci ve všech základních komponentách vyuþovacího procesu (upraveno dle Bílek, 2011): x virtualizace materiálních didaktických prostĜedkĤ (e-média), x virtualizace obsahu (e-opory), x virtualizace prostĜedí (LMS, e-society), x virtualizace výukových metod a organizaþních forem (e-podpora), x virtualizace subjektu uþení (e-modely) x virtualizace cílĤ (e-komunikace). V pĜedkládané monografii se nejvíce zamČĜujeme na oblast e-médií a e-podpory základních metodologických nástrojĤ pĜírodovČdného vzdČlávání (zejména elektronické podpory výukových metod odpovídajících bazální metodologii tČchto oborĤ). Ovšem ani tato implementace nových technologií nemĤže být statická, tedy musí respektovat vývoj v pĜíslušných oborech s postižením trendĤ jejich vzdČlávací transformace. Pokud bychom se podívali do historie, museli bychom uznat, že mnoho významných pĜírodovČdcĤ a filozofĤ se již pĜed mnoha lety snažilo definovat smysl þi význam pĜírodních vČd samostatnČ i v širším kontextu lidského vČdČní jako celku (Škoda, Doulík, 2009). MĤžeme zde prezentovat nČkteré z tČchto definic (Duschl, 1990): x Cílem všech vČd je koordinovat naše zkušenosti a vnést je do logického systému. (A. Einstein)

129

x Úkolem pĜírodních vČd je rozšíĜit Ĝadu našich zkušeností a redukovat množství domnČnek. (N. Bohr) x VČda je složená z faktĤ tak, jako dĤm z kamenĤ. Ale pouhá sbírka faktĤ není vČda, stejnČ tak, jako hromada kamení není dĤm. (H. Poincaré) x VČda je pátrání po poznání. Nikoliv poznání samotné. (D. Roller) Uvedené výroky v mnohém pĜedznamenávají i cíle a východiska pĜírodovČdného vzdČlávání (pĜedevším výrok RollerĤv) a lze od nich odvodit i aktuální trendy v soudobém pĜírodovČdném vzdČlávání. Škoda a Doulík (2009) analyzují tyto trendy a konstatují, že se neobjevily náhodou. Jsou výsledkem více než dvČ stČ let trvající historie systematického pĜírodovČdného vzdČlávání. BČhem této historie prodČlávalo pĜírodovČdné vzdČlávání v kontextu tehdejších vzdČlávacích paradigmat a kurikulárních akcentĤ období bouĜlivého rozvoje stejnČ tak jako období útlumu. Celá tato éra pĜírodovČdného vzdČlávání je poznamenána hledáním samotného smyslu, zamČĜení a paradigmat tohoto segmentu vzdČlávání. V prĤbČhu vývoje je tak možné rozlišit paradigma prakticistního zamČĜení pĜírodovČdného vzdČlávání s primárním cílem vytvoĜit kompetence potĜebné pro praktický život jedince v dané spoleþnosti, paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání jako studia pĜírody s hlavním cílem vytvoĜit u žákĤ pozitivní vztah k pĜírodČ, paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání jako elementární pĜírodovČdy s hlavním cílem vytvoĜit souvislý program napĜíþ celým základním vzdČláváním se zamČĜením na vývoj porozumČní významným myšlenkám a teoriím pĜírodních vČd, pragmatické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání s orientací na metody systematické vČdecké práce – pozorování, experimentování, formulaci a ovČĜování hypotéz, polytechnické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání související s rozvojem vČdy a technických možností a masivním nástupem techniky a technologií, humanistické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání s dĤrazem na rozvoj tvoĜivosti a scientistické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání orientované na vysokou míru abstrakce, zevšeobecnČní, matematizace a atomizace. V našem vzdČlávacím systému šlo v posledních desetiletích zejména o souboj posledních dvou jmenovaných paradigmat. Koncem 80. let 20. století však zaþalo jak humanistické tak scientistické paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání procházet krizí. Tato krize mČla pravdČpodobnČ dvČ hlavní pĜíþiny. Tou první byl postupný rozvoj informaþních a komunikaþních technologií a spoleþenské zmČny související s pĜechodem spoleþnosti technické a technizované ve spoleþnost informaþní a uþící se. Nezbytnými kompetencemi každého þlovČka se stala schopnost práce

130

s informacemi, jejich vyhledávání, tĜídČní a kritické posuzování, a to v rámci celoživotního vzdČlávání. ObČ hlavní paradigmata pĜírodovČdného vzdČlávání se stávala již pĜíliš rigidními a v podstatČ nevyhovujícími, neboĢ neposkytovala absolventĤm kompetence, které od nich byly v mČnícím se mimoškolním prostĜedí vyžadovány. Druhá pĜíþina souvisela s faktem, že rozvoj vČdeckého poznání zejména v prĤbČhu 2. poloviny 20. století postupnČ zcela zmČnil vztah mezi vČdou a spoleþností. Technologické aplikace vČdeckých poznatkĤ se staly dominantní souþástí bČžného života a nesmírnČ zvýšily jeho kvalitu. ZároveĖ znamenají také enormní riziko, které ohrožuje samotnou existenci lidského rodu. VČda i spoleþnost se zaþínají snažit o zodpovČdnČjší pĜístup k využívání pĜírodních i lidských zdrojĤ a o trvale udržitelný rozvoj. Zcela zásadní je pak skuteþnost, že toto úsilí musí být globální. Tento trend vývoje spoleþnosti reflektuje do jisté míry i pĜírodovČdné vzdČlávání. Již na konci 80. let 20. století se v rámci pĜírodovČdného vzdČlávání zaþínají ve vČtší míĜe diskutovat otázky týkající se spoleþenských a environmentálních dĤsledkĤ intenzivního vČdeckého a technického rozvoje (Raquepau, Richards, 2002). Proto je možné v pĜírodovČdném vzdČlávání období od roku 1990 v podstatČ až do souþasnosti charakterizovat jako urþité hledání identity. S trochou zjednodušení lze Ĝíci, že dosavadní paradigmata postupnČ dosluhují, pĜípadnČ se jeví již zcela nevhodnými, aniž jsou však nahrazována novým paradigmatem odpovídající závažnosti. Charakteristická je i znaþná roztĜíštČnost názorĤ na to, co by mČlo souþasný stav nahradit a jakým smČrem a za jakými cíli by se mČlo pĜírodovČdné vzdČlávání ubírat. S postupným rozpadem sovČtského bloku a ukonþením studené války došlo zejména u nás k obrovskému boomu rĤzných alternativních a inovativních koncepcí ve vzdČlávání, dochází k hluboké redefinici potĜeb spoleþnosti a jejich požadavkĤ na vzdČlávání. DĤsledkem tČchto promČn je ostatnČ i kurikulární reforma, kterou þeské školství v souþasné dobČ prochází. Nejen þeská vzdČlávací politika, ale i vzdČlávací politika ostatních zemí, zejména EU a USA, musí þelit aktuálním problémĤm a požadavkĤm velmi dynamicky se mČnící spoleþnosti, musí novČ definovat cíle a významy vzdČlávání. PĜírodovČdné vzdČlávání musí nyní a v nejbližší budoucnosti Ĝešit pĜedevším tato komplexní témata: x Globální ekologické otázky a problémy. Environmentální problematika se v posledních 15 letech stala celosvČtovČ diskutovaným tématem pĜedevším v souvislosti s celosvČtovou polemikou o globální oteplování (které chápeme spíše jako spor politický než vČdecký). PĜírodovČdné vzdČlávání se vČnuje aktuálním problémĤm jako je

131

zneþišĢování ovzduší, ubývání vodních zdrojĤ, globální oteplování, ozonová díra, odlesĖování, hledání alternativních zdrojĤ energie atd. Tyto problémy prostupují kurikulem rĤzných pĜírodovČdných (a nejen tČch) pĜedmČtĤ (srov. Doulík, Škoda, 2007), proto je environmentální výchova v RVP ZV koncipována jako prĤĜezové téma. Do budoucna se kurikulum pĜírodovČdného vzdČlávání v této bude zabývat pĜedevším problematikou trvale udržitelného rozvoje. x Vzájemný vztah mezi vČdou a technikou na jedné stranČ a spoleþností na stranČ druhé. PozĤstatkem jak scientistického tak humanistického paradigmatu je pokles kredibility pĜírodovČdného vzdČlávání, který je možné vnímat snad s výjimkou rozvojových zemí jako celosvČtový fenomén. VýmluvnČ o tom svČdþí napĜ. výsledky projektu ROSE (The Relevance of Science Education) uskuteþĖovaného jako komparaþní studie na vzorku patnáctiletých žákĤ ve 40 zemích celého svČta. Podle Sjøberga (2005) se ukazuje Ĝada varovných skuteþností. PĜírodovČdné pĜedmČty patĜí ve školách v prĤmyslových zemích celého svČta mezi nejménČ oblíbené. Jsou zde patrné navíc znaþné genderové rozdíly (u dívek je obliba významnČ nižší). PĜírodovČdné pĜedmČty nejsou ze strany respondentĤ citovaného výzkumu chápány jako dĤležité pro život a pracovní kariéru žákĤ. Velice nízká je také ochota respondentĤ stát se v budoucnu pĜírodovČdci. NejpozitivnČjší vztah k pĜírodovČdnému vzdČlávání projevují respondenti z rozvojových zemí (Bangladéš, Uganda, Ghana). Naopak v nejvyspČlejších zemích svČta (Japonsko, Anglie, Dánsko, Norsko) je možné hovoĜit o skuteþné krizi pĜírodovČdného vzdČlávání (Sjøberg, 2005, Bílek, 2005). Reakcí na tento stav ve vyspČlých zemích je snaha pĜiblížit pĜeteoretizované pĜírodovČdné vzdČlávání více bČžnému životu. Objevují se výraznČ prakticky až popularizaþnČ orientované koncepty jako napĜ. Science for All Children nebo Chemie všedního dne. PĜírodovČdné vzdČlávání si klade otázky typu: Jak se pĜírodovČdné vzdČlání váže ke svČtu žáka? Jak mĤže být prospČšné pro zdravý život a životní prostĜedí? Jaký je vztah mezi lidskou spoleþností a životním prostĜedím? Jak mĤže pomoci lidstvu s jeho problémy? Podle DeHart Hurda (2002) je tĜeba do pĜírodovČdného vzdČlávání vþleĖovat významné trendy ovlivĖující soudobé vzdČlávání jako jsou multikulturní pĜístupy, interdisciplinární vazby a práce s koncepþními tématy. x Klíþové pojmy a stČžejní témata. Jak vyplývá z celé Ĝady provedených zahraniþních i domácích výzkumĤ, je nezbytnČ nutné redukovat

132

obsah uþiva v pĜírodovČdných pĜedmČtech. U nás se to týká pĜedevším uþiva vyššího stupnČ víceletých gymnázií, ale i 2. stupnČ základního vzdČlávání. Výraznou možnost redukce uþiva pĜináší již probíhající kurikulární reforma. CelosvČtovým trendem ve výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ je rozvíjet pĜedevším kompetence žákĤ a schopnost Ĝešit problémy na úkor faktografických poznatkĤ. Jak upozorĖuje Pintó (2005), pozornost pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ by se mČla vČnovat pĜedevším tématĤm, která jsou schopna integrovat rĤzná fakta a pojmy do vyšších, komplexnČjších konstruktĤ, které mají výraznČ interdisciplinární charakter. Tato komplexní témata by mČla být rovnČž schopna vytvoĜit vazby mezi pĜírodovČdným vzdČláváním a matematikou, historií, ekonomikou, umČním, ale i literaturou a dalšími vČdeckými disciplínami reprezentovanými jednotlivými školními pĜedmČty. x Interdisciplinární myšlení. Je zpĤsobem nebo lépe strategií, která umožĖuje žákĤm pochopit význam vzdČlávacího obsahu pĜírodovČdného vzdČlávání, zvláštČ když je obsah spojen s každodenními problémy a otázkami. Cegarra-Navarro a RodrigoMoya (2005) napĜ. doporuþují organizování uþitelĤ do multidisciplinárních týmĤ, které by pĜipravovaly zmČny kurikula, organizovaly projekty, realizovaly týmovou výuku integrovaných pĜedmČtĤ atd. Analogickou strategii v sobČ implicitnČ obsahují i zmČny kurikula v ýeské republice (RVP ZV). VytvoĜení školního vzdČlávacího programu v podstatČ znamená spolupráci uþitelĤ v multidisciplinárních týmech, jednak podle vzdČlávacích oblastí, ale také napĜíþ nimi (realizace vzdČlávacího obsahu prĤĜezových témat). Od uþitelĤ jsou proto ve zvýšené míĜe vyžadovány rovnČž kompetence, které umožĖují efektivní Ĝízení kurikula (HajerováMüllerová, Škoda, 2006). Soudobé paradigma (þi soudobá paradigmata) pĜírodovČdného vzdČlávání není snadné definovat, neboĢ proces jeho formování ještČ není definitivnČ ukonþen. To, co je však v souþasnosti charakteristické jak pro rozvoj pĜírodních vČd, tak pro pĜírodovČdné vzdČlávání je interdisciplinarita þi ještČ lépe multidisciplinarita. Možné je tedy uvažovat nové paradigma jako paradigma multidisciplinární (Škoda, Doulík, 2009). Trendy multidisciplinarity se podobnČ jako ve vČdních oborech zaþínají projevovat i v pĜírodovČdném vzdČlávání. U nás se možnost integrace výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ a implementace vzdČlávacího obsahu tzv. prĤĜezových témat uplatĖuje v RVP a zaþíná prostupovat celou školskou soustavou.

133

Souþasné multidisciplinární paradigma je možno chápat jako pokus o kompozitní model, který z porozumČní konceptuálnímu systému a metodám pĜírodovČdného poznávání odvozuje sociální relevanci pĜírodovČdného vzdČlávání (tj. využívání pĜírodovČdného poznání žákem v jeho praktickém životČ, jako obþana ve spoleþnosti, pĜi orientaci v environmentálních problémech apod.). Tento model by mČl žákovi podle Maršáka a Janouškové (2007) poskytovat hlavnČ porozumČní fundamentálním pĜírodovČdným pojmĤm a zákonĤm, jež mu potom umožní lépe a hloubČji poznávat reálný svČt, který ho obklopuje, a tím i do jisté míry lépe pĜedpovídat výsledky jeho interakcí s ním. Vedle toho klade multidisciplinární paradigma dĤraz na rozvoj dovedností používání metod vČdeckého zkoumání pĜírodních fenoménĤ (jevĤ, faktĤ, zákonitostí, vlastností, objektĤ, procesĤ atd.). Tento cíl vedle kognitivní zasahuje významnČ i afektivní a psychomotorickou složku rozvoje osobnosti žáka. Prioritní význam je dle Evropského oddČlení Eurydice v EvropČ þasto pĜikládán i komunikaci pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Diskuse v pĜírodovČdných pĜedmČtech mĤže nabývat minimálnČ tĜí forem – diskuse o tom, jakou roli hrají pĜírodní vČdy ve spoleþnosti a jak souvisejí s každodenním životem, diskuse spojené s vyhledáváním informací a diskuse spojené s provádČním pokusĤ. Klíþovou roli hraje zejména spojitost mezi vyhledáváním informací (které pĜedstavuje dovednost v nakládání s údaji a pĜedpokládá urþitou znalost rĤzných zdrojĤ a kvality informací) a diskusí o širších spoleþenských otázkách. Tato spojitost je jasnČ patrná již na úrovni primárního vzdČlávání. PĜírodní vČdy ve vztahu ke každodennímu životu mohou být pochopitelnČ východiskem diskusí založených na pĜirozeném chápání, pomocí nichž mohou uþitelé zjistit, do jaké míry žáci problematice rozumČjí, a které uþební þinnosti jsou pro nČ tedy nejvhodnČjší (Baïdak, Coghlan, 2006). Velký význam je pĜikládán využití tzv. autentického výzkumu pĜí výuce (bližší charakteristiky viz napĜ. Chinn, Malhorta, 2006). Podstatou této metody je, že žáci provádČjí experimenty výzkumného charakteru. Experiment je obvykle dlouhodobý, probíhá podle pĜedem pĜipraveného plánu a podílí se na nČm vČtší skupina žákĤ, pĜípadnČ celá tĜída. Žáci shromažćují výsledky, tĜídí je a uþí se je vyhodnocovat napĜ. formou grafických závislostí a následnČ interpretovat. Nemusí pĜitom jít vždy jen o reálný experiment. Jak jsme ukázali v pĜedcházejících kapitolách, je možné s výhodou využít i virtuální experimenty, neboĢ více umožĖují soustĜedit pozornost žákĤ od zjevných makrojevĤ ke skrytým mikrojevĤm, které jsou však nezbytné pro pochopení podstaty daného faktu, jevu þi procesu. Tato metoda rozvíjí u žákĤ schopnost klást otázky, vyhledávat

134

dĤkazy pro svá tvrzení a vytváĜet racionální argumenty. To žákĤm pomáhá nejen porozumČt pĜírodním vČdám, ale vybavuje je takovými dovednostmi a návyky v procesu jejich myšlení, které mají širší využitelnost. Lze také pĜedpokládat, že zkušenosti žákĤ z aktivní úþasti na výzkumných úkolech se pĜenesou do vyšších stupĖĤ pĜírodovČdného vzdČlávání a povedou k redukci pasivity žákĤ pĜi výuce pĜírodovČdných pĜedmČtĤ, jaké jsme þasto svČdky napĜ. na gymnáziích. Jaké perspektivy tedy mĤžeme oþekávat o transformace pĜírodovČdného vzdČlávání, a to zejména v jeho všeobecnČ-vzdČlávací rovinČ? PostupnČ se formující multidisciplinární paradigma pĜírodovČdného vzdČlávání odráží rozvoj výzkumných aktivit v jednotlivých vČdních oborech a formování výzkumných, ale i teoretických problémĤ, které vyžadují úzkou integraci poznatkĤ a pĜístupĤ rĤzných vČdních oborĤ. Lidské bádání však pravdČpodobnČ brzy dostane spoleþného jmenovatele, kterým bude trvale udržitelný rozvoj. Do budoucna je tedy možné uvažovat o zatím hypotetickém paradigmatu trvale udržitelného rozvoje, které zasáhne jak všechny vČdní disciplíny (náznaky tohoto vývoje jsou zĜetelnČ patrné již dnes), tak v pĜeneseném smyslu i oblast vzdČlávání. Vyuþovací proces se stane individualizovaným a pravdČpodobnČ mnohem více virtualizovaným. V mnohem vČtší míĜe bude využívat prvkĤ e-learningu, který se rozšíĜí do všech stupĖĤ vzdČlávání. Vyuþování se bude opírat o využití neurofyziologických poznatkĤ o pamČti a uþení, a to ve vztahu ke konkrétnímu uþícímu se jedinci. Bude založeno na využívání optimálních individuálních strategiích uþení. Je možné uvažovat i o tom, že cíle, rozsah i obsah pĜírodovČdného vzdČlávání budou urþovány individualizovanČ, s ohledem na optimální rozvoj každého jedince a s cílem maximálnČ využít jeho potenciál. VýraznČ se tak zvýší autonomie jedince ve vztahu k edukaþnímu procesu. Do pĜírodovČdného vzdČlávání proniknou poznatky, které jsou dosud diskutovány pouze na úrovni vČdních disciplín (napĜ. využití nanotechnologií, genetické inženýrství, poznatky molekulární a bunČþné biologie atd.). Virtuální prostĜedí umožní zkoumání jevĤ a procesĤ, které se vymykají možnosti pozorování a školních experimentĤ (napĜ. procesy v nitru buĖky, dČje ve vesmíru, geologické procesy atd.). To s sebou pĜinese znaþnou redukci dosud dominujících slovních monologických metod výuky. Pozornost se bude pĜesouvat od popisu jevĤ a faktĤ k vysvČtlování jejich pĜíþin a možnostem jejich ovlivĖování. Velmi výraznou zmČnou budou muset projít i didaktiky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. V mnohem vČtší míĜe než dnes se budou muset zabývat procesem, prostĜedky a metodami didaktické transformace. Budou muset hledat trvale udržitelný rozvoj i v oblasti didaktické redukce, která dnes ve svČtle

135

poznatkĤ moderní vČdy nabývá þím dál více rozmČrĤ didaktické primitivizace, která stále více rozevírá nĤžky mezi tzv. „školní vČdou“ a skuteþným vČdeckým poznáním pĜírodovČdných oborĤ. Virtuální objekty podporující formování pĜírodovČdné gramotnosti žákĤ a studentĤ jako souþásti tzv. virtuálního uþebního prostĜedí (Virtual Learning Environment – VLE) jsou bezesporu aktuálním trendem ICT podpory pĜírodovČdné výuky. PĜinášejí novou dimenzi nejen do laboratoĜí ale i do každodenního života žákĤ, studentĤ, uþitelĤ i každého dalšího zájemce o pĜírodovČdné vzdČlávání. Nové možnosti takĜka kdykoliv nČco aktuálnČ pozorovat, zmČĜit, ovládat z kteréhokoliv poþítaþe, získat aktuální data z druhé strany svČta, prozkoumat chování modelovaného jevu za rĤzných volitelných podmínek ve vztahu k reálnému prostĜedí by mČly být novou „živou vodou“ pro inovaci pĜírodovČdného vzdČlávání. ICT a zvláštČ jejich síĢovČ komponované systémy ale nenabízejí uþitelĤm a žákĤm jen samá pozitiva, jak by se mohlo zdát po výþtu nejaktuálnČjších trendĤ. Jde jistČ i o prostĜedí rizikové, o prostĜedí vyžadující þasovČ nároþnou pĜípravu, o prostĜedí se stoupající závislostí na technologiích (závislost na energetickém zdroji, na provozu serverĤ, na možnostech a kvalitČ software, na logice, na nástrojích a struktuĜe, na možnostech komunikace atd.), o prostĜedí se zdravotnČ hygienickými riziky atd. DĤvody pro neustálou kritickou evaluaci vytvoĜených a realizovaných prostĜedkĤ virtuální komunikace ve školním prostĜedí a potĜeba integrace odborného potenciálu informatikĤ a didaktikĤ v našem pĜíkladČ prezentovaných pĜírodovČdných pĜedmČtĤ a zejména chemie se zdají být v souþasné dobČ více než zĜejmé. Marshall McLuhan (1991) psal již v roce 1964 o médiích jako o prodlouženích a zesíleních lidských smyslĤ. Virtualizace, virtuální prostĜedí a virtuální výukové objekty mohou výraznČ ovlivnit schopnosti vnímání a interpretace okolního svČta, tzn. podpoĜit pozitivní promČny našich školských systémĤ. Jejich aplikace však nemĤže být samoúþelná, tedy musí být provázena nalezením optimálního zamČĜení þi paradigmatu pĜírodovČdné výuky jako podstatné složky formování jak všeobecného vzdČlání tak pĜíslušné specializace.

136

8 Literatura ÅHLBERG, M. (2004). Varieties of concept mapping. In A. J. Cañas, J. D. Novak, F. M. Gonzáles (eds.). Concept Maps: Theory, Methodology, Technology. Proc. of the First Int. Conference on Concept Mapping. Pamplona, 2004. ÅHLBERG, M., AHORANTA, V. (2002). Two improved educational theory based tools to monitor and promote quality of geographical education and learning. International Research in Geographical and Environmental Education, vol. 11, þ. 2, s. 119 – 137. AIVEZIDAS, C., LAZARIDOU, M., HELLDEN, G., F. (2006). A Comparison Between Traditional and an Online Environmental Educational Program. The Journal of Environmental Education, vol. 37, no. 4., s. 45 – 54. BACKETT – MILBURN, K., MCKIE, L. (1999). A Critical Appraisal of the Draw and Write Technique. Health Education Research, 14, 387 – 398. BACON, F. (1990). Nové organon. Praha: Svoboda. BAÏDAK, N., COGHLAN, M. (2006). Science Teaching in School in Europe. Policies and Research. Brussels: Eurydice. BARAN, J., CURRIE, R., KENNEPOHL, D. (2004). Remote Instrumentation for the Teaching Laboratory. J.Chem. Ed., 81, 1814 – 1816. BARRON’S EDUCATIONAL SERIES. (2011). Android Market. Painless Chemistry Challenge. [online] Dostupné na WWW: [cit. 2011-10-27] BASTIAN, J., GUDJONS, H., SCHNACK, J. (2001). Theorie des Projektunterrichts. Bremen: Bergmann & Helbig. BAUDRILLARD, J. (1996). O SvádČní. Olomouc: Votobia. BENEŠ, P., PUMPR, V., BANÝR, J. (1993). Základy chemie 1. Praha: Fortuna. BERTRAND, Y. (1998). Soudobé teorie vzdČlávání. Praha: Portál. BÍLEK, M. (1991). Stanovení koncentrace potravináĜského octa s využitím mikropoþítaþe COMMODORE 64, In Chemický experiment a technika, poþítaþe, video, ekologie - Sborník mezinárodního semináĜe o vyuþování chemii. Hradec Králové: PF, s. 49 – 51. BÍLEK, M. (1996). Poþítaþová podpora experimentálních þinností ve výuce. [Disertaþní práce]. Praha: PdF UK. BÍLEK, M. a kol. (1997). Výuka chemie s poþítaþem. Hradec Králové: Gaudeamus. BÍLEK, M. (1999a). Metodologické aspekty poþítaþové podpory výuky pĜírodním vČdám s konkretizací na výuku chemie (Komentovaný soubor prací). [Habilitaþní práce]. Banská Bystrica: UMB. BÍLEK, M. (1999b). Vzdálená laboratoĜ pro výuku chemie. In Pregraduální pĜíprava a postgraduální vzdČlávání uþitelĤ chemie – Sborník pĜednášek. Ostrava: OU, s.107 – 112. BÍLEK, M. a kol. (2001). Psychogenetické aspekty didaktiky chemie. Hradec Králové: Gaudeamus.

137

BÍLEK, M. (2003). Didaktika chemie – výzkum a vysokoškolská výuka. Hradec Králové: Miloš Vognar - M&V. BÍLEK, M. (2005). ICT ve výuce chemie. Hradec Králové: SIPVZ a Gaudeamus. BÍLEK, M. (2005a). SIPVZ a další vzdČlávání uþitelĤ chemie ve využívání ICT – Modul PM. In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie/Actual Questions of Chemistry Education XV. – Sborník pĜednášek XV. Mezinárodní konference o výuce chemie. Gaudeamus : Hradec Králové, s. 521 – 524. BÍLEK, M. (2005b). Why to Learn Science and Technology? Selected Results of the International ROSE Project. In E. Mechlová (ed.). Information and Communication Technology in Education – Proceedings, University of Ostrava : Ostrava, s. 11 – 14. BÍLEK, M. a kol. (2007a). Vybrané aspekty vizualizace uþiva pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Hradec Králové: Miloš Vognar - M&V. BÍLEK, M. (2007b). Róznice w odbiorze przez uczniów klasycznych modeli a modeli nowej generacji w nauczaniu chemii. In J. R. PaĞko, M. NodzyĔska, P. CieĞla, P. (eds.). Komputerowe modele dynamiczne w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych. Krakow: AP i Fundusz Wyszehradzki, s. 14 – 19. BÍLEK, M. et al. (2010). Interakce virtuálního a reálného prostĜedí ve všeobecném chemickém vzdČlávání – pĜíklad mČĜení pH. [Zpráva o realizaci dílþího výzkumu v rámci Ĝešeného projektu GAýR þ. 406/09/0359], [online] Dostupné na WWW: [cit. 2011-0710] BÍLEK, M. (2011). Virtualizace ve všeobecném chemickém vzdČlávání: pĜíležitosti a rizika. Biologie, chemie, zemČpis, roþ. 20, þ. 3x, s. 9 – 16. BÍLEK, M., KONÍěOVÁ, V., HRUŠKA, L. (2002). Vliv neverbálních prvkĤ didaktických testĤ z chemie na úspČšnost žákĤ ZŠ. In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie XII. Sborník mezinárodní konference o výuce chemie, Hradec Králové : Gaudeamus, s. 138 – 142. BÍLEK, M., KRÁLÍýEK, I. (2007). Názory uþitelĤ pĜírodovČdných pĜedmČtĤ na rozšiĜování aprobace. In M. Bílek, I. Králíþek, I. Volf (eds.) RozšiĜující studium uþitelství pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. NámČty, souvislosti a návrhy realizace. Hradec Králové: Gaudeamus, s. 63 – 70. BÍLEK, M., MACHKOVÁ, V., ŠIMONOVÁ, I. (2011). The Virtual World in the General Chemistry Education – Experience in Developing the Pregraduate Teachers´Competences in the Czech Republic. In Conference i-Society Proceedings [CD-Rom], London. BÍLEK, M., PAĝKO, J. R. (2004). Porównanie wyników testu obrazkowego z testem slownym. In J. R. PaĞko (ed.). Badania w dydaktyce chemii. Kraków: Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, s. 21 – 25. BÍLEK, M., RYCHTERA, J. (1999). Chemie krok za krokem. Praha : MobyDick. BÍLEK, M., RYCHTERA, J. (2000). Chemie na každém kroku. Praha : MobyDick. BÍLEK, M., SLABÝ, A., RYCHTERA, J. (2000). "WEB-BASED" modely vysokoškolské pĜípravy uþitelĤ chemie. Technológia vzdelávania, 7/2000, roþník VIII., s. 9 – 12. BÍLEK, M., TURýÁNI, M. (2006). Vzdálené a virtuální laboratoĜe ve výuce a v pĜípravČ uþitelĤ pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Pedagogika, roþ. LVI, 4/2006, s. 361 – 372. BÍLEK, M., ULRICHOVÁ, M. (2007). Využití Internetu ve výucena základní škole. Hradec Králové: Gaudeamus.

138

BLOOM, J. W. (1995). Assessing and extending the scope of children's contexts of meaning: context maps as a methodological perspective. International Journal of Science Education, vol. 17, þ. 2, s. 167–187. BRESTENSKÁ, B. (1988). Možnosti využitia mikropoþítaþov v uþebnom predmete chémia na základnych a stredných školách. [Kandidátská disertace], Bratislava: PrF UK. BROCKMEYEROVÁ - FENCLOVÁ, J. (1986). Základní vČdecké oblasti didaktiky fyziky a jejich metody. Matematika a fyzika ve škole, 16, 1985/86, s. 107 – 116. BUCAT, B., FENSHAM, P. (eds.) (1995). Selected Papers in Chemical Education Research. Implications for the Teaching of Chemistry. The Committee on Teaching of Chemistry, IUPAC, University of Delhi, India. BUREŠ, J. (2002). Uþení a pamČĢ. In C. Höschl, J. Libiger, J. Švestka (eds.). Psychiatrie. Praha: Tigris. BURLEY, J., D., JOHNSTON, H., S. (2007). A Simple Calorimetric Experiment That Highlights Aspects of Global Heat Retention and Global Warming. J. Chem. Ed., vol. 84., þ. 10., s. 1686. BUSS, C. D. (1992). Personality and Learning Styles. In Some Issues Concerning Curriculum and Instruction. Pedagogika, roþ. 42, s. 219 – 221. BUZAN, T. (2001). The Power Of Creative Intelligence. Harper-Collins. BYýKOVSKÝ, P. (1982). MČĜení výsledkĤ výuky. Tvorba didaktického testu. Praha: ýVUT. BYKOV, T., V. a kol. (1983). Stanovljenije chimii kak nauki. Moskva: Izd.Nauka. CARPENTER, E. T. (1982). Pigetian interviews of college students. Lincoln: University of Nebraska. CASHER, O., LEACH, CH., PAGE, CH. S., RZEPA, H. S. (1998). Virtual Reality Modelling Language (VRML) in Chemistry. Chemistry in Britain, 34, 26. CEGARRA-NAVARRO, J., G., RODRIGO-MOYA, B. (2005). Learning facilitating factors of teamwork on intellectual capital creation. Knowledge and Process Management, vol. 12, no. 1, s. 32 – 42. CURRY, L. (1990). One critique of the research on learning styles. Educational Leadership, vol. 48, s. 50 – 56. CYRUS, P., SLABÝ, A., BÍLEK, M. (1997). Informaþní technologie v pĜípravČ stĜedoškolských uþitelĤ technických pĜedmČtĤ. Hradec Králové: Gaudeamus. CYRUS, P., SLABÝ, A., BÍLEK, M (2000). Digital Photography and Image Processing in Education of Engineering Subjects. In IGIP 2000 – conference proceedinhs, Biel : Leuchtturm Verlag, p. 245 – 249. ýÁP, J., MAREŠ, J. (2001). Psychologie pro uþitele. Praha : Portál. ýERNOCHOVÁ, M. (2003). PĜíprava budoucích e-uþitelĤ na e-instruction. Kladno: AISIS o.s. ýERVENKOVÁ, H. (2008). Experimentální þinnosti budoucího uþitele v prĤbČhu pedagogické praxe; [Diplomová práce], Univerzita Hradec Králové. ýIPERA, J. (1979). Vybrané kapitoly z didaktiky chemie. Praha: UK. ýTRNÁCTOVÁ, H. (1982). VýbČr a strukturace uþiva chemie. Praha: SPN.

139

ýTRNÁCTOVÁ, H., BANÝR, J. (1997). Historie a souþasnost výuky chemie u nás. Chemické listy, roþ. 91, þ. 1, s. 59 – 65. DAHNCKE, H., BEHRENDT, H. (2001)Taking Action and Learning Physics – Research in Secondary School Classes in Two Countries Regarding Experiments and Computer Simulation. In N. Valanides (ed.). Science and technology Education: Preparing Future Citizens. Proceedings of the 1st OSTE Symposium in Southern Europe, Volume II. Nicosia: University of Cyprus, p. 324 – 333. DeBOER, G., E. (1991) A History of Ideas in Science Education: Implications for Practice. New York: Teachers College Press. DeHART HURD, S. (2002). Modernizing science education. Journal of Research in Science Teaching, vol. 39, no. 1, s. 3 – 9. DOULÍK, P. (2005a). DČtská pojetí vybraných fenoménĤ z oblasti pĜírodovČdného vzdČlávání na základní škole. [Disertaþní práce]. Trnava : PdF TU. DOULÍK, P. (2005b). Geneze dČtských pojetí vybraných fenoménĤ. Acta Universitatis Purkynianae 107, Studia Paedagogica, Ústí nad Labem : UJEP. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001a). Metoda uþení jako aktivní konstrukce poznatkĤ žáka aplikovaná ve výuce chemie. Biologie, chemie, zemČpis, 3, 125 – 130. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001b). Netradiþní metody výuky chemie. Moderní vyuþování, 4, 8 – 9. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2001c). Otázky diagnostiky pĜi výuce chemie metodou aktivní konstrukce poznatkĤ žáka. Moderní vyuþování. 6, 8 – 9. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2002a). Konstruktivistické metody výuky jako prostĜedek modernizace práce uþitele chemie. In: M. Bílek (ed.). Profil uþitele chemie II. Sborník pĜíspČvkĤ z jednání v sekcích XI. Mezinárodní konference o výuce chemie. Hradec Králové: Gaudeamus, s. 60 – 64. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2002b). Tvorba a ovČĜení výzkumných nástrojĤ kvantitativní diagnostiky prekonceptĤ. In Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis, Ser. D. Supplementum I, No. 6, s. 75 – 82. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2005). Výzkumné metody použitelné k diagnostice dČtských pojetí. In ŠKODA, J. Souþasné trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. Acta Universitatis Purkynianae þ. 106. Studia paedagogica. Ústí nad Labem: UJEP. DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2008). Diagnostika dČtských pojetí a její využití v pedagogické praxi. Acta Universitatis Purkynianae þ. 143. Studia paedagogica. Ústí nad Labem: UJEP. DOULÍK, P., ŠKODA, J., BÍLEK, M. (2004). Cviþebnice vybraných metod pedagogického výzkumu – CD-ROM. PdF UJEP, Ústí nad Labem. [on-line] Dostupné na WWW: [cit. 6.11.2009] DOULÍK, P., ŠKODA, J., HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ L. (2005). Výzkumné metody použitelné k diagnostice dČtských pojetí. Technológia vzdelávania, 8/2005, s. 2 – 8. DOULÍK, S., ŠKODA, J. (2007). UplatnČní prvkĤ environmentální výchovy jako prĤĜezového tématu RVP ZV v uþebnici chemie pro ZŠ. In A. Tóthová, M. Veselský (eds.). ScienEdu. Aktuálne trendy vo vyuþovaní prírodovedných predmetov. Bratislava: Univerzita Komenského, s. 333 – 336.

140

DOVE, J. E., EVERETT, L. A., PREECE, P. F. W. (1999). Exploring a hydrological concept through children's drawings. International Journal of Science Education, vol. 21, þ. 5, s. 485– 497. DRIVER, R., NEWTON, P., OSBORNE, J. (2000). Establishing the norms of scientific argumentation in classrooms. Science Education, vol. 84, pp. 287 – 312. DUHAJSKÝ, J., HOUFKOVÁ, J., BUREŠOVÁ, J. (2005). Využití Internetu ve výuce – Fyzika. Metodická pĜíruþka pro základní školy. Brno : CP Books. DUSCHL, R., A. (1990). Restructuring science education: the importance of theories and their development. New York: Teachers College Press. EasyVid 1.5a (2010). [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11] ES, V., KOPER, R. (2006). Testing the pedagogical expressiveness of IMS. Educational Technology & Society, vol. 9, þ. 1, pp. 229 – 249. FAJKUS, B. (200). Filosofie a metodologie vČdy. Praha: Academia. FENCLOVÁ, J. (1992). Úvod do teorie a metodologie didaktiky fyziky. Praha: SPN. FISCHER, R. (1997). Uþíme dČti myslet a uþit se. Praha: Portál. FRANK, H. (1996). Bildungskybernetik/Klerigkibernetiko. Bratislava & München: Akademia Libroservo, Esprima & KoPäd. FRISCHHERZ, B., SCHÖNBORN, A. (2004). Animations and Simulations as Lerning Objects. Modelling Process and Quality Criteria. In 6. ICNEE – Proceedings, Neuchatel. FRISCHHERZ, B., SCHÖNBORN, A., SCHULIN, R. (2003). More than Facts and Figures – a Typology f E-learning Activities for the Natural Sciences. In 5. ICNEE – Proceedins, Lucerne. GALLARD, A. J. (1994). Learning Science in Multicultural Environments. The Impact of Culture on the Learning and Teaching of Science. In: K. Tobin (ed.). The Practice of Constructivism in Science Education. Hillsdale – New Jersey : Lawrence Erbaum Associates, pp. 171 – 7180. GAVORA, P. (1988). Uþenie sa z textu a metakognitívne procesy. Pedagogika, roþ. 38, s. 661 – 670. GAVORA, P. (1999). Úvod do pedagogického výskumu. Bratislava: Univerzita Komenského. GAZZANIGA, M., S. (2000). The New Cognitive Neurosciences. 2nd Edition. Massachusetts Institute of Technology. GOODMAN, N. (1996). ZpĤsoby svČta-tvorby. Bratislava: Archa. GORGHIU, G., GORGHIU, L., M., SUDUC, A., M., BIZOI, M., DUMITRESCU, C., OLTEANU, R., L. (2009). Related Aspects to the Pedagogical Use of Virtual Experiments. In A. Méndez-Vilas, A. Solano Martín, J. A. Mesa Gonzáles, J. Mesa Gonzáles (Eds.). Research, Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education. Badajoz: Formatex, pp. 809 – 813. GRECA, I. M., MOREIRA, M. A. (2000). Mental models, conceptual models and modelling. International Journal of Science Education, vol. 22, þ. 1, s. 1-11. GREENBOWE, T. (2009). Animations and Simulations. Iowa State University, [on-line] [2009-05-14] Dostupné na WWW:

141

[cit. 2011-11-11] GULIēSKA, H. (1997). Strategia multimedialnego ksztaácenia chemicznego. PoznaĔ : Wydawnictwo Naukowe UAM. HADJ-MOUSOVÁ, Z., DUPLINSKÝ, J. (2002). Diagnostika. Pedagogicko-psychologické poradenství II. Praha: Univerzita Karlova. HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ L., DOULÍK, P., ŠKODA, J. (2005). Základní aspekt Ĝízení uþební þinnosti žákĤ jako aktivní konstrukce poznání. Technológia vzdelávania, 8/2005, s. 12 – 15. HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ, L., ŠKODA, J. (2006). Kompetence koordinátorĤ kurikula školy. In J. Doležalová, D. Vrabcová (eds.). Kompetence uþitele na pozadí souþasné kurikulární reformy. Hradec Králové: Gaudeamus. HALÁKOVÁ, Z., KUBIATKO, M. (2008). Sú budúci uþitelia prírodovedných predmetov tvoriví? Pedagogika, vol. 58, þ. 1, s. 50-60. HARTL, P., HARTLOVÁ, H. (2000). Psychologický slovník. Praha: Portál. HARWOOD, W. (2004). An Activity Model for Scientific Inquiry. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11] HASSARD, J. (1999). The Art of Teaching Science. Oxford University Press. HELD, L., PUPALA, B. (1995). Psychogenéza žiakovho poznania vo vyuþovaní. Bratislava : PdF UK. HELLBERG, J. (1978). Vývoj chemie jako vyuþovacího pĜedmČtu vysoké a všeobecnČ vzdČlávací školy. Hradec Králové: Pedagogická fakulta. HELLBERG, J. (1983). Elementy metodologie vČdeckého poznávání v didaktickém systému všeobecnČ vzdČlávací školy. [Doktorská disertace]. Hradec Králové: PF. HELLBERG, J. et al. (2000). Experimentální Ĝešení problémových úloh v chemii. Hradec Králové (nepublikovaný rukopis). HELLBERG, J., BÍLEK, M. (2000). K souþasnému stavu a vývojovým tendencím výuky chemii ve vybraných zemích Evropské unie. Hradec Králové: Gaudeamus. HERRON, J. D. (1979). The influence of intellectual development on learning chemistry concepts. In Materiaá of III International Conference on Chemical Education, Dublin. HILDEBRAND, J. (1999). Internet: Ratgeber für Lehrer. Köln: Aulis Verlag Deubner. HOLADA, K. (2000). Pedagogika chemie. Specifické þinnosti uþitele chemie a jeho žákĤ. Praha: Univerzita Karlova – Pedagogická fakulta. HOLÝ, I. (1993). Školní chemický experiment ve vysokoškolské pĜípravČ uþitelĤ. [Kandidátská disertace]. Hradec Králové: VŠP. HONEY, S., MUMFORD, A. (2001). The Learning Styles Questionnaire. Maidenhead: S. Honey Publishing. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-03] CHINI, J. J., CARMICHAEL, A., SANJAY REBELLO, N., GIRE, G., PUNTAMBEKAR, S. (2010). Comparing Students’ Performance with Physical and Virtual Manipulatives in a Simple Machines Curriculum. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11]

142

CHINN, C., A., MALHORTA, B., A. (2002). Epistemologically Authentic Inquiry in Schools: A Teoretical Framework for Evaluating Inquiry Tasks. Science Education, vol. 86, pp. 175 – 218. CHRÁSKA, M. Didaktické testy. Brno : Paido, 1999 IEEE Learning Technology Standards Commitee (2002). WG12: Learning Object Metadata. [on-line], Dostupné na WWW: [cit. 2004-05-25] JANÍK, T. (2009). Didaktické znalosti obsahu a jejich význam pro oborové didaktiky, tvorbu kurikula a uþitelské vzdČlávání. Brno: Paido, s. 119. JAROSIEVITZ, B. (2009). ICT use in science Education. In: Méndez-Vilas, A., Solano Martín, A., Mesa Gonzáles, J., A., Mesa Gonzáles, J. (Eds.) Research, Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education. Badajoz: Formatex, pp. 382 – 386. JELEMENSKÁ, P., SANDER, E., KATTMANN, U. (2003). Model didaktickej rekonštrukcie: Impulz pre výzkum v oborových didaktikách. Pedagogika, roþ. 53. þ. 2, s. 190 – 201. KANSANEN, P. (2002). Didactics and its relation to educational psychology: Problems in translating a key concept across research communities. International Review of Education, vol. 48, þ. 6, pp. 427 – 441. KAPADIA, R., BOROVCNIK, M. (1991). Chance Encounters: Probability in Educatin. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. KAPPENBERG, F. (1988). Computer im Chemieunterricht. Stuttgart: Verlag Dr. Flad. KATTMAN, U., DUIT, R., GROPENGIEßER, H. (1998). The Model of Educational Reconstruction - Bringing together Issues of Scientific Clarification and Students' Conceptions. In ERIDOB. Kiel: Leibniz Institute for Science Education, pp. 253-262. KING, A. (1997). ASK to THINK-TEL WHY®©: A model of transactive peer tutoring for scaffolding higher level complex learning. Educational Psychologist (1997), Volume: 32, Issue: 4, pp. 221 – 235. KING, A., STAFFIERI, A., ADELGAIS, A. (1998). Mutual peer tutoring: Effects of structuring tutorial interaction to scaffold peer learning. Journal of Educational Psychology, vol. 90, þ. 1, pp. 134 – 152. KOHOUTEK, R. (2008). Kognitivní vývoj dČtí a školní vzdČlávání. Pedagogická orientace, þ. 3, s. 3 – 22. RVP ZV (2007). Rámcový vzdČlávací program pro základní vzdČlávání (se zmČnami provedenými k 1. 9. 2007). Praha: VÚP. KOLÁě, K., DOLEŽAL, R., MYŠKA, K., DOSTÁL, H. (2004). Informaþní technologie ve výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 164. KOLÁě, K., MYŠKA, K., DOLEŽAL, R., MAREK, M. (2006). Poþítaþové modely ve výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus. KOLÁě, K., MYŠKA, K., TOMEýEK, O. (2000). Acta Univ. Matthiae Belli (Chémia), 4, 80. KOLB, A., KOLB, D., A. (2001). Experiential Learning Theory Bibliography 1971-2001. Boston: McBer and Co.

143

KOMENSKÝ, J. A. (1999). Orbis Sensualium Pictus. [on-line]. Dostupné na WWW:
144

LOWE, J., A. (1997). Scientific concept development in Solomon Island students: a comparative analysis. International Journal of Science Education, vol. 19., no. 8, pp. 743 – 759. LUSTIG, F. (2001). Interaktivní internetové laboratorní studio ISES. In E. Mechlová (ed.). Information and Communication Technology in Education - Proceedings, Ostrava: Ostravská univerzita, s. 32 – 53. LUSTIG, F. (2003). Distanþní fyzikální laboratoĜe. In E. Mechlová (ed.). ICTE 2003 – sborník pĜíspČvkĤ, Ostrava: PĜF OU, s. 27 – 34. LUSTIGOVÁ, Z., ZELENDA, S. (1997). Vzdálená laboratoĜ pro výuku fyziky. In Poškole 97, Praha: ýVUT, s. 66 – 71. MACEK, Z. (1997). Obraz jako didaktický prostĜedek. Praha: MVS, 137, s. 453 – 467. MACHKOVÁ, V., BÍLEK, M. (2010). Využití webové aplikace pĜi výuce chemie. Media4u magazine, roþ. 7, þ. X3, s. 114 – 117. [online]. Dostupné na WWW: http://www.media4u.cz MAREŠ, J. (1998). Styly uþení žákĤ a studentĤ. Praha: Portál, 1998. MARŠÁK, J., JANOUŠKOVÁ, S. (2007). Trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. [online] Dostupné na WWW: [cit. 2007-07-14] MARTÍNEZ-JIMÉNES, P., PONTES-PEDRAJAS, A., POLO, J., CLIMENT-BELLIDO, M. S. (2003). Learning in Chemistry with Virtual Laboratories. J.Chem. Educ., 80, 346 – 352. MARTON, F. (1994). Phenomenography. In T. Husén, T. N. Postlethwaite (eds.) The International Encyclopedia of Education. Second edition, vol. 8. Pergamon, s. 4424 – 4429. [on-line] Dostupné na WWW: http://www.ped.gu.se/biorn/phgraph/civil/main/1res.appr.html [cit. 6.11.2009]. MATċJģ, P. (2000a). Tisková zpráva k projektu SIALS [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2000-09-03]. MATċJģ, P. (2000b). Jak jsme dopadli ve výzkumu funkþní gramotnosti [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2000-09-03]. MATURANA, H., R., VARELA, F., J. (1987). The Tree of Knowledge: The Biological Roots of Human Understanding. Boston: Shambhala. MAYER, R. E., ANDERSON, R. B. (1991). Animations need narrations: An experimental test of dual-coding hypothesis. Journal of Educational Psychology, Vol. 83. McLUHAN, M. (1991). Jak rozumČt médiím? Praha: Academia. MECHLOVÁ, E. (1999). Výkladový slovník fyziky pro základní vysokoškolský kurz. Praha: Prométheus. MERCER, N., LITTLETON, K. (2007). Dialogue and the development of children's thinking: A sociocultural approach. London: Routledge. MILGRAM, P., KISHINO, F. A. (1994). Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays. In IECE Trans. on Information and Systems (Special Issue on Networked Reality), Vol. E77-D, no. 12 pp. 1321 – 1329. MIRANOWICZ, N., MIRANOWICZ, M. (2009) Chemistry education with podcasts. Strategy and effectiveness. In Reflections and Innovations in Integrating ICT in Education. 1, 1, s. 338-341. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11].

145

MOLEFE, N. P. J., LEMMER, M., SMIT, J. J. A. (2005). Comparison of learning effectiveness of computer-based and conventional experiments in science education. South Africa Journal of Education, vol. 25, þ. 1, s. 50-55. MOLNÁR, A., REJCHRTOVÁ, N. (1987). Jan Amos Komenský – O sobČ. Praha : Odeon. MOSS, D., M., ABRAMS, E., D., ROBB, J. (2001). Examining student conceptions of the nature of science. International Journal of Science Education, vol. 23, þ. 8, s. 771–790. MÜLLEROVÁ, L., ŠKODA, J., ŠIKULOVÁ, R. (2000). Diagnostika a identifikace uþebních stylĤ žákĤ jako nezbytný pĜedpoklad pro možnost hledání efektivních uþebních postupĤ.. In Acta Facultatis Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis. Zborník Pedagogickej fakulty Trnavskej Univerzity. Séria D - Vedy o vychove a vzdelávání. Trnava: Trnavská univerzita, Pedagogická fakulta, s. 83 – 87. MUNDELL, D., W. (2009). Marangoni Flowers and the Evil Eye: Overhead Presentations of Marangoni Flow. J. Chem. Ed., vol. 86., þ. 7., p. 833. MYŠKA, K., KOLÁě, K. (2001). Vybrané aplikace poþítaþové grafiky ve výuce chemie. In II. vedecká konferencia doktorandov, PrF UKF, Nitra, s. 249 – 253. MYŠKA, K., KOLÁě, K. (2002). Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis, Ser. D., Suppl. I, 6, 53. MYŠKA, K., KOLÁě, K., MAREK, M. (2006). Vzorce, modely a poþítaþová grafika ve výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus. NATIONAL SCIENCE RESOURCES CENTER of the National Academy of Sciences and the Smithsonian Institution. (1997). Science for All Children. A Guide to Improving Elementary Science Education in Your School District. Center for Science, Mathematics, and Engineering Education. NEWTON, L., D., NEWTON, D., P. (1998). Primary children's conceptions of science and the scientist: is the impact of a national curriculum breaking down the stereotype? International Journal of Science Education, vol. 20, þ. 9, s. 1137-1149. NEZVALOVÁ, D. (2010). Assessing Science for Understanding. Olomouc. UP. NEZVALOVÁ, D. a kol. (2010). Inovace v pĜírodovČdném vzdČlávání. Olomouc: UP. NICOLL, G., FRANCISCO, J., NAKHLEH, M. (2001). A three-tier system for assessing concept map links: a methodological study. International Journal of Science Education, vol. 23, þ. 8, s. 863-875. NODZYēSKA, M. (2002). K pravidlĤm vyuþování chemie na základČ Piagetovy konstruktivistické teorie. In: M. Bílek (ed.) Aktuální otázky výuky chemie XII., Gaudeamus : Hradec Králové, s. 85 – 86. NOVAK, J. D. (1980). Learning theory applied to the biology classroom. The American Biology Teacher, vol. 42, þ. 5, s. 280 – 285. NOVAK, J. D. (1998). Learning, creating and using knowledge. Concept Maps™ as facilitative tools in schools and in corporations. London: Lawrence Erlbaum. NOVAK, J. D. (2002). Meaningful learning: The essential factor for conceptual change in limited or inappropriate prepositional hierarchies leading to empowerment of learners. Science Education, vol. 86, þ. 4, s. 548 – 571. NOVAK, J. D., GOWIN, D. B. (1984). Learning how to learn. New York: Cambridge University Press. 146

OLDANYGROUP (2011). Co je virtualizace? Dostupné na [cit. 2011-11-11]

WWW:

OLYMPIOU, G., ZACHARIA, Z. C. (2010). Implementing a blended combination of physical and virtual laboratory manipulatives to enhance students’ learning through experimentation in the domain of Light and Color. [online] Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11] OSBORNE, R., J., GILBERT, J., K. (1980). A method for the investigation of concept understanding in science, European Journal of Science Education, vol. 2, þ. 3, s. 311-321. OSUSKÁ, ď., PUPALA, B. (1996). „To je ako zázrak pĜírody“: fotosyntéza v žiakovom poĖatí. Pedagogika, vol. XLVI, þ. 3, s. 214-223. OXFORD, R., L. (1990). Language Learning Strategies: What Every Teacher Should Know. Boston: Heinle & Heinle. PACHMANN, E., HOFMANN, V. (1981). Obecná didaktika chemie. Praha: SPN. PAĝKO, J. R. (2004). Koncepcja tworzenia modeli dynamicznych do stosowania w procesie ksztaátowania pojĊü dotycących struktury materii na poziome Ğwiata mikro. In K. Myška (ed.) Informaþní technologie ve výuce chemie. Hradec Králové : Gaudeamus. PEýIVOVÁ, M., ŠKODA, J. (2001). Konkretizace aktivní tvorby poznatkĤ žákem v pĜípravČ uþitelĤ chemie. [ZávČreþná zpráva o plnČní projektu FRVŠ B0672]. Ústí nad Labem : PF UJEP. PETTY, G. (1996). Moderní vyuþování. Praha, Portál. PIAGET, J. (1977). Dokąd zmierza edukacja. PWN : Warszawa. PIAGET, J. (1999). Psychologie inteligence. Praha: Portál. PINTÓ, R. (2005). Introducing curriculum innovations in science: Identifying teachers' transformations and the design of related teacher education. Science Education, vol. 89, no. 1, s. 1 – 12. POPPER, K. R. (1997). Logika vČdeckého zkoumání. Praha: OIKOYMENH. POSNER, C. J., GERTZOG, W. A. (1982). The clinical interview and the measurement of conceptual change. Science Education, vol. 66, þ. 2, s. 195-209. PRALL, B., R. (2008). Phenolphthalein-Pink Tornado Demonstrative. J. Chem. Ed., vol. 85., þ. 2., p. 527. PRģCHA, J. (1984). Nové teorie uþení z textu. ýeskoslovenská psychologie, 28, No. 2, Bratislava, s. 143 – 151. PRģCHA, J. (1987). Uþení z textu a didaktická informace. Praha : Academia. PRģCHA, J. (1997). Moderní pedagogika. Praha : Portál. PRģCHA, J., WALTEROVÁ, E., MAREŠ, J. (1995). Pedagogický slovník. Praha : Portál. RANVIC LABS. (2010) Android Market [online]. [cit. 2011-10-27]. Perfect Chemistry Lite. Dostupné na WWW: https://market.android.com/details?id=com.ranviclabs.chemistry.lite&feature=search_result#? t=W251bGwsMSwyLDEsImNvbS5yYW52aWNsYWJzLmNoZW1pc3RyeS5saXRlIl0. [cit. 2011-11-11]

147

RAQUEPAU, C., A., RICHARDS, L. M. (2002). Investigating the environment: teaching and learning with undergraduates in the sciences. Reference Services Review, vol. 30, no. 4, pp. 319 – 323. REDISH, E. F., SAUL, J. M., STEINBERG, R. N. (1997). The effectiveness of activeengagement computer-based laboratories. American Journal of Physics, vol. 65, s. 45-54. REINER, M., GILBERT, J., K. (2004). The symbiotic roles of empirical experimentation and thought experimentation in the learning of physics. International Journal of Science Education, vol. 26., þ. 15., pp. 1819 – 1834. RIDING, R., CHEEMA, I. (1991). Cognitive styles – an overview and integration. Educational Psychology, No. 3/4, pp. 193 – 212. RIEDEL, H. (1991a). Neufassung des Modells der Internoperationen. Grkg/Humankybernetik, Band 32, Heft 2, S. 57. RIEDEL, H. (1991b). Schwierigkeitsstufung von Internoperationen und unterrichtliche Maengel. Grkg/Humankybernetik, 3, 32, S. 103 – 114. RIEDEL, H. (1992). Das Modell der Internperationen als Baustein innerhalb der Systemischen Didaktik. Grkg/Humankybernetik, Band 33, Heft 3, S. 115. RIEDEL, H. (1993). Systemisches Modell zur Differenzierung von Lernsituationen. Grkg/Humankybernetik, 2, 34, S. 51 – 65. RIEDEL, H. (1994a). Der Unterrichts-Prozess in kybernetisch-paedagogischer und systemisch-didaktischer Sicht. Grkg/Humankybernetik, 1, 35, S. 13 – 25. RIEDEL, H. (1994b). Grundgedanken der Systemischen Didaktik. In M. Lánský, I. Fialová (eds.) Bildungskybernetik in Forschung und Lehre. Praha : KAvaPech, S. 51 – 92. RIEFOVÁ, S. L. (2007). NesoustĜedČné a neklidné dítČ. Praha: Portál. RIJLAARSDAM, G., COUZIJN, M., JANSSEN, T., BRAAKSMA, M., KIEFT, M. (2006). Writing Experiment Manuals in Science Education: The impact of writing, genre, and audience. International Journal of Science Education, vol. 28., þ. 2 – 3, pp. 203 – 233. RINGNEY, J. W., LUTZ, K. A. (1976). Effect of graphic analogies of concepts in chemistry on learning and attitude. Journal of Educational Psychology 68, 3. ROTBLAT, J. (1999). A hippocratic oath for scientists. Science, vol. 286, no. 5444, p. 1475 RUBINSTEIN, J., S., MEYER, D., E., EVANS, J., E. (2001). Executive Control of Cognitive Processes in Task Switching. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, vol. 27, no. 4, pp. 763 – 797. RUSEK, M. (2011). Mobilní technologie ve vzdČlávání: výzva i pro didaktiku chemie. Media4u magazine, roþ. 8, þ. X3, s. 116 – 121. [online] Dostupné na WWW: http://www.media4u.cz [cit. 2011-12-11] RYE, J. A., RUBBA, P. A. (1998). An exploration of the concept map as an interview tool to facilitate the externalization of students' understandings about global atmospheric change. Journal of Research in Science Teaching, vol. 35, þ. 5, s. 521-546. RYCHTERA, J. (2003). UplatĖování zpČtnovazebních principĤ v rámci praktické složky pregraduální pĜípravy uþitelĤ, In Pregraduální pĜíprava a postgraduální vzdČlávání uþitelĤ chemie. Ostrava: PĜF OU, s. 151.

148

RYCHTERA, J., BÍLEK, M., HLADÍKOVÁ, D., ýERVENKOVÁ, H., ěEHULKOVÁ, R. (2009). Videotechnika jako prostĜedek zefektivĖování studia i prostĜedek pedagogického výzkumu. In M. Bílek (ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. – Sborník 19. Mezinárodní konference o výuce chemie, 1. þást: PĤvodní výzkumné práce, teoretické a odborné studie. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 229 – 237. RYCHTERA, J., BÍLEK, M., MYŠKA, K. (2009). PĜíspČvek k vizualizaci chemického experimentu. In SúþasnosĢ a perspektívy didaktiky chemie II.Banská Bystrica: UMB, s. 67. RYCHTERA, J., HLADÍKOVÁ, D. (2004). Profesní portfolio uþitele a jeho pĜínos uþitelskému vzdČlávání; In Profese uþitele a souþasná spoleþnost. Ústí n.L.: UJEP, s. 20. ěÍýAN, P., VÁGNEROVÁ, M. (1991). DČtská klinická psychologie. Praha: Avicenum. SADLER, P. M. (1998). Psychometric models of student conceptions in science: reconciling qualitative studies and distractor-driven assessment instruments. Journal of Research in Science Teaching, vol. 35, s. 269-296. SADLER-SMITH, E. (1997). „Learning Style“: Frameworks and Instruments. Educational Psychology, No. 1/2, pp. 51 – 64. SANGER, M. J. Using Particulate Drawings to Determine and Improve Students' Conceptions of Pure Substances and Mixtures. J. Chem. Ed., 2000, vol. 77, þ. 6, s. 762. SEDLÁKOVÁ, M. (2004). Vybrané kapitoly z kognitivní psychologie. Mentální reprezentace a mentální modely. Praha: Grada. SEIFERT, J. W. (2004). Visualisieren, Präsentieren, Moderieren. Das Standardwerk. 21. vydání. Offenbach : Gabal. SHULMAN, L., S. (1987). Knowledge and teaching: Foundations of the new reform. Harvard Educational Review, vol. 57, pp. 1 – 22. SCHREINER, C., SJØBERG, S. (2004). Sowing the seeds of ROSE. Background, Rationale, Questionnaire Development and Data Collection for ROSE (The Relevance of Science Education) - a comparative study of students' views of science and science education. Acta Didactica. (4/2004) Oslo : Dept. of Teacher Education and School Development, University of Oslo. SILVA, R., LIMA, N., COQUET, E., CLÉMENT, P. (2004). Portuguese primary school children's conceptions about digestion: identification of learning obstacles. International Journal of Science Education, vol. 26, þ. 9, s. 1111-1130. SIMPSON, A., J., SHIRZADI, A., BURROW, T., LEFEBVRE, B., CORRIN, T., DICKS, A. P. (2009). Use of NMR and NMR Prediction Software To Identify Components in Red Bull Energy Drinks. J. Chem. Ed., vol. 86., þ. 3, p. 360. SJØBERG, S. (2009). Young people and science. Attitudes, values and priorities. Evidence from the ROSE project. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11]. SKALKOVÁ, J., SÝKORA, M., DUCHÁýKOVÁ, O. (1980). SovČtská pedagogika a další rozvoj þeskoslovenské výchovnČ vzdČlávací soustavy. Olomouc: Krajský pedagogický ústav. SKORŠEPA, M., KMEġOVÁ, J. (2005). Posibilities of Internet in Chemical Experimentation. In: M. Bílek (ed.) Internet in Science and Technical Education. Hradec Králové: Gaudeamus, pp. 62 – 65.

149

SLABÝ, A., BÍLEK, M. (2001). Promotion of Geometrical Imagination by Mathematical Modelling and Visualization in Technical Teacher Training. In IGIP 2001 – conference proceedings, Klagenfurt : Leuchtturm Verlag. SLOTTE, V., LONKA, K. (1999). Spontaneous concept maps aiding the understanding of scientific concepts. International Journal of Science Education, vol. 21, þ. 5, s. 515–531. SMITH, G. W., PUNTAMBEKAR, S. (2010). Examining the Combination of Physical and Virtual Experiments in an Inquiry Science Classroom. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11] SNIDER, V. E. (1990). What We Know About Learning Styles from Research in Special Education. Educational Leadership, 47, No.1, p. 53. SOLÁROVÁ, M. (2009). Metodika výuky chemie na 2. stupni základních škol a stĜedních školách z pohledu pedagogické praxe. Ostrava: Ostravská univerzita. SOLÁROVÁ, M., ŠVEC, V. (1998). Styly uþení z textu u žákĤ gymnázia. Pedagogická orientace. Brno, No. 3, s. 56 – 66. SONNENWALD. D., H., KIM, S.-L. (2002). Investigating the Relationship between Learning Style Preferences and Teaching Collaboration Skills and Technology: An Exploratory Study. In E. Toms (ed.). Proceedings American Society for Information Science and Technology, pp. 64 – 73. SOVÁK, M. (1990). Uþení nemusí být muþení. Praha: SPN. STERNBERG, R. J. (1988). The Nature of Creativity: Contemporary Psychological Perspectives. London : Cambridge University Press. STETSON UNIVERSITY (2011) Android Market [online]. [cit. 2011-10-27]. MajhongChem. Dostupné na WWW: https://market.android.com/details?id=com.mahjongchem&feature=search_result#?t=W251b GwsMSwyLDEsImNvbS5tYWhqb25nY2hlbSJd [cit. 2011-11-11]. STEWART, J., VAN KIRK, J., ROWELL, R. (1979). Concept maps: A tool for use in biology teaching. The American Biology Teacher, vol. 41, þ. 3, s. 171 – 175. STODDART, T., ABRAMS, R., GASPER, E. (2000). Concept maps as assessment in science inquiry learning – a report of methodology. International Journal of Science Education, vol. 22, þ. 12, s. 1221–1246. STÖRIG, H., J. (1993). Malé dČjiny filozofie. Praha: Zvon. SWELLER, J. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty and instructional design. Learning and Instruction, vol. 4, sp. 295-312. ŠIMONOVÁ, I., POULOVÁ, P., ŠABATOVÁ, M. et al. (2009). On Contribution of Modern Technologies towards Developing Key Competencies. Hradec Králové: Miloš Vognar M&V. ŠKODA, J. (2005). Souþasné trendy v pĜírodovČdném vzdČlávání. Acta Universitatis Purkynianae 106, Studia Paedagogica, Ústí nad Labem : UJEP. ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2005). Popularizace výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ – nová výzva pro oborové didaktiky? In M. Bílek (ed.) Aktuální otázky výuky chemie/Actual Questions of Chemistry Education XV. – Sborník pĜednášek XV. Mezinárodní konference o výuce chemie. Hradec Králové: Gaudeamus, s. 421 – 426. ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2009a). Vývoj paradigmat pĜírodovČdného vzdČlávání. Pedagogická orientace, roþ. 19, þ. 3, s. 24 – 44. 150

ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2009b). Lesk a bída školního chemického experimentu. In M. Bílek (ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. Research, Theory and Practice in Chemistry Didactics XIX. 1. þást: PĤvodní výzkumné práce, teoretické a odborné studie. Hradec Králové: Gaudeamus s. 238 – 245. ŠKODA, J., DOULÍK, P. (2011). Psychodidaktika. Metody efektivního a smysluplného uþení a vyuþování. Praha: Grada. ŠKODA, J., DOULÍK, S., HAJEROVÁ-MÜLLEROVÁ, L. (2005). Implementace prvkĤ popularizace do výuky pĜírodovČdných pĜedmČtĤ. Technológia vzdelávania, þ. 8, s. 9 – 12. ŠKODA, J., PEýIVOVÁ, M., DOULÍK, P. (2003). The Importance of Illustrative Presentations in Teaching Chemistry by Applying Constructivist Methods. In M. Bílek a kol. Visualization in Science and Technical Education. Gaudeamus, Hradec Králové, s. 13 – 19. THORNTON, R. K. (1999). Using Results of Research in Science Education to Improve Science Learning. In International Conference on Science Education, Nicosia, Cyprus, Jan., 1999, pp. 1 – 9. [online]. Dostupné na WWW: [cit. 2011-11-11] TàACZAàA, W., GORGHIU, G., GLAVA, A., E., BAZAN, P., KUKKONEN, J., MĄSIOR, W., UĩICKI, J., ZAREMBA, M. (2006). Computer simulation and modeling in virtual physics experiments. Current Developments in Technology-Assisted Education, Vol. 1, p. 1198. TRNA, J. (2005). Nastává éra mezioborových didaktik? Pedagogická orientace, þ.1, s. 89 – 97. TRUJILLO, C., A. (2005). A Modified Demonstration of the Catalytic Decomposition of Hydrogen Peroxide. J. Chem. Ed., vol. 82., þ. 6., p. 855. TRUMBO, J. (1999). Visual Literacy and Science Communication. Science Communication 20, 409 - 425. TURýÁNI, M., BÍLEK, M., SLABÝ, A. (2003). Prírodovedné vzdelávanie v informaþnej spoloþnosti. Edícía Prírodovedec þ. 115, Nitra: FPV UKF. URBANOVÁ, A., OROLÍNOVÁ, M. (2004). Priebežné výsledky riešenia projektu integrovaného vyuþovania prírodných vied pre základnú školu. In J. Šibor (ed.). Mezinárodní semináĜ didaktikĤ chemie – sborník anotací pĜíspČvkĤ s CD-Rom (full-texty pĜíspČvkĤ), Brno: MU, s. 102/14. VÁGNEROVÁ, M. (2001). Kognitivní a sociální psychologie pro žáka základní školy. Praha: Karolinum. VARELA, F., J., MATURANA, H., R., URIBE, R. (1974). Autopoiesis: the organization of living systems, its characterization and a model. Biosystems, vol. 5, pp. 187 – 196. VERMUNT, J. D., VERMETTEN, Y. J. (2004). Patterns in student learning: relationships between learning strategies, conceptions of learning, and learning orientations. Educational Psychology Review, 16(4), 359-384. VIANA 3.64 (2010). [online]. Dostupné na WWW: essen.de/viana> [cit. 2011-11-11]


VIDANTOO (2010). [online]. Dostupné na WWW: http://hbecker.sytes.net/vidantoo/ [cit. 2011-11-11]

151

VÍT, J. (1986). Poþítaþové simulace reálných a myšlenkových experimentĤ ve vyuþování chemii. [Kandidátská disertace]. Hradec Králové: PF. VORONOVIC, R. (2011). The Influence of Virtual and Real Experiments on Pupils' Achievements and Attitude towards Chemistry. In A. Krumina (ed.) Chemistry Education – 2011 Scientific Articles Conference Proceedings. Riga: Latvijas Universitate, pp. 182 – 186. VYGOTSKIJ, L. S. (1971). Myšlení a Ĝeþ. Praha: SPN. WEBER, B. (1984). Kybernetik der Lernvorgänge. [Dissertation], Universität Hannover. WEDEKIND, J. (1981). Unterrichtsmedium Computersimulation. Weil der Stadt, S. 69. WILLIAMS, R. A., ROCKWELL, R. E., SHERWOOD, E., KUBA, P. (1996). Od báboviþek k magnetĤm: pĜírodovČdné þinnosti s malými dČtmi. Praha. WOLSKI, R., JAGODZINSKI, P. (2009). Chemistry Experiment and Modern Multimedia Technologies. In M. Bílek et al. Interaction of Real and Virtual Environment in Early Science Education: Tradition and Challenges. Hradec Králové : Gaudeamus, pp. 26 – 37. WOODFIELD, B. F. et al. (2004). The virtual ChemLab Project: A Realistic and Sophisticated Simulation of Inorganic Qualitative Analysis. J.Chem. Ed., 81, 1672 – 1678. YAIR, Y., MINTZ, R., LITVAK, S. (2001). 3D-Virtual Reality in Science Education: An Implication for Astronomy Teaching. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, vol. 20, þ. 3., pp. 293 – 305. YORE, L., D., BISANZ, G., L., HAND, B., M. (2003). Examining the literacy component of science literacy: 25 years of language arts and science research. International Journal of Science Education, vol. 25., þ. 4., pp. 689 – 725. YOUNG, D., B. (1997). Súþasné trendy v reformných procesoch vyuþovania prírodných vied. In FAST-DISCO. Bratislava: R&D. ZANKOV, L., V. (1975). Obuþenije i razvitije. Moskva. ZVOLSKÝ, P. a kol. (1994). Obecná psychiatrie. Praha: UK, 1994. ŽOLDOŠOVÁ, K. (2004). Detské predstavy o prírodných javoch. In Acta Facultatis Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis, Séria D: Vedy o výchove a vzdelávaní, s. 66 – 75. ŽOLDOŠOVÁ, K., HELD, ď. (2000). Chemical laboratory in the nature and pupil´s motivation. In Science and Technology Education in new Millenium (3rd IOSTE Symposium for Central and East European Countries). Praha : PĜF UK. ŽOLDOŠOVÁ, K., PROKOP, P. (2002). Motivaþný vpliv skúsenostného uþenia v prírodovednom vzdelávaní v teréne (diagnostika detskou kresbou). In M. Bílek (ed.). Aktuální otázky výuky chemie XII. Gaudeamus : Hradec Králové, s. 319 – 324. ŽOLDOŠOVÁ, K., PROKOP, P., KIRCHMAYEROVÁ, J. (2000). Prírodovedné predmety v teréne. UþiteĐské noviny, roþník L, þ. 1, s. 7.

152

9 RejstĜík ǖhlberg, M. 41 akomodace 20, 34 analýza žákových textĤ a kreseb 43 animace 80, 83 animace a simulace poþítaþové 78, 79, 112 asimilace 20 aspekt dynamický 79 - kinetický 87 - zjednodušovací 79 - zobrazovací 79 Bacon, F. 21 bezprostorovost 8 blokace myšlení 17 Bruner, J. 40 Buzan, T. 39 Byþovský, P. 36 centrum informaþní 90, 124 Curry, L. 68 ýáda, F. 43 þinnosti empirické 13 - teoretické 13 - žákĤ percepþní 123 ýtrnáctová, H. 14 dedukce 11 design pedagogický 89 diagramy þasové 94 didaktiky mezioborové 45 displeje hlavové 100 - prostorové 100 - ruþní 100 dotazník 34 Duplinský, J. 43 efektivita didaktická 33 e-knihy 98 elementarizace 58 Eurydice 134 experiment 11, 17, 19 - demonstraþní 89 - heuristický 64 - kvalitativní 11 - motivaþní 88 - myšlenkový 11 - vČdecký 20

experiment virtuální 26, 60, 68, 82 Experimenta lucifera 21 experimenty efektní 28 - virtuální 6, 29, 74, 75, 78, 134 - webové 83 fenomenologie biologická 22, 64 fokusace 90 funkce didaktická 49 - enkulturaþní 18, 89 - experimentu ilustrativní 18 - - motivaþní 12 - - objevná 12 - - ovČĜující 12 Fyzweb 50 Goodman, N. 72 gramotnost vizuální 8 Greenbowe, T. 104 Hadj-Mousová, Z. 43 Haláková, Z. 36 Harwood, W. 125 Hellberg, J. 10, 14 hledisko ontodidaktické 59 interakce reálného a virtuálního prostĜedí 77 interview 35, 36 interview klinické 37 ISES 54 Janík, T. 19 jazyk virtuality 61 Kohoutek, R. 70, 73 Kolb, A. 65 Kolb, D. A. 65 kombinace reálného a virtuálního prostĜedí 48 komunikace rozšíĜená 103 - simulovaná 103 - virtuální ve školním prostĜedí 136 - zprostĜedkovaná 103 koncepce ǖhlbergova 40, 41 - výzkumnČ ladČného pĜírodovČdného vzdČlávání 26 konstruktivismus 125 - radikální 22

153

konstruktivismus sociální 21 Kubiatko, M. 36 kvalifikace uþitelská 112 kvaziexperiment 20 laboratoĜ virtuální 51, 52 - vzdálená 53 laboratoĜe vzdálené a virtuální 48 LabVIEW 54 Lamanauskas, V. 100 LEGO 54 Lepil, O. 94 Lustig, F. 50 mapa pojmová 39, 42, 66 mapování pojmové 39, 41 mapy konceptuální 38 MatČjþek, Z. 43 McLuhan, M. 136 mČĜení pH 104 - vzdálená 48 - vzdálené 54 - z videozáznamu 94 metaanalýza informaþních zdrojĤ 22 metakognice 21, metastrategie 59 metoda experimentální 10 - explorativní 34 metodologie 11 Milgram, P. 100 miskoncepce 22 model ekonomiky myšlení 18 - KolbĤv uþení 65 - kybernetický zpracování informací 15 - mentální 80 modelování poþítaþové 78 modely 3D 100 multitasking 61 myšlení deduktivní konkrétní 15 - ikonické 66 - induktivní konkrétní 15 - interdisciplinární 133 - systémové 67 Novak, J. D. 39 objekty operaþní 87 - virtuální 136 Oxfordová, R. L. 70 Palmtop 96

154

paradigma multidisciplinární 133 - pragmatické 130 perspektivy virtualizace 129 perturbace 22 pH-metr virtuální 51 poþítaþ kapesní 96 podpora internetová základních metod pĜírodovČdného poznávání 56 pojetí dČtská žákĤ 20 pokus a omyl 10 prezentace virtuální 69 problematika environmentální 27, 131 proces virtualizovaný 135 - vyuþovací 135 procesy percepþní 90, 115 projekt ROSE 132 prostĜedí virtuální 29, 32, 64, 111, 135 - virtuální uþební 50, 136 pĜetížení kognitivní žáka 8 pĜevodníky A/D a D/A 85 pĜístroj mČĜící 17, 85 - virtuální mČĜící 88, 104 pĜístup badatelský 125 pseudoexperiment 20 realita smíšená 99 - virtuální 99, 100 rekonstrukce didaktická 18, 19, 20, 32, 58 rekonstrukce pĜedstav 38 Riedel, H. 14, 87 rozhovor fenomenografický 37, 43 RVP ZP 18, 25, 73, 132 Ĝízení poznávacích þinností žákĤ 123 Sadler-Smith, E. 74 Shulman, L. S. 19 schémata asimilaþní 34 simulace 80, 83 - poþítaþové 92 software pedagogický 115 spoleþnost virtualizovaná 61 stádia rozvoje uþitele 115 Stewart, J. 39 strategie uþební afektivní 70 - - automanažerské 73 - - kognitivní 71 - - kompenzaþní 70 - - metakognitivní 72

strategie uþební pamČĢová uþební 70 - - smyslové a pohybové 71 - - sociální 71 strategie uþení 68 stroj virtuální 129 studio internetové laboratorní 54 styly uþební 61 svČt virtuální 81, 100 technika digitální 45 technologie vzdČlávání 45 teleprojekty 55 teorie Ausubelova 41 testování didaktické 35 Thortnton, R. K. 125 transfer nespecifický 66 - specifický 66 transformace didaktická 33 trenažér experimentální þinnosti 92 trenažéry laboratorní þinnosti 6 trsy Buzanovy 42

uþení objevné 17 - smysluplné 39 uvažování reduktivní 10 Van Kirk, J. 39 variabilita mČĜícího pĜístroje 87 vČda pĜírodní 11 - školní 67 Vermetten, Y. C. 70 Vermunt, J. D. 70 viditelnost aparatury 123 virtualizace 64, 136 vizualizace 29 výzkum autentický 26 vzdČlávání pĜírodovČdné 130 Weber, B. 17, 18 Wedekind, J. 46 zaĜízení mobilní elektronické 96 zmČna konceptuální 38 znalost obsahu didaktická 19 zóna nejbližšího vývoje 21

155

10 PĜílohy 10.1 Pracovní listy pro provedení laboratorního cviþení v reálném a virtuálním prostĜedí Pracovní list þ. 1 (Verze s reálným mČĜením) Téma: Jak jsou kyselé a zásadité rĤzné chemické látky? Jméno a pĜíjmení: Datum:

TĜída:

Úkol þ. 1: V zásobních lahvích máš pĜipravené roztoky kyseliny chlorovodíkové, hydroxidu sodného a chloridu sodného o koncentracích 0,02 mol/dm3 a 0,06 mol/dm3. Pomocí pHmetru zmČĜ postupnČ pH všech roztokĤ pĜi laboratorní teplotČ a namČĜené hodnoty pH zapiš do tabulky. PomĤcky a chemikálie: Kádinka 100 ml, pH-metr, stĜiþka s destilovanou vodou. Postup: Do kádinky odmČĜ 100 ml roztoku HCl o nižší koncentraci (0,02 M). MČĜící elektrodu pĜipraveného pH-metru ponoĜ dle instrukcí uþitele do kádinky, nech ustálit pH na displeji pHmetru a zmČĜenou hodnotu zapiš do tabulky. Potom mČĜící elektrodu pHmetru vyndej z roztoku a omyj ji destilovanou vodou. Dále postupuj tak, že zmČĜíš pH roztoku HCl o vyšší koncentraci a dále všechny roztoky hydroxidu sodného a chloridu sodného. NamČĜené hodnoty zapisuj do pĜíslušných políþek tabulky. Roztok/koncentrace (mol/dm3) HCl NaOH NaCl

156

0,02

0,06

Úkol þ. 2: Pokus se odpovČdČt na otázky v tabulce s pomocí získaných údajĤ v úkolu þ. 1. Své odpovČdi zapiš do tabulky. Otázka

TvĤj odhad

Jaké pH bude mít 100 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ?

......................................., protože (doplĖ) ................................................. .............................................................

Jak se zmČní pH hydroxidu sodného o 3

koncentraci 0,06 mol/dm a laboratorní teplotČ, když zmČníme jeho objem ze 100 ml na objem 50 ml?

Zakroužkuj svĤj odhad správné odpovČdi. a) pH zĤstane pĜibližnČ stejné, b) pH se sníží, c) pH se zvýší, protože (doplĖ) .................................................

Jaké pH bude mít ve srovnání

Zakroužkuj svĤj odhad správné odpovČdi.

s roztokem hydroxidu sodného roztok

Roztok hydroxidu draselného bude mít

hydroxidu draselného o stejné

a) pH pĜibližnČ stejné,

koncentraci, stejném objemu a stejné laboratorní teplotČ?

b) pH nižší, c) pH vyšší, jako/než roztok hydroxidu sodného za daných podmínek, protože (doplĖ) .................................................

157

Pracovní list þ. 2 (Verze s reálným mČĜením) Téma: Jak jsou kyselé a zásadité rĤzné chemické látky? Jméno a pĜíjmení: Datum:

TĜída:

Úkol þ. 3 Své odpovČdí z úkolu þ. 2 ovČĜ pomocí mČĜení s pHmetrem. Otázka

Tvé odpovČdi zjištČné mČĜením

Jaké pH bude mít 100 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ? Zakroužkuj správnou odpovČć. Jak se zmČní pH hydroxidu sodného o koncentraci 0,06 mol/dm3 a laboratorní

a) pH zĤstalo pĜibližnČ stejné (nezmČnilo se o více než 0,1),

teplotČ, když zmČníme jeho objem ze 100 ml na objem 50 ml?

b) pH se snížilo (o více než 0,1),

PĜesnost mČĜení pH s použitým

c) pH se zvýšilo (o více než 0,1).

pHmetrem je 0,1. Zakroužkuj správnou odpovČć. Jaké pH bude mít ve srovnání s roztokem hydroxidu sodného roztok hydroxidu draselného o stejné

Roztok hydroxidu draselného má a) pH pĜibližnČ stejné (nezmČnilo se o více než 0,1),

koncentraci a laboratorní teplotČ? b) pH nižší (o více než 0,1) PĜesnost mČĜení pH použitým pHmetrem je 0,1.

c) pH vyšší (o více než 0,1) jako/než roztok hydroxidu sodného.

158

Úkol þ. 4: Navrhni další úlohy v tomto laboratorním uspoĜádání. Popiš zadání a výsledky dalších úloh, které bys mohl s pĜipravenými pomĤckami a chemikáliemi také provést. PĜi návrzích mĤžeš požádat uþitele o poskytnutí dalších chemikálií nebo dalších pomĤcek. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………

Kde všude se mĤžeš setkat s pH a jeho mČĜením: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………

159

Pracovní list þ. 1 (Verze s poþítaþovou simulací) Téma: Jak jsou kyselé a zásadité rĤzné chemické látky? Jméno a pĜíjmení: TĜída:

Datum:

Úkol þ. 1: Na poþítaþi máš pĜipravené simulované mČĜící prostĜedí pHmetru. Pomocí tohoto prostĜedí urþi postupnČ pH roztokĤ kyseliny chlorovodíkové, hydroxidu sodného a chloridu sodného o koncentracích 0,02 mol/dm3 a 0,06 mol/dm3 a namČĜené hodnoty pH zapiš do tabulky. PomĤcky: Poþítaþ s internetem, internetová adresa: Postup: Nejprve urþi hodnotu pH roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,02 mol/ dm3 a objemu 100 ml. V nabídce roztoky (Solutions) zvol (nebo zkontroluj zvolení) druh mČĜené látky, nejprve to budou kyseliny (Acid). Poté vyber kyselinu chlorovodíkovou (HCl). Koncentraci jejího roztoku (Molarity) nastav na první mČĜenou hodnotu (0,02 M, tj. 2 x 10-2). Objem roztoku (Volume) nastav na 100 ml. Tlaþítkem Vložit elektrody (Insert Probes) ponoĜ pH-metr do roztoku. Po ustálení hodnoty pH ji zapiš do pĜíslušného políþka tabulky. Elektrody vysuĖ z roztoku pomocí tlaþítka Odebrat elektrody (Remove Probes). Dále stejným zpĤsobem urþi pH roztoku HCl o vyšší zadané koncentraci. Po urþení obou zadaných koncentrací roztoku HCl a jejich zápisu do tabulky, urþi stejným zpĤsobem hodnoty pH roztokĤ hydroxidu sodného (Base – NaOH) a chloridu sodného (Salt I – NaCl). Roztok/koncentrace (mol/dm3) HCl NaOH NaCl

160

0,02

0,06

Úkol þ. 2: Pokus se odpovČdČt na otázky v tabulce s pomocí získaných údajĤ v úkolu þ. 1. Své odpovČdi zapiš do tabulky. Úkol

TvĤj odhad

Jaké pH bude mít 100 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové (Acid – HCl) o koncentraci 0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ? Jak se zmČní pH hydroxidu sodného

......................................., protože (doplĖ) ................................................. ............................................................. Zakroužkuj svĤj odhad správné

(Base – NaOH) o koncentraci 0,06

odpovČdi.

mol/dm3 a laboratorní teplotČ, když

a) pH zĤstane pĜibližnČ stejné,

zmČníme jeho objem ze 100 ml na objem 50 ml?

b) pH se sníží, c) pH se zvýší, protože (doplĖ) .................................................

Jaké pH bude mít ve srovnání s roztokem

Zakroužkuj svĤj odhad správné

hydroxidu sodného (Base – NaOH)

odpovČdi.

roztok hydroxidu draselného (Base –

Roztok hydroxidu draselného bude mít

KOH) o stejné koncentraci, stejném objemu a stejné teplotČ?

d) pH pĜibližnČ stejné, e) pH nižší, f) pH vyšší, jako/než roztok hydroxidu sodného za stejných podmínek, protože (doplĖ) .................................................

161

Pracovní list þ. 2 (Verze s poþítaþovou simulací) Téma: Jak jsou kyselé a zásadité rĤzné chemické látky? Jméno a pĜíjmení: Datum:

TĜída:

Úkol þ. 3 Své odhady z úkolu þ. 2 ovČĜ pomocí mČĜení s pHmetrem. Otázka

OdpovČdi zjištČné mČĜením

Jaké pH bude mít 100 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,1 mol/dm3 pĜi laboratorní teplotČ? Jak se zmČní pH hydroxidu sodného 3

o koncentraci 0,06 mol/dm a laboratorní teplotČ, když zmČníme jeho objem ze 100 ml na objem 50 ml?

Zakroužkuj správnou odpovČć. a) pH zĤstalo pĜibližnČ stejné, b) pH se snížilo, c) pH se zvýšilo.

Jaké pH bude mít ve srovnání s roztokem

Zakroužkuj správnou odpovČć.

hydroxidu sodného roztok hydroxidu

Roztok hydroxidu draselného má

draselného o stejné koncentraci, stejném

a) pH pĜibližnČ stejné,

objemu a stejné teplotČ?

b) pH nižší, c) pH vyšší jako/než roztok hydroxidu sodného za stejných podmínek.

162

Úkol þ. 4: Navrhni další úlohy v tomto simulovaném laboratorním uspoĜádání. Popiš zadání a výsledky dalších úloh, které bys mohl s pĜipravenými pomĤckami a chemikáliemi také provést. PĜi návrzích mĤžeš požádat uþitele o radu k dalšímu postupu. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………

Kde všude se mĤžeš setkat s pH a jeho mČĜením: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………

163

10.2 Vstupní test (pretest) Vstupní test – pH Jméno a pĜíjmení: ............................................... TĜída: ........................

1) Kyselé vodné roztoky mají pH:

a) vČtší než 7 a menší než 14, b) menší než 7, c) vČtší než 14.

2) Zásadité vodné roztoky mají pH:

a) menší než 7, b) vČtší než 7 a menší než 14, c) 7.

3) Zda je vodný roztok kyselý nebo zásaditý mĤžeme urþit pomocí (zaškrtnČte všechny správné možnosti):

1. univerzálního indikátorového papírku, 2. pHmetru, 3. digitálních vah, 4. šĢávy z þerveného zelí, 5. poþítaþe, 6. indikátoru lakmusu, 7. teplomČru, 8. laboratorních vah.

164

4) Co jsou to acidobazické indikátory? a)

Jsou to látky, které se zbarvují rĤznČ v kyselých a zásaditých roztocích.

b)

Jsou to látky, které urychlují chemické reakce.

c)

Jsou to látky, které zpĤsobují kyselost nebo zásaditost vodných roztokĤ.

d)

Jsou to látky, které zpĤsobují zbarvení kyselé nebo zásadité látky.

5) V následující nabídce zakroužkuj všechny látky, které ve vodných roztocích odštČpují H+: a) chlorid sodný, b) hydroxid sodný, c) kyselina sírová, d) hydroxid vápenatý, e) zinek, f) oxid kĜemiþitý, g) kyselina chlorovodíková, h) kyselina octová.

6) V následující nabídce zakroužkuj všechny látky, které ve vodných roztocích odštČpují OH-: a) chlorid sodný, b) hydroxid sodný, c) kyselina sírová, d) hydroxid vápenatý, e) zinek, f) oxid kĜemiþitý, g) kyselina chlorovodíková, h) kyselina octová.

165

7) V následující nabídce je mnoho vČcí, které znáš z bČžného denního života. Koleþkem | pĜed názvem oznaþ ty, které obsahují látky, které podle Tebe mají pH menší než 7. KĜížkem  pĜed názvem oznaþ ty, které obsahují látky, které podle Tebe mají pH vČtší než 7. zralé jablko

þaj

zelí

kopĜivy

malta

hnojivo na kvČtiny

citrón

voda

vápno

acylpyrin

pomeranþ

mléko

sádra

mouka

roztok mýdla

ocet

sodovka

náplĖ akumulátoru v autČ

vápenec

tabletka vitamínu C

kostka cukru

sliny

popel ze spáleného dĜeva

prášek do peþiva

8) Dokonþi uvedenou vČtu – jakkoli, na základČ zkušeností z bČžného života, znalostí ze školy.... Pod slovem (symbolem) pH si pĜedstavím....

166

10.3 VČdomostní test „Co už vím o pH a jeho mČĜení“ (posttest) Co už vím o pH a jeho mČĜení Milé žákynČ a žáci, pĜed nČkolika dny jste mČli možnost v laboratorním cviþení z chemie mČĜit kyselost a zásaditost vodných roztokĤ rĤzných látek. MČĜili jste veliþinu, která se nazývá pH a podle její hodnoty jste urþovali, zda šlo o látku kyselou nebo zásaditou a usuzovali jste také na její koncentraci a další souvislosti. K mČĜení jste používali mČĜicí pĜístroj, který se nazýval pH metr. MČli jste možnost mČĜit buć s ruþním pHmetrem nebo s pHmetrem na monitoru poþítaþe (poþítaþovou simulací pHmetru). PĜipravili jsme pro Vás nČkolik otázek, na které chceme získat Vaše odpovČdi. Zajímá nás, co už víte o pH a jeho mČĜení. Nejprve vyplĖte své jméno a pĜíjmení, potom svoji tĜídu a pak odpovídejte na jednotlivé otázky buć zaškrtnutím správné odpovČdi, nebo jejím doplnČním do pĜipraveného volného místa. Jméno a pĜíjmení: ............................................... TĜída: ........................

1) Kyselé vodné roztoky mají pH: a) vČtší než 7 a menší než 14, b) menší než 7, c) vČtší než 14. 2) Zásadité vodné roztoky mají pH: a) menší než 7, b) vČtší než 7 a menší než 14 , c) 7. 3) Zda je vodný roztok kyselý nebo zásaditý mĤžeme urþit pomocí (zaškrtnČte všechny správné možnosti):

1. univerzálního indikátorového papírku, 2. pHmetru, 3. digitálních vah,

167

4. 5. 6. 7. 8.

šĢávy z þerveného zelí, poþítaþe, indikátoru lakmusu, teplomČru, laboratorních vah.

4) Co jsou acidobazické indikátory? a) Jsou to látky, které se zbarvují rĤznČ v kyselých a zásaditých roztocích. b) Jsou to látky, které urychlují chemické reakce. c) Jsou to látky, které zpĤsobují kyselost nebo zásaditost vodných roztokĤ. d) Jsou to látky, které zpĤsobují zbarvení kyselé nebo zásadité látky. 5) V následující nabídce zakroužkuj všechny látky, které ve vodných roztocích odštČpují H+: a) chlorid sodný, b) hydroxid sodný, c) kyselina sírová, d) hydroxid vápenatý, e) zinek, f) oxid kĜemiþitý, g) kyselina chlorovodíková, h) kyselina octová. 6) V následující nabídce zakroužkuj všechny látky, které ve vodných roztocích odštČpují OH-: a) chlorid sodný, b) hydroxid sodný, c) kyselina sírová, d) hydroxid vápenatý, e) zinek, f) oxid kĜemiþitý, g) kyselina chlorovodíková, h) kyselina octová.

168

10.4 Dotazník „Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?“ Jak hodnotím laboratorní práce s mČĜením pH?

Milé žákynČ a žáci, pĜed nČkolika dny jste mČli možnost v laboratorním cviþení z chemie mČĜit kyselost a zásaditost vodných roztokĤ rĤzných látek. MČĜili jste veliþinu, která se nazývá pH a podle její hodnoty jste urþovali, zda šlo o látku kyselou nebo zásaditou a usuzovali jste také na její koncentraci a další souvislosti. K mČĜení jste používali mČĜicí pĜístroj, který se nazýval pH metr. MČli jste možnost mČĜit s ruþním pHmetrem a také s pHmetrem na monitoru poþítaþe (poþítaþovou simulací pHmetru). PĜipravili jsme pro Vás nČkolik otázek, na které chceme získat Vaše odpovČdi. Zajímají nás Vaše názory na provedená mČĜení, která jste nedávno v laboratorních cviþeních absolvovali. Nejprve vyplĖte své jméno a pĜíjmení, potom svoji tĜídu a pak odpovídejte na jednotlivé otázky buć zaškrtnutím správné odpovČdi, nebo jejím doplnČním do pĜipraveného volného místa.

Jméno a pĜíjmení: ............................................... TĜída: ........................

1) Oznaþ, která verze laboratorní práce se ti více líbila? a) MČĜení pH s pomocí poþítaþové simulace. b) MČĜení pH s pomocí ruþního pHmetru. c) ObČ laboratorní práce se mi líbily stejnČ. 2) Domníváš se, že poznatky z laboratorní práce s využitím poþítaþové simulace budeš moci nČkdy využít? a) Ano, v dalším studiu chemie. b) Ano, v praktickém životČ. c) Ne. d) Nevím. 3) Domníváš se, že poznatky z laboratorní práce s využitím ruþního pHmetru budeš moci nČkdy využít? a) Ano, v dalším studiu chemie. b) Ano, v praktickém životČ. c) Ne. d) Nevím. 4) U které verze laboratorní práce se ti lépe mČĜily hodnoty pH?

169

a) b) c) dobĜe. d)

V laboratorní práci s ruþním pHmetrem. V laboratorní práci s poþítaþem simulovaným pHmetrem. ObČ mČĜení byla jednoduchá, mČĜilo se mi v obou pĜípadech stejnČ ObČ mČĜení byla obtížná, mČl jsem potíže v obou pĜípadech.

5) Kde bys využil v životČ mČĜení pH? ………………….................................................................................................... …………………................................................................................................... 6) Jaký pĜínos pro tebe mČla laboratorní práce s využitím poþítaþem simulovaného pHmetru? (MĤžeš oznaþit více možností) a) Získal jsem nové vČdomosti. b) OvČĜil jsem si vČdomosti o kyselosti a zásaditosti chemických látek. c) Upevnil jsem si vČdomosti z hodin chemie. d) Už vím, co je to pH. e) Už umím pH mČĜit. f) Nic nového jsem se nedozvČdČl. g) Nic nového jsem se nenauþil. 7) Jaký pĜínos pro tebe mČla laboratorní práce s využitím ruþního pHmetru? (MĤžeš oznaþit více možností) a) Získal jsem nové vČdomosti. b) OvČĜil jsem si vČdomosti získané z výuky o kyselosti a zásaditosti chemických látek. c) Upevnil jsem si vČdomosti z hodin chemie. d) Už vím, co je to pH. e) Už umím pH mČĜit. f) Nic nového jsem se nedozvČdČl. g) Nic nového jsem se nenauþil. 8) Která verze laboratorní práce byla podle tvého názoru více spojená s látkami využívanými v bČžném životČ? a) Laboratorní práce s ruþním pHmetrem. b) Laboratorní práce s poþítaþem simulovaným pHmetrem. c) ObČ laboratorní práce mČly pro mČ stejné spojení s látkami využívanými v bČžném životČ. d) ObČ laboratorní práce se podle mého názoru spojení s látkami využívanými v bČžném životČ netýkaly. 9) ChtČl bys mít doma ruþní PHmetr? a) Ruþní pHmetr doma máme, mČĜíme s ním (doplĖ): ............................................................................................................. b) Ruþní pHmetr bych chtČl mít doma, mohl bych napĜ. mČĜit (doplĖ): ............................................................................................................ c) NechtČl, nemČl bych ho na co použít.

170

10) Vrátil ses už pĜi své práci s poþítaþem a Internetem k poþítaþové simulaci pHmetru? a) Ano už nČkolikrát. b) Zkoušel jsem to, ale nepodaĜilo se mi to. c) Rád bych to nČkdy zkusil. d) Ne, nezajímá mČ to. Volná odpovČć – pokud máš nČjaké doplĖující poznámky k obČma možnostem provedení laboratorní práce s tématem „MČĜení pH“, napiš nám je sem: ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................

171

10.5 Vybrané poþítaþové simulace a animace dostupné na Webu Portály poþítaþových animací a simulací x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownl oad/index4.html – široká nabídka animací a simulací chemických jevĤ, experimentĤ a dalších objektĤ na portálu Thomase Greenbowa x http://www.xtec.cat/~erodri24/pagina_quimica/pagina2quimicap.htm#14 – soubory animací španČlského portálu Eleny Rodrigo x http://is.muni.cz/elportal/estud/prif/ps07/taraba/animace01.html – animace vybraných chemických výrob Jana Taraby x http://www.walter-fendt.de/ph14cz/ – fyzikální Java-applety Waltera Fendta

Simulace laboratorních þinností x http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/acidba sepH/ph_meter.html – simulátor práce s pH-metrem x http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/brownian/brow nian.html – simulace Brownova pohybu x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/e lectroChem/voltaicCellEMF.html – simulace galvanického þlánku x http://www.virtlab.com/index.aspx – simulátor titrace kyselin zásadou x http://www.colorado.edu/physics/2000/isotopes/radioactive_decay3.html – simulace poloþasu rozpadu rĤzných nuklidĤ x http://phet.colorado.edu/en/simulation/soluble-salts – rozpustnost NaCl ve vodČ x http://www.cez.cz/cs/vyzkum-a-vzdelavani/pro-studenty/materialy-kestudiu/pocitacove-programy/4.html – simulace jaderné elektrárny x http://www.walter-fendt.de/ph14cz/gaslaw_cz.htm – simulace základních dČjĤ v ideálním plynu x http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/e lectroChem/electrolysis10.html – simulace elektrolýzy x http://www.modelscience.com/ – software pro modelování laboratorních þinností

Animace pĜírodovČdných jevĤ a þinností x http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/galvan5.swf – animace fungování galvanického þlánku x http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/vitr/flash-model-jakfunguje-vetrna-elektrarna.html – animace Jak funguje vČtrná elektrárna na linku x http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu//powersof10/index.html – animovaná sekvence obrázkĤ, které postupnČ ukazují svČt od jeho vesmírných mČĜítek (vzdálenosti srovnatelné s velikostí Mléþné dráhy) až po mikrokosmos (rozmČr menší než je jádro atomu) x http://www2.nl.edu/jste/bonds.htm – jednoduché animace vzniku kovalentní a iontové vazby x http://mathworld.wolfram.com/TruncatedIcosahedron.html – animace rĤzných struktur fullerenu a síĢ fullerenu C60

172

x http://biomodel.uah.es/en/water/p3.htm – animace zmČn v soustavČ „voda - led“ x http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons9.ht m - animace titrace slabé kyseliny silnou zásadou x http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio210/chem1a.htm – animace vzniku chemické vazby x http://old.lf3.cuni.cz/chemie/cesky/animace.htm – animace prĤbČhu osmózy x http://atomovejadro.wz.cz/stranky/radioaktivita_4.html – animace z Webu Fyzika atomového jádra x http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/dissolve. html – rozpouštČní soli ve vodČ x http://is.muni.cz/elportal/estud/prif/ps07/taraba/animace03.html – animace výroby železa v nístČjové peci x http://is.muni.cz/elportal/estud/prif/ps07/taraba/animace01.html – animace výroby kyseliny sírové x http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_diffusion_ works.html – animace difúze

Modelování molekul x http://www.molecules.org/ – modelování chemických struktur x http://www.uwsp.edu/chemistry/pdbs/ – modely molekul x http://www.colby.edu/chemistry/OChem/DEMOS/EAS.html – simulace s chemickou tématikou x http://pdf.uhk.cz/kch_old/modely – modely molekul

173

Abstract Towards Virtualization of School Experimental Activities Real and Virtual Experiment – Possibilities and Limits of Its Combination Using in Early Science Education (Examples from Chemistry Instruction) The ICT implementation to the process of instruction does not mean eliminating real school experiments from school laboratory practice. The real living environment makes us face more and more items of virtual environments, worlds, mediated by infinite possibilities of computer networks. The mediated perception through virtual images has become an important cognitive channel for pupils. Real information from the existing reality is steadily replaced by virtual information. Is the remote (by computer network mediated) and virtual (by computer simulated) experiment able to meet requirements of the best school laboratory practice? How to blend an effective and meaningful application of real, indirect and simulative observation, measuring and experimenting according to didactic principles? Researching these fields leads, or not, to proving intuitive estimations, which is important, as well as answering other questions resulting from this area of potential assets and threats. It is obvious that nowadays, in the period of creating and applying remote, especially virtual, laboratories and their accessibility also in extra-curricular conditions via Web, there is an increasing demand for new researches (mainly pedagogical and pedagogical-psychological ones) in this field. This monograph introduces results of the research project, supported by the Czech Science Foundation (Project GAýR N. 406/09/0359), which started in 2009 and finished in 2011, oriented to analysing possibilities and limits of the virtual environment in experimental activities learners and teachers especially in chemistry, which serves as an example of natural science instruction. This subject provides wide space for application of information technologies to support empirical (observation, measuring, experiment) and theoretical (modelling, comparing) cognitive methods. The technology development is very fast but as for its influence on learning in various stages of pupil’s development in the field of knowledge processing, there are only few applicable principles, rules and natural relations. One of the main objectives was to express the role of modern

174

technical equipment and technology in forming so called visual literacy, current and important part of which the work with computed simulations is. Modern technical equipment plays a contradictory role in this type of learning. On one hand, various processes and technologies of visualisation (mainly of 3-D objects) lead to using software products strengthening spatial skills, if properly used. On the other hand, both TV and computer screens may provide incorrect imaginations and habits, e.g. virtual experience which does not prove exact, but biased, misrepresented or incorrectly formed spatial skills, understanding weights, forces, energies, solidity, as well as emotions and feelings. In the three parts of the mentioned project we obtained few interesting results relating to chemistry education supported by ICT on lower secondary education and on chemistry teachers´ training. The research activity on secondary chemistry education was oriented to working with real and virtual (simulated) pH-meter. After measurements learners were tested on their level of knowledge and asked to express their opinion on other possibilities of pH measuring with laboratory devices. Pupils working with real devices (manual pH-meters) related their proposals to their practical applications which frequently appear in everyday life. On the contrary, pupils working with virtual devices (Webapplets) were kept fully engaged in this virtual environment. Either situation, i.e. whether they belong to the real or virtual world, influenced learners´ opinion substantially. In case of work in virtual environment their relation to the real environment was restricted by the computer screen and keyboard to a large degree. Reaching the above mentioned types of targets in science, education is classified to be progress in the process of developing the science literacy. The irtual environment supported by ICT is penetrating both human and school life. All kinds of our activities can be supported by technologies. According to Marshall McLuhan (1964) it can be said “...technologies are enhancing our senses...” and they can support our understanding of nature and improving our being. In our opinion, the necessity to research this field, especially in situations where the initial relation to natural science and technical subjects is formed, is currently very topical and desirable. Results and findings described in this monograph can be a big motivation for continuing similar research projects, examining other examples of virtual worlds (different animations and simulations in different didactical scenarios) and next examples of their use in different types of instructional design.

175

Název:

K virtualizaci školních experimentálních þinností

Podtitul:

Reálný a virtuální experiment – možnosti a meze využití jejich kombinace v poþáteþní pĜírodovČdné výuce (s pĜíklady z výuky chemie)

Rok a místo vydání: Vydání: Náklad: DTP:

2011, Hradec Králové první 200 Lukáš Vacek

Vydal WAMAK CZ s.r.o. pro nakladatelství M&V Hradec Králové ISBN 978-80-86771-47-2