PHD ÉRTEKEZÉS
SZÁMÍTÓGÉPPEL SEGÍTE TT K O L L A B O R AT Í V É S E G Y É N I TA N U L Á S T S E G Í T Ő M Ó D S Z E R E K A K É M I A O K TATÁ S B A N
FŐZŐ ATTILA LÁSZLÓ
2010
1
EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM PEDAGÓGIAI ÉS PSZICHOLÓGIAI KAR
PHD ÉRTEKEZÉS
FŐZŐ ATTILA LÁSZLÓ SZÁMÍTÓGÉPPEL SEGÍTETT K O L L A B O R A T Í V É S E G Y É N I TA N U L Á S T SEGÍTŐ MÓDSZEREK A K É M I A O K TA TÁ S B A N Témavezető:
DR. KÁRPÁTI ANDREA egyetemi tanár, az MTA doktora
NEVELÉSTUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA NEVELÉSTUDOMÁNYI KUTATÁSOK PROGRAM A Doktori I sk ola veze tőj e:
Dr. Sza bolc s Éva – eg y etemi ta ná r
AZ ÉRTEKEZÉST BÍRÁLÓ BIZOTTSÁG Elnök: Dr. N émeth A ndrá s – eg y etemi ta ná r, MTA dok t ora B í rá lók: Dr. Sza la y L uc a – eg yetemi a dju nktus, Ph. D Dr. Kome nc zi B erta la n – f ői skola i a djun ktus , P h. D Ti tká r: Dr. Ta rc za y G yörg y – eg y etemi a dju nktus, Ph. D Tová bbi ta g ok: Dr. L éná rd Sá ndo r – eg ye temi d oc ens , Ph. D Dr. Hunya Má rta – Ph. D Dr. L óth L á szló – eg ye temi doc e ns, Ph. D
Budapest, 2010.
2
Kös zö net nyil vánít ás Köszönettel tartozom témavezetőmnek, Kárpáti Andreának, aki töretlenül bátorított és támogatott az elmúlt évek folyamán, valamint értékes tanácsokkal segítette a pedagógiai kutatási munkát és az értekezés megírását. A közös projektek mindegyike nagyszerű iskola és tapasztalat volt.
Köszönöm Riedel Miklósnak, hogy immár másfél évtizede oly sokat tanulhatok tőle kémiáról, oktatásról és még nagyon sok mindenről. A számtalan közös, a kémiaoktatásban és a kémiaoktatásért végzett munka eredményei, tapasztalatai, valamint a kutatással kapcsolatos tanácsai, kritikai észrevételei aranyat értek és érnek.
A több éves, sokszor a szabadidőmben végzett kutatási munka során biztos hátterem volt a családom, feleségem, gyermekem és édesanyám. Köszönöm a munkatársaim, közeli és távoli szakmai barátaim biztatását és támogatását, valamint mindazon pedagógusok és diákok részvételét, akik a kémiaoktatás jobbítása érdekében, önzetlenül vettek részt a kutatásban.
3
Tartalomjegyzék Köszönetnyilvánítás ......................................................................................................................................... 3 1. 2.
3.
A digitális kompetencia fejlesztése és a kémiaoktatás
5
A kémiaoktatás helyzete a digitális írásbeliség tükrében 12 2.1. A kémia tantárgyi specialitásai ............................................................................................... 12 2.2. Kémia szakmódszertan ............................................................................................................... 14 2.3. A kémia tanításának informatikai infrastruktúrája...................................................... 17 Történeti összefoglaló az IKT hazai kémiaoktatási eredményeiről
21
4.
World Wide Web alapú módszerek és eszközök a kémiaoktatásban 28 4.1. A web használatának kémiaoktatási specifikumai ....................................................... 29 4.2. Számítógéppel segített kísérletezés ..................................................................................... 30 4.3. Virtuális kísérletek ........................................................................................................................ 32 4.4. Az interaktivitás, mint technológiai és pedagógiai elvárás ...................................... 33 4.5. A webes tartalmak hitelessége ................................................................................................ 35 4.6. Számítógépes molekulamodellek a kémiaoktatásban ................................................ 37
5.
Sulinet Digitális Tudásbázis (SDT) a kémiai tanításában 40 5.1. SDT kezdetek .................................................................................................................................... 40 5.2. SDT a kémiatanár szemével ...................................................................................................... 41
6.
Szinkrón- és aszinkron kommunikáció természettudományos projektekben 44 6.1. Kommunikáció, kooperáció és közösségi tanulás ......................................................... 44 6.2. A kollaboratív tanulás eszközei .............................................................................................. 45
7.
Web 2.0 alkalmazások az oktatásban 50 7.1. Blogok a természettudományos oktatásban .................................................................... 51 7.2. Térképen a kémiaoktatás ........................................................................................................... 54
8.
Vizsgálatok a számítógéppel segített kémiatanításról 58 8.1. Tudásmérő teszt ............................................................................................................................. 58 8.2. Kémiatanárok és az IKT alkalmazása .................................................................................. 73 8.3. Tanulói vélemények az IKT kémiaoktatási alkalmazásáról ..................................... 86 8.4. Kémiai tananyagok értékelése ................................................................................................ 88 8.5. Digitális kompetencia a kémia laboratóriumban ........................................................100
9.
A kutatás összegzése és további kutatási problémák
10. Irodalomjegyzék
106 110
11. Függelék 115 11.1. Kémia feladatsor ...........................................................................................................................115 11.2. IKT a kémiaoktatásban – tanári kérdőív ..........................................................................118 11.3. Segédanyag a laboratóriumi kísérletezéshez ................................................................120 11.4. A laboratóriumi feladat pontozása......................................................................................123 11.5. A tudásmérésben részt vevő iskolák és tanárok ..........................................................124 11.6. Ábrák- és táblázatok jegyzéke ...............................................................................................125
4
1. A DIGITÁLIS KOMPETENCI A FEJLESZTÉSE ÉS A KÉMIAOKTATÁS A tanulás aktív folyamat, melyben sok tényező mellett fontos szerepet játszanak a diákok személyes tapasztalatai. Gyakran találkozunk jó tanulmányi eredményű diákokkal, akik a megszerzett tudást nem tudják átültetni a gyakorlatba, nem tudják helyesen értelmezni a hétköznapi életben előforduló jelenségeket. A tanórákon megszerzett tudás és a valós szituációk között kisebb vagy nagyobb szakadék tátong (Csapó, 2002). A kémiaórákon megismert savak és bázisok fogalma és tulajdonságai a diákokban például ritkán kapcsolódnak a háztartásban használt savas és bázikus anyagokhoz. A természettudományokkal kapcsolatban mindezt a PISA (Programme for International Student Assesment) 2006-os felmérése is igazolta, ahol a 15 éves magyar diákok az átlag alatt teljesítettek a természettudományi bizonyítékok alkalmazásában (Balázsi, Ostorics, Szalay, 2007). Az Európai Parlament 2006 decemberében a digitális kompetenciát is felsorolta a kulcskompetenciákat tartalmazó ajánlásában (2006/962/EC). Ez a kulcskompetencia a Nemzeti Alaptanterv 2007-es módosításában is szerepel, ahol a korábban is használt IKT (információs- és kommunikációs technológia) helyett az IST (az információs társadalom technológiái, information society technologies) fogalma jelenik meg (NAT, 2007). A digitális kompetencia egyike azon kulcskompetenciáknak, amelyek majdnem minden műveltségi területhez szorosan kapcsolódnak. Központi mérése még nem valósult meg Magyarországon, ahogy az megtörtént más, a PISA vizsgálatokban erősen fejlesztendőnek mutatkozó kompetenciaterületeken. Ennek ellenére egyes korosztályok vonatkozásában vannak kutatási eredmények a tanulók önértékelésén alapuló informatikai képességeivel kapcsolatban (Dancsó, 2009). A kémia tanításában különösen hangsúlyos a konstruktivista pedagógia egyik jól ismert megállapítása, miszerint az új fogalmak beépüléséhez szükséges az is, hogy az új ismeretek hasznosnak ígérkezzenek a diákok számára. Az osztálytermi tudomány és a hétköznapi világ között tehát szoros kapcsolatokat kell kiépíteni. E tekintetben az infokommunikációs technológia számos segítséget nyújthat és erre az elmúlt másfél évtized számos példát is szolgáltatott (Főző és Riedel, 2003).
5
A pedagógiai kutatók nagy része egyetért abban, hogy a digitális írástudást magába foglaló digitális kompetencia meglehetősen komplex, szoros kapcsolatban és függésben áll a többi kulcskompetenciával, nagyban függ a szocio-kulturális háttértől és nehezen mérhető egyetlen teszt segítségével. Antonio Calvani és társai egy 2008-as tanulmányukban a digitális kompetenciát három dimenzió együtteseként definiálják (Calvani és tsai, 2008) (1. ábra): technológiai dimenzió, amelyben a problémamegoldás képessége és a változó technológiai környezethez való rugalmas alkalmazkodás kap elsősorban szerepet, kognitív dimenzió, melynek lényege az információk „olvasása”, szelekciója, értelmezése, értékelése és bemutatása, erkölcsi dimenzió, másokkal való kapcsolat és kommunikáció a technológia felelősségteljes alkalmazásával. Természetesen e három dimenzió együttesen és egymást kiegészítve járul hozzá a tudás felépüléséhez és annak megosztásához.
1. ábra A digitális kompetencia dimenziói (Calvani és tsai, 2008)
A Nemzeti Alaptanterv, illetve a kerettantervek nem részletezik, hogy miként valósítható meg a digitális kulcskompetencia fejlesztése. A kompetencia alapú tanítás/tanulás bevezetése az ezredforduló első éveiben az akkori Oktatási Minisztérium egyik háttérintézménye, a SuliNova Kht. feladata volt. A kompetencia fogalmát a SuliNova
6
szakértői a képességek, készségek és az alkalmazásképes tudás egységeként definiálták (SuliNova, 2006), (Pála, 2006). A fejlesztésre kijelölt hét kompetenciaterület közül az egyik az
IKT
(informatika
és
médiahasználat)
kompetenciaterület
volt.
Az
IKT
kompetenciaterület támogatása egy másik háttérintézmény, az Educatio Kht. részeként működő Sulinet Programiroda feladata lett, azonban ennek megvalósítása pénzügyi és ütemezési nehézségekbe ütközött. 2007-ben a SuliNova Kht. beolvadt az Educatio Társadalmi Szolgáltató Kht-ba, így a kompetencia alapú oktatás támogatása egy háttérintézményhez került. Az IKT kompetenciaterület azonban továbbra is különálló módon, a Sulinet Programiroda jogutódaként működő eLearning Igazgatósághoz tartozott. Az Educatio Társadalmi Szolgáltató Kht. 2004-2006-ban konzorciumi tagként vett részt a Nemzeti Fejlesztési Terv NFT HEFOP 3.1. ("Az egész életen át tartó tanuláshoz szükséges képességek és kompetenciák fejlesztésének ösztönzése") és 3.2 intézkedésének ("A szakképzés tartalmi módszertani és szerkezeti fejlesztése") intézkedéseinek 1. (Központi program) komponenseinek megvalósításában. Ennek eredményeként jelentős mennyiségű digitális tartalom került a Sulinet Digitális Tudásbázisba (SDT) és maga a rendszer továbbfejlesztése is megvalósult. A digitális kompetencia fejlesztése az Educatio által 2009-ben megkezdett TÁMOP 3.1.1 „A 21. század iskolája” című kiemelt projekt keretében folytatódott tovább. A pedagógusok részéről igen nagy érdeklődés mutatkozott az elmúlt években arra, hogy a digitális kompetencia fejlesztése is papír-alapú tankönyvekkel, pontosan rögzített tanmenetek és feladatgyűjtemények alapján történjen. Az Educatio részben a rendelkezésre álló források, másrészt a SuliNova által fejlesztett programcsomagokétól eltérő koncepció mentén a pedagógusoknak digitális tartalmakat, segédanyagokat, számos akkreditált továbbképzést fejlesztett ki. Ez nagy szabadságot biztosít a pedagógusoknak, akik azonban sokszor úgy érzik, hogy nincs kellő pedagógiai támogatás a digitális kompetencia fejlesztéséhez. Ebben az is szerepet játszik, hogy míg más kompetenciák (pl. szövegértés, matematika) területén a tanárok túlnyomó része kellően képzett, addig az információs- és kommunikációs technológia területén még 2010-ben is komoly hiányosságok mutatkoznak a tanároknál.
A tanulók digitális kompetenciájának fejlesztése Magyarországon – szemben a világ sok országával (Kárpáti, 2008) - leginkább az informatika tantárgy keretein belül történik, de ez korántsem elégséges. Elegendő, ha az információs társadalom olyan
7
vonatkozásaira
és
következményeire
gondolunk,
amelyek
a
biztonságos
médiahasználattal, a szerzői jogok problematikájával, az adatok, hírek, közlemények értelmezésével kapcsolatosak. A kémia szempontjából különösen fontosak az anyagok, készítmények, élelmiszerek stb. összetételére vonatkozó, az elektronikus médiában özönlő információk, a fenntartható fejlődéssel kapcsolatos kérdések, illetve a mikrovilág vizualizációját érintő informatikai eszközök.
A kompetenciafejlesztés bevezetése Magyarországon elsősorban az Európai Unió finanszírozásával zajló programok révén történik. Így a digitális kompetencia fejlesztése elsősorban az Új Magyarország Fejlesztési Terv néhány projektjében (jelenleg elsősorban: TÁMOP 3.1.4) jelentkezik kötelezettségként az iskolák számára. A valóságban tehát egy ilyen típusú, külső előírás/kötelező vállalás révén valósulhat meg az, amely a Nemzeti Alaptantervben már néhány éve szerepel.
Attól függően, hogy mely tantárgyról van a szó, a digitális kompetencia más-más dimenziója kaphat nagyobb hangsúlyt a tanítás/tanulás során. Az IKT eszközrendszerét alkalmazó, diák-centrikus módszerek részeként szereplő feladattípusok a következő kategóriákba sorolhatók: Technológiai feladatok: az info-kommunikációs technológia elemeinek kezelése, tudatos használata, mely jelenleg elsősorban az informatika tantárgy hatáskörébe
tartozik,
de
minden
valószínűség
szerint
megjelenhet
a
kémiatanításban is a táblázatkezelő (pl. titrálás eredménye), a prezentációkészítő vagy más szoftver használata. Szimulációs feladatok: adatok, információk kezelése és értelmezése, valós helyzetek modellezése, mellyel a tanórákon elsősorban a problémaalapú tanítás során találkozhatunk. Ez a módszer meglehetősen ritka a kémiaoktatásban, de jellegét tekintve nagyon sok témánál megjelenhet (pl. patak vizének kémiai elemzésénél). Kutatási feladatok: információk gyűjtése, rendszerezése és kritikus válogatása,
melyeknek
egyik
gyakorlati
megvalósulása
a
projektalapú
tanítás/tanulás lehet. A projektmódszer egyre elterjedtebb a kémia tanításában is, azonban számos, együttműködésben zajló diákmunka nem teljesíti a projekt kritériumait. Az IKT eszközrendszerének használatára a projekt-alapú tanulásban
8
egy európai program, az eTwinning1 rendkívül sok érdekes és követendő példát nyújt (Bodnár, Főző, 2009). Tartalomfejlesztés:
tartalom
létrehozása
egymással
együttműködésben, melynek technológiai hátterét az együttműködést támogató online irodai szoftverek (pl. Google Dokumentumok), illetve a wiki típusú rendszerek biztosítják (pl. Wetpaint2, MediaWiki3, Wikispaces4 stb.). A pedagógiai gyakorlatban számos esetben találkozhatunk azzal a helyzettel, hogy az informatika eszközeit, módszereit a tanárok csupán a tanítás folyamatában használják, míg a számonkérés a klasszikus módon történik. Az értékelés és visszajelzés még klasszikus eszközökkel sem mindig van jelen, az IKT eszközeivel pedig elvétve fordul elő (Kárpáti és Dorner, 2008). A technológiai fejlődés olyan új kommunikációs kultúrát teremtett, melyben lehetőségünk van eddig nem alkalmazott értékelési, számonkérési módokra is. Ezek közül sorolunk fel néhány példát (1. táblázat): 1. táblázat Értékelés, számonkérés az IKT eszközeivel
értékelés
kémiaoktatási példák
tudásteszt számítógépes környezetben (online
számításos feladatok, molekulamodellek
vagy offline módon)
rajzolása
kommunikáció és vita elektronikus felületen
környezetvédelmi téma megvitatása
szerepjáték online fórumon, chat-en
lakossági fórum, kémiai elemek megszemélyesítése
az információk gyűjtése, értékelése, szelekciója
élelmiszerek összetétele és összehasonlítása
a keresés során valós helyzetek kezelése, szimulációja
víz-, talajminta elemzése, ásványvízzé nyilvánítás
tartalom készítése és előadása
anyagok, jelenségek, folyamatok bemutatása
tartalmak kritikus elemzése és módosítása wiki
kémiai kislexikon létrehozása
rendszerben
1
eTwinning – http://www.etwinning.net és http://www.etwinning.hu
2
Weipaint wiki felület – http://www.wetpaint.com
3
MediaWiki szabad szoftverű wiki csomag – http://www.mediawiki.org
4
Wikispaces wiki felület – http://www.wikispaces.com
9
A kémiaoktatás számára is kitűnő lehetőség az értékelés iskolai gyakorlatában nem ismeretlen tanulói portfóliók alkalmazása (Kárpáti, 1995). Magyarországon ez a módszer elsősorban az ún. alternatív pedagógiai módszereket alkalmazó iskoláknál elterjedtebb. A portfóliók nem csupán értékelésre alkalmazhatók, hanem a munkafolyamatok nyomon követésére is, mely a konstruktivista pedagógia művelői számára alapvető fontosságú. Az e-portfólió
informatikai
eszközökkel
megvalósítható
lehetőség,
mely
általános
felhasználású eszközökkel (pl. Google Dokumentumok) és célszoftverekkel is (pl. Mahara5) elérhető. Az egyelőre még csak néhány iskolában használt e-learning keretrendszerek is képesek e-portfóliók kezelésére. A kémiatanárok számára akkor érdemes az e-portfóliót, mint értékelési módszert alkalmazni, ha a tartalmak, diákmunkák digitálisan tárolhatók, illetve, ha mind a tanár, mind pedig a tanulók rendelkeznek a használathoz (tárolás, rendszerezés, visszajelzés stb.) szükséges informatikai ismeretekkel és hardver eszközökkel. Az e-portfóliók leggyakrabban
olyan
honlapok,
melyeken
a
diákok
munkái
közzétehetők,
rendszerezhetők, bemutathatók és megfelelő jogosultságok beállításával különböző mértékben publikussá tehetők. A technikai megvalósítás szempontjából az e-portfólió lehet egy hálózati mappa is, de leginkább egy internetes honlap. Ma már a honlapszerkesztés nem igényel speciális szoftvereket és ismereteket, hiszen léteznek ingyenes eszközök (pl. Google Webhelyek), melyekkel ez megvalósítható. A Google eszköztára teljes mértékben alkalmas arra (lásd 2. ábra), hogy iskolai e-portfóliót hozzunk létre és kezeljünk (Kimmel, 2007).
5
Mahara ingyenes e-portfólió platform – http://www.mahara.hu
10
2. ábra Google eszközök - forrás: http://electronicportfolios.org/google/index.html (Helen C. Barrett, 2007)
Az e-portfóliók kezelésére alkalmas a Magyarországon több felsőoktatási intézményben és néhány középiskolában is használt Moodle6, de létezik nyílt forráskódú program is az Open Source Portfolio (http://sourceforge.net/projects/ospi/).
6
A magyar tapasztalatokról szóló közlemények és közösségi oldalak gyűjtő helye: http://moodle.lap.hu/
11
2. A KÉMIAOKTATÁS HELYZETE A DIGITÁLIS ÍRÁSBELISÉG TÜKRÉBEN 2. 1.
A kémi a t ant árg yi spec i al it ás ai
Az IKT eszközrendszere a társadalomban bekövetkezett változások után megjelent az oktatás különböző területein is. Megváltozott a tanár-diák kommunikáció, az információk kezelése és az azokhoz fűződő viszony, valamint végérvényesen megszűnt a papír alapú tartalmak monopóliuma. Sok pedagógus számára ezek a változások az ezredforduló utáni évekre tehetők, azonban az informatika és a kémiaoktatás kapcsolata ennél jóval régebbi, ahogyan ez a szakirodalmi adatokból is látható (Marx, Szücs, 1985) (Hobinka, Riedel, 1987, 1990).
Az IKT egyrészt esélyt kínál minden tantárgynak arra, hogy oktatási módszereit modernizálja és új, hatékonyabb és népszerűbb paradigmákat alkalmazzon, másrészt a technológiai fejlődés, a társadalom működésének információtechnológiai átalakulása nem áll meg az iskola kapujában. Az informatika eszközrendszerére a kémia oktatásában is szükség van. A kémia mint tantárgy folyamatosan számos kihívással, pozitív és negatív külső tényezővel találja szemben magát. A tanulók tantárgyi attitűdjei a tantárgyak többségénél az iskolában eltöltött évek során folyamatosan romlanak. A nyelvtan, a matematika, a kémia és a fizika népszerűsége itthon jelentősen elmarad a többi tárgy mögött. Különösen problematikus a kémia és a fizika helyzete. A kémia 1993-ban még kevésbé volt népszerűtlen, mint a nyelvtan, 2000-ben viszont sereghajtó helyzetbe került és 2001-ben is csupán a fizika múlta alul. Árnyalja az a tény, hogy a 7. évfolyam végén a diákok még szeretik a kémiát, népszerűsége megközelíti, sőt majdnem eléri a biológiáét és a földrajzét. A 9. és a 11. évfolyam végére viszont csak a fizikáét előzi meg a tantárgy kedveltsége. Az attitűd alapján gyakorlatilag az elutasított tantárgyak sorába kerül (Kocsis, 2000), (Fernengel, 2009). A fizika és a kémia annyira népszerűtlen, hogy ez már jelentősen akadályozhatja oktatásukat. A népszerűtlenség jól megmutatkozik az érettségire jelentkezettek számában (2007 évi adatok) (3. ábra). Eszerint a tradicionális közismereti tárgyak között a kémia egyike az utolsóknak (Csapó, 2008).
12
A kémia, mint tantárgy megújulása jelenleg is tart új tantervek, és új taneszközök megjelenésével. Ennek az Oktatási és Kulturális Minisztérium és a tanárképző intézmények részéről is támogatott a törekvésnek volt része az Országos Köznevelési Tanács (OKNT) által 2008-ban kezdeményezett felmérés, melynek eredményeit 1033 kérdőív elemzése alapján tette közzé a bizottság (Ádám, Baranyai, Kertész, Szalay, 2008).
3. ábra Az érettségizők száma (2007)
2. táblázat A természettudományos tantárgyakból és informatikából érettségizők száma 2006-2008 között (forrás: OKNT felmérés, 2008)
év szint biológia fizika kémia földrajz informatika
A
közép 15683 7131 3292 20991 22124
2006 emelt 5093 1548 1546 631 1390
közép 15538 6520 3097 20726 24653
természettudományok
2007 emelt 4770 1238 1556 560 1204
tanításának
közép 14140 5224 3572 19304 26965
nagyszerű
2008 emelt 3717 680 687 353 950
hagyományai
vannak
Magyarországon, azonban illúzió azt hinni, hogy ez a múlt még él akár az elitképzés szintjén is napjainkban. Az élményt adó tanulás elengedhetetlen feltétele a kémiában éppen a kísérletezés, a jelenségek értelmezése a diákok saját tapasztalatai alapján. A kémiai elméleti és gyakorlati ismeretek a tantárgyak közül egyedülálló módon egészülnek ki a laboratóriumi technika manualitást kívánó tevékenységeivel. A pedagógiai gyakorlatban a kísérletezés aránya azonban rendkívül változó és számos paraméter
függvénye.
Ezek
közül
megemlítendő
rendelkezésre álló eszközök és laboratóriumi helyiségek.
13
a
tanár
felkészültsége,
a
2. 2.
Kémia s zakmó ds zert an
A kémia tantárgy módszertani eszköztára sokrétű lehet a laboratóriumi, kísérletezésre épülő tevékenységek tanórai jelenlétével. Az OKNT felmérése azonban jól mutatja a hazai pedagógiai gyakorlat egyik fő jellemzőjét, a tanárközpontú frontális osztálymunka elterjedtségét, amely a természettudományos tantárgyak esetén 50%-nak adódott a válaszadók körében. E tekintetben jobb a helyzet az általános iskoláknál, mint a gimnáziumok esetében. A tanulók valódi aktivitásával zajló módszerek közül például a projektmódszert a tanárok 27-28%-a soha nem használta még. Az élményszerű, szemléletes és egyben képességfejlesztő tanítás metodikájának egyik legfontosabb eleme a tanári kísérletezés és a tanulói kísérleteztetés. A módszerek alkalmazásáról egyébként nehéz általános képet adni, mert nem történt mindent átfogó felmérés. Az viszont általános tapasztalat és vélemény, hogy a kémiaórákon kevés a kísérlet és különösen kevés a tanulói kísérletezés, kevesebb, mint 10% a válaszadók körében (4. ábra).
differenciált egyéni munka 7% pármunka 6% kooperatív csoportmunka 9% frontális osztálymunka 50%
rétegmunka 8%
frontális egyéni munka 20%
4. ábra A természettudományos tanárok által alkalmazott munkaformák (OKNT, 2008)
Az info-kommunikációs technológia eszköztára nagymértékben jelen van a tanári felkészülésben, azonban a tanórákon még sok kiaknázatlan lehetőség van. A kémiaoktatásban az IKT eszközei támogatást nyújtanak a természettudományos
14
kompetencia fejlesztéséhez, miközben mind a tanulók, mind pedig a tanárok digitális kompetenciája fejlődhet. Néhány alkalmazási terület:
Folyamatok, tulajdonságok modellezése, melynek során a jelenségek
térbeli és időbeli korlátai megváltoznak és áthidalható méretek közötti hatalmas szakadék.7
Laboratóriumi eszközök, kémiai reakciók, vegyszerek „kezelése” virtuális
környezetben, nem veszélyes, tiszta, környezetkímélő módon.8
Kísérletek tervezése, kísérleti szituációk tesztelése, megjelenítése a
szabadon variálható körülmények között.9
A nem hozzáférhető jelenségek is megjelenítése, bemutatása és elemzése, a
mikrovilág szimulációkon keresztül való megismerése.10
A
hagyományos
médiumokkal
szemben
a
számítógépes
grafikai
ábrázolások és az adatelemzés gyors, szemléletes.11
A digitális taneszközök használatával az interaktivitás nagymértékben
növeli a tanuló egyéni részvételét saját tudásának felépítésében, készségei, képességei fejlesztésében. Ezt támogatja a kérdésekre gyorsan érkező válasz, az azonnali visszajelzés lehetősége (trial and error).
Az IKT lehetőséget biztosít a kémia tanulásában is a csoportos
együttműködésre, az építő egymásra utaltságra a kompetencia fejlődése érdekében.
A tudományos adattárak, információs bankok, vegyület-adatbázisok
könnyen hozzáférhetők az informatika technológiai eszközeivel.12
A prezentációkészítő eszközök széles spektruma révén mind a tanár, mind
pedig a diák lehetőségei is látványosan bővülnek, így az ismeretek reprezentációja lényegesen könnyebb, adekvátabb.
Az IKT eszközei szinte minden pedagógiai módszert teljes körűen
kiszolgálnak és megfelelő technológiai alapot szolgáltatnak.
7
Például: atomok, molekulák szerkezete, kötések kialakulása, reakciómechanizmusok stb.
8
Például: laboratóriumi eszközök helyes használata, műveletek végrehajtása, berendezések kezelése stb.
9
Például: titrálás tetszőlegesen választható savakkal és lúgokkal, illetve indikátorokkal stb.
10
Például: a radioaktivitás, atomenergia, kémiai egyensúly értelmezése stb.
11
Például: kémiai reakció kinetikájának tanulmányozása, molekulamodellek ábrázolása stb.
12
Például: molekulák adatai és modelljei, fizikai és kémiai tulajdonságok táblázatai stb.
15
Számítógéppel segített kémiai kísérletezés hidat ver a valóság és a
virtuális valóság közé, a közvetlen és kvantitatív ismeretszerzést szolgálva. A mobileszközök13 révén a tanulás és az iskola színterei egyre kevésbé esnek egybe.
Az Internet révén a tanuló és a tanár is egy kapcsolati háló részévé válik,
amely új dimenziót ad a tanulás/tanítás folyamatának (Kulcsár, 2009). Ebben a konnektivista megközelítésben a tanulók, tanárok és az információ közötti kapcsolatok épp oly fontosak és szövevényesek, mint a vegyületeknél megtalálható kémiai és fizika kötések. Az IKT adta lehetőségek mellett fontos megemlíteni a korlátokat is, illetve azokat helyzeteket, amelyekben az informatika jelenléte nem segíti a kémia tantárgyi céljainak teljesülését. Gyakori probléma a valódi kísérletezés helyettesítése virtuális megoldásokkal olyankor is, amikor a jelenségek bemutathatók, a biztonsági kritériumok, a laboratórium felszereltsége vagy az eszközök hozzáférhetősége megengedné azt. A számítógépes grafikai vagy animációs megoldások egyes esetekben inkább esztétikai szempontok, mint sem tudományos kritériumok alapján készülnek. Emiatt a modellek bár látványosak, szemléletesek, azonban hamis információt közölnek. A világhálón elérhető hatalmas információs dzsungelben sok ellenőrizetlen adat (pl. élelmiszerekkel kapcsolatban), tudományosan nem megalapozott elméletek (pl. homeopátia, pi víz) és tudományosnak látszó, megtévesztő tartalom érhető el (Urbánné, 1998). Hasonló probléma a túlságosan nagy mennyiségű adat és információ. Mindezek új pedagógiai célok kitűzését teszik szükségessé a kémiatanár számára is. A tanulói feladatok (pl. dolgozatok, kiselőadások, diákmunkák) teljesítése során megjelenik a tartalmak ollózása, meggondolatlan és a megértést mellőző használata, az ún. copy-paste tudás. Ez a számonkérés és az értékelés rendszerének változását és egyben megújulását vonja maga után.
13
Például: szenzoros mérőeszközök, okostelefonok, PDA-k, GPS-vevők stb.
16
A kémia, mint tantárgy jövője szempontjából megemlítendő, hogy az utóbbi két évtizedben
néhány
hazai
oktatási
intézményben
is
megjelent
az
integrált
természettudomány, mint önálló tantárgy. A természettudományos tantárgyak integrációja
a
NAT
szintjén
megvalósult.
A
NAT
Ember
a
természetben
műveltségterületének előírásai már nem szaktárgyanként jelennek meg, hanem integrált szemléletben. Az integrált természettudomány hazai helyzete a gyakorlatban számos tényező függvénye, amelyek között nem megkerülhető a megfelelően képzett pedagógusok hiánya, a tantervek különböző mélysége. Ezekhez természetesen hozzáadódnak a természettudományos tárgyak általános nehézségei, mint a felszereltség hiánya, az alacsony óraszám stb. Ezzel a kérdéssel a fentebb említett OKNT tanulmány is foglalkozik a természettudományos tantárgyak tananyagának „integrált szemléletű” modernizációját javasolva (Ádám, Baranyai, Kertész, Szalay, 2008). 2009-ben az Oktatási és Kulturális Minisztérium olyan pályázatot írt ki annak érdekében, hogy új megközelítésű, az integráció felé mutató tantervek szülessenek.
A magyar diákoknak lehetőségük van „természettudományból” érettségit tenni. Ez a komplex tantárgy a természetföldrajz, a fizika, a kémia és a biológia egyes területeinek
integrációjából
jött
létre.
Mivel
Magyarországon
csak
néhány
intézményben tanítják ezt a tantárgyat, nagyon kevés szakközépiskolai vagy gimnáziumi diák választja ezt a lehetőséget. A kimeneti követelmények szintjén tehát jelenleg nem jelenik meg az integrált természettudomány. Magyarországon leginkább az alternatív pedagógiai elveket követő intézményekben fordul elő integrált természettudomány. Ez a pedagógiai háttér az oka annak, hogy ezekben az iskolákban a klasszikus kémia tanításához képest kisebb arányban találkozhatunk módszertani sivársággal. Az integrált természettudomány gyakran épít a csoportmunkára, a kooperatív technikákra, a projekt módszerre, az infó-kommunikációs technológia alkalmazására és a gyakorlat orientált tevékenységekre (Havas, 2006), (Veres, 2006).
2. 3.
A kémi a t anít ás ának i nf or mat i kai i nfr astr u kt úr ája
Az eszközpark tekintetében a hazai helyzet rendkívül nehéznek mondható. A kémiatanárok legnagyobb része a laboratórium, az iskolai szertár és az eszközpark fejlesztését tartja az egyik legfontosabb célnak a saját praxisában. Az OKNT bizottság már
17
idézett jelentése így fogalmaz: „Javasoljuk, hogy a természettudományos szaktanárok óraterhelésénél vegyék figyelembe a kísérleti munkával járó sajátosságokat, valamint a tehetséggondozásra fordított időt. Támogatni kell az asszisztensek alkalmazását.”
Az informatikai infrastruktúra fejlesztése a magyarországi iskolákban elsősorban az Új Magyarország Fejlesztési Terv égisze alatt futó pályázatok (pl. TÁMOP 3.1.4, TIOP 1.1.1) révén valósul meg a kompetencia alapú oktatás bevezetéséhez és támogatásához kapcsolódva. Az iskolai gyakorlatban azonban a kémia tantárgy eszközparkja nem mindig tartalmazza az informatikai hardvereszközöket is. Az OKNT által 2008 tavaszán létrehozott vizsgáló bizottság 2008 őszére készített jelentésében adatokat találunk a kémiai kísérletek és a demonstrációk elvégzéséhez szükséges eszközparkra, az iskolák tantermi, laboratóriumi felszereltségére, a tanári és a tanulói kísérletezésre vonatkozóan is (Ádám, Baranyai, Kertész, Szalay, 2008). Eszerint az ideális szakterem + szertár + laboratórium együttessel az iskoláknak csak 18-20 %-a rendelkezik (5. ábra).
egyik sem 5%
csak labor 1%
csak szertár 16%
szaktanterem 4%
szaktanterem + szertár + labor 18%
szertár + labor 2% szaktanterem + szertár 54%
szaktanterem + labor 0%
5. ábra Az iskolák felszereltsége kémiából (OKNT, 2008)
A kémia előadótermek, laboratóriumok esetében az informatikai infrastruktúra is gondolni kell, azonban ezek biztonságos elhelyezése, használata és megfelelő tárolása a kísérletezésre kialakított helyiségekben többlet figyelmet kíván. Az alábbiakban néhány
18
olyan eszközt sorolunk fel, amely nem hiányozhat a korszerű IKT eszköztárból kémiaórán sem. Hálózat Az iskolában helyi hálózatnak kell működnie, amely egyben nagy sebességű és biztonságos internetelérést is garantál. A biztonságos, kódolt, nem nyilvános vezeték nélküli hálózat nagymértékben megkönnyítheti a mobil eszközök (pl. noteszgépek, szenzoros eszközök) használatát. Hardver A kémia tanításához más tantárgyakkal megosztva vagy esetleg önállóan használható, korszerű, de az oktatási igényekhez igazodó paraméterekkel rendelkező eszközök használata javasolt. Ez nem minden esetben jelenti a legmodernebb, legújabb technológia használatát. Interaktív tábla: állványra szerelt, megbízható működésű, olyan, projektorral integrált eszköz használata javasolt, amely hangszórókkal van ellátva. Az interaktív tábla esetében igen lényeges a szoftver minősége és az online vagy offline tartalomszolgáltatás. Számítógépek: a tanulói használatra könnyű, strapabíró, korszerű noteszgépek az ideálisak, de a megfelelően elhelyezett asztali munkaállomások is kitűnően használhatók. Ezek darabszáma a lehetséges pár- és csoportmunkához igazodik, nem szükséges minden tanulónak külön számítógép. Alkalmanként a kémiatanárok is igénybe vehetik az iskola számítógéptermét, ahol lehetőség van arra, hogy minden diák egyénileg dolgozzon. Ez a gyakorlatban a hiányos infrastruktúra miatt nagy nehézségekbe ütkötik. Tanulói válaszadó rendszer: a korszerű pedagógiai módszerek közé tartozik az IKT területén a válaszadó rendszerek (szavazórendszer) használata is. A kémiaórákhoz olyan eszköz ajánlott, mely mind számok, mind pedig szöveg bevitelére alkalmas. Célszerű a típust illeszteni az interaktív tábla típusához. Dokumentumkamera:
a
kísérletek,
apró
tárgyak,
eszközök
bemutatására alkalmas eszköz, melyet az interaktív táblához érdemes illeszteni típus szerint is. A helyes színvisszaadás és a fényérzékenység ez esetben különösen fontos paraméterek.
19
Videokamera: a kísérletek, jelenségek, bemutatók, foglalkozások rögzítésére alkalmas digitális videokamerák, melyek jó optikai paraméterekkel rendelkeznek és a színeket megfelelő hűségben adják vissza. digitális fényképezőgép: a tanári munka támogatására, valamint e mellett a diákmunka, a projektek, témahetek szempontjából szükséges eszköz, melynél ugyancsak fontos a helyes színvisszaadás a kémiai vegyületek, kísérletek dokumentálásához. Webkamera: a noteszgépek sok esetben tartalmaznak webkamerát, de a kísérletek rögzítésére, közvetítésére, projektmunkához ajánlott a jó minőségű webkamera.
Szoftver A digitális tananyagok túlnyomó része Magyarországon ingyenesen hozzáférhető, így speciális oktató program beszerzésére kismértékben lehet szükség. A speciális, kémiai szoftverek között is nagy számban vannak az oktatásban ingyenesek használhatók, így ezek beszerzése nem az anyagi lehetőségek, inkább a szakmai tájékozottság kérdése. A hazai kémiaoktatásban használható szoftveres lehetőségekkel kapcsolatos használati szokások felmérése kutatásom egyik célja és eredménye.
20
3 . T Ö R T É N E T I Ö S S Z E F O G L A L Ó A Z I KT H A Z A I KÉMIAOKTATÁSI EREDMÉNYEIR ŐL
Az IKT eszközrendszer kémiaoktatási alkalmazásai hazai viszonylatban is sokfélé. Jelen történeti összefoglaló részben szakirodalmi áttekintés, részben pedig azon fejlesztések egy részét sorolja fel, amelyek a kutatásom részét képezik. Ezek a digitális tartalomra vonatkozó fejlesztések kipróbálás mellett alapot teremtettek arra, hogy vizsgálatokat végezzek a kémiatanárok és a kémiát tanuló diákok körében.
A számítástechnika, majd később az informatika eszközei már az 1980-as években megjelentek a kémia tanításában. Így történt ez Magyarországon is, ahogyan ezt számítógépes programok, egyetemi záró dolgozatok és publikációk is jelzik (Hobinka, Riedel, 1983), (Hobinka, Riedel, Valkó 1984). Kezdetben a számítógépek számítási teljesítményére építettek az oktatási alkalmazások a mérési adatok feldolgozása és a kémiai számítások területén. Ezen a területen a fejlődési iránya a szimulációk és a modellezés irányába mutatott már akkoriban is. A számítógépek kimeneti perifériái nem voltak még megfelelőek az eredmények igazán szemléletes ábrázolásához, a hangsúly a kémiai folyamatok matematikai modellezésén volt. A CGA monitorok14 1981-es megjelenése azonban némi utat engedett a vizualizációnak. Ennek a vonulatnak a képviselői voltak az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Kémiai Tanszékén készített, a modellezésre összpontosító számítógépes programok, mint a Chemopolis reakciókinetikai modellező program, vagy a Molekulageometria (Szakály, 1986).
Az 1980-as években a számítástechnika másik kémiaoktatási alkalmazása a méréskísérletezés támogatása volt. A komputer számítási kapacitása és a hozzá kapcsolt interfészek lehetővé tették, hogy különböző mérőműszerek adatait rögzítsék és kiértékeljék. A kutatók világában ez nem volt újdonság, azonban a kémia tanításában ez korántsem volt elterjedt. Ebben úttörő szerepet játszott az ELTE Fizikai Kémiai Tanszékének tanára, Riedel Miklós és felesége, Hobinka Ildikó, a Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium tanára. Munkájuk, illetve tanítványaik 14
Color Graphics Adapter, az IBM első grafikus kártyája és színes monitora (1981)
21
tevékenysége nyomán a számítástechnika kémiai alkalmazásai Magyarországon is meghonosodtak. Ezt számos, ma már mérföldkőnek számító publikáció jelzi az 1980-as évek közepétől napjainkig (Riedel, Vámos, Hobinka, 1985), (Riedel, Riedel, 1987), (Hobinka, Riedel, 1991). Az 1990-es években a számítógépek teljesítménye és perifériái is jelentősen fejlődtek. Számos olyan programozási nyelv terjedt el (pl. BASIC, Pascal, C), amelyek az érdeklődők egyre nagyobb köre számára váltak elérhetővé. Ezáltal a szoftverek száma növekedésnek indult a kémiaoktatás területén is. A kémiaoktatásban használható szoftverek továbbra is elsősorban a matematikai modellek, az mérések támogatása és az adatfeldolgozás területeit fedték le (Clugston és tsai, 1983), (Kappenberg, 1988), (Adler, Sorkau, 1990). Az Internet megjelenése az oktatásban elsőként az akadémiai szférában, az egyetemeken éreztette hatását. Magyarországon 1992-ben vált elérhetővé az internet az egyetemi hallgatók nagyobb tömegei számára. Az e-mailes kommunikáció megjelenése és fejlődése, majd a mai információs csatornák előfutárai a hírcsoportok15 és a gopher, előrevetítették az oktatási, azon belül a kémiai lehetőségeket is. A gopher a World Wide Web elterjedéséig, az 1990-es évek első felében volt használatos az egyetemeken. A TCP/IP16-re épülő protokollként egy kliens szoftver segítségével alkalmas volt arra, hogy távoli számítógépeken információkat érjünk el, keresőket is használva.
A világháló, azaz a World Wide Web máig tartós sikere már a karakteres böngészők17 korában (pl. lynx) is megmutatkozott, de az 1990-es évek közepétől egyre nagyobb mértékben terjedt a multimédiás tartalom is. Az internet adatátviteli sebessége azonban akkoriban komoly korlátnak bizonyult, ezért az ezredforduló előtt néhány évre felvirágzott a számítógép merevlemezéről vagy adathordozóról működtetett tartalmak, szoftverek kora. Magyarországon a kémiai szoftverek és multimédiás CD-ROM-ok száma nem volt túl nagy, ráadásul szakmai színvonaluk, minőségük, használhatóságuk sem volt egyformán jó és hiányzott a megfelelő szakmai kontroll. Ez utóbbi tekintetében ma sem javult a helyzet. A szoftverek minőségi kérdései már 2000-ben is a szakma legfontosabb
15
USENET News, elektronikus faliújság
16
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), az Internet működését szabályozó protokollok
17
Ekkor a WWW böngészői csak szöveges információkat jelenítettek meg számítógép karakterek formájában.
22
problémái között szerepeltek, és ez a helyzet máig sem változott (Kárpáti, 2000), (Lakatosné és Kárpáti, 2009). A hazai gyártású multimédiás kémiai CD-ROM-ok közül a Kémia Kalauz 1. „Utazás az elemek birodalmában” (1997) és a Kémia Kalauz 2. „Általános kémia – multimédia tananyag” (1999) címűek voltak a legjelentősebbek (ifj. Molnár, Molnár, Molnárné, 1997), (ifj. Molnár, Molnár, Molnárné, 1999). Mindkét korong számos kémiatanár eszköztárában szerepelt. Máig jól használható az oktatásban az a kémiai kísérleteket bemutató videogyűjtemény, amely az ELTE szakemberei közreműködésével készült „Amit a kémiai kísérletezésről tudni kell” címmel (Rózsahegyi, Wajand, 1998). A hazai piacon is találkozhattunk
olyan
tartalmakkal,
amelyek
lényegében
a
CD-ROM-ba
zárt,
szerkeszthetetlen és továbbfejleszthetetlen tananyag mintapéldája volt. Az internetes tartalmak gyors és egyszerű elérése, a multimédiás lehetőségek fejlődése kiszorította a tananyagok piacáról a CD/DVD-alapú termékek nagy részét. Az a tény, hogy ma is találkozhatunk kémiai témájú korongokkal (Czirók, 2007), több nem lényegtelen okra vezethető vissza: ezek a tartalmak nem önállóan, hanem papír alapú tananyagok mellékleteiként érhetők el, általában nagyméretű állományok (pl. kísérleteket bemutató videók) vagy nagyfelbontású fotók tárolására és terjesztésére használják őket; a CD/DVD, mint adathordozó könnyen másolható, de még mindig nagyobb akadályt jelent a jogosulatlan használat számára, mint a költségesen és bonyolultan megoldható online másolásvédelem.
Az internet kémiaoktatási lehetőségei 1995-ben már széles körben elérhetők voltak a hazai kémiatanárok számára is. Számukra készítettem el a KOALA – Internet kémiatanároknak című web-alapú ismertetőt (6. ábra). Ebben az e-mail, a hírcsoportok és a WWW szolgáltatásai szerepeltek, linkekkel és tanácsokkal.
23
6. ábra Képernyőkép: KOALA, Internet kémiatanároknak (1996) – http://kation.elte.hu/koala/index.html
Ebben az időszakban látott napvilágot a KATION című internetes folyóirat, mely az első hazai kémiaoktatási honlap volt 1996-ban. Az ELTE kémiaoktatási folyóirataként indított (alapítók: Riedel Miklós, Főző Attila László) KATION (KémiATanítás, Információk Oktatóknak és Nebulóknak) linkgyűjteményekkel, cikkekkel, továbbképzéseken készült segédanyagokkal és különböző projektek eredményeivel várta a látogatókat (7. ábra). A folyóirat egyik szolgáltatása volt egy kémiatanároknak és érdeklődőknek indított levelezési lista, a KATIONINFO is (Riedel, Főző, 1996), (Riedel, Főző, 1998). A honlap működésének legintenzívebb korszaka 1996 és 2000 között volt. Az 1999-ben, az Oktatási és Kulturális Minisztérium égisze alatt útjára indult Írisz-Sulinet portál Kémia rovata hasonló tartalommal, de jóval nagyobb technikai és anyagi háttérrel átvette a KATION által korábban betöltött szerepet. A KATION egykori tartalmai ma is elérhetők a http://www.kation.hu címen.
24
7. ábra Képernyőkép: KATION, az ELTE kémiaoktatási folyóirata
A KATION folyóirattal azonos időszakban indult, a mára már szintén nem funkcionáló Chemonet
(http://www.chemonet.hu), mely igen
gazdag
vegyészeti
információforrás, színvonalas kémiatörténeti archívummal, gyűjteményekkel, és egy molekulaképtárral. Ezek mai is a látogatók rendelkezésére állnak.
A Sulinet program 1997-es indulása után 1990-ben született meg az Írisz-Sulinet Oktatás, (http://www.sulinet.hu/) a legnagyobb magyar oktatási portál. A Sulinet Kémia rovata,
mely
2008-ig
működött, segédanyagokat, feladatokat,
kísérletleírásokat,
érdekességeket és friss híreket jelentetett meg. A Sulinet Digitális Tudásbázis elindulásáig ez a portál volt a legjelentősebb hazai oktatási tartalomszolgáltató a kémiatanárok számára is. A Sulinet üzemeltette a Reaktor levelezési listát18 is, amely kémiatanároknak, érdeklődőknek szolgáltat híreket, hasznos információkat a mai napig (immár az Educatio Nonprofit Kft. üzemeltetésében).
A Sulinet program keretén belül, Sulinet Digitális Órák és Sulinet Házi Feladat címmel készült elektronikus tananyagok közül néhány kapcsolódott a kémiához. Ezek a tananyagok – melyek szöveges tartalmát és a multimédia elemek forgatókönyvét készítettem - komplex szemléletűek voltak, azaz egy-egy témát nemcsak a fizika, hanem más tudományágak szemszögéből is megközelítettek. Egyéni tanuláshoz, kiselőadások háttéranyagául és a tanári demonstráció kiegészítéséhez jól használhatóak voltak (Kémia, 18
http://lista.sulinet.hu/mailman/listinfo/reaktor
25
gyakorlati
alkalmazások
(víz-
és
légszennyezés)
és
A
víz
(halmazállapotok,
állapotváltozások), azonban ma már online nem elérhetőek. Az 1990-es évek végén a Művelődési és Közoktatási Minisztérium elküldte ezeket a tananyagokat minden hazai oktatási intézménynek CD-ROM-on.
A webes tartalmak fejlődésével már az 1990-es évek végén megjelentek azok a technológiák, amelyek a kémia tanításában oly fontos vizualizációt segítették elő. Nemzetközi szinten kezdetben az akadémiai szféra állt elő olyan honlapokkal, amelyeken atom- és molekulamodellek interaktív és látványos formában voltak láthatók. Ezt követően külföldön megjelentek a kereskedelmi termékek, először offline, majd online tartalmak, ezzel szemben Magyarországon mind a mai napig ritkaság a jó minőségű, látványos és interaktív vizuális tartalom a kémia iránt érdeklődők számára.
8. ábra Vizualizáció az 1980-as évekből: atompálya megjelenítése karakterekkel (forrás: Kappenberg, 1988, 195. oldal)
26
E történeti áttekintésbe tartozik az 1998-ban készült Molekulageometria 2.0 tananyag, mely a VRML19 technológia segítségével mutatja be a molekulageometria alapjait. A tananyagot egy 1986-os számítógépes program felújításaként készítettem webes formában. A http://kation.elte.hu/vegybank/molekula/index.htm címen ma is elérhető tananyag fejlesztésekor kísérletet tettem arra, hogy egy kémiatanár miképpen használhatja a tanóráin ezt a technológiát és egyben kipróbáltam, hogy milyen ismeretekre van szükség ahhoz, hogy egy kémiatanár vagy egy érdeklődő diák maga is építsen ilyen modelleket (Riedel, Főző, Hobinka, 1998) (9. ábra).
9. ábra Molekulamodell a Molekulageometria 2.0 tananyagból
A World Wide Web mintegy 15 éves sikertörténet után jelentős változáson ment keresztül, ugyanis a 2000-es években átalakultak az internetezési szokások, amennyiben megjelent a felhasználók tömeges részvétele a tartalomfejlesztésben, a web építésében. A Web 2.0 nemcsak az internetezést, a tanulást és tanítást változtatta meg, hatásai a kémiaoktatásban is érezhetők.
19
Virtual Reality Modelling Language
27
4. WORLD WIDE WEB ALAPÚ MÓDSZEREK ÉS ESZKÖZÖK A KÉMIAOKTA TÁSBAN
A tanárok és diákok számára megszokottá vált, hogy ismereteiket egy olyan információs dzsungelből szerezhetik meg, amelynek csupán egy kis része papír alapú. A tanárok szerepe sem a régi már ebben az információs rengetegben. A tudás egyedüli birtokosaiból
információs
révkalauzokká
váltak,
akik
segítséget
nyújtanak
tanítványaiknak eligazodni az információk sokaságában. A tanár egyik hatékony eszköze ebben a megváltozott világban az információs és kommunikációs technológia oktatásbeli alkalmazása.
Az OECD 1999-ben indította útjára a „IKT és az oktatás minősége” (ICT and the Quality of Learning 1999-2003) című projektjeit. E kutatás részeként 2000 és 2002 között Magyarországon is létrejött hat, tantárgyi szakértőkből álló csoport az ELTE Oktatástechnológiai és Multimédiapedagógiai Tanszékén Kárpáti Andrea vezetése alatt. A kutatás célja az volt, hogy elősegítse a számítógéppel segített tanítás és tanulás új pedagógiai kultúrájának terjesztését, kidolgozzon és kipróbáljon új módszereket. A projekt eredményeként a természettudományos tantárgyak között először fizikából látott napvilágot tanári kézikönyv (Tasnádi és Főző, szerk., 2003), majd a következő fázis eredménye az „Informatikai eszközök a kémia oktatásában” című tanári kézikönyv és annak CD-melléklete, amely az első átfogó háttéranyag volt ebben a témában kémiából (Riedel és Főző, szerk., 2003).
Az 1997-ben útjára indított Sulinet Program több éves működése alatt nagyobb mennyiségű magyar nyelvű kémiai tananyag vált elérhetővé digitális formában. A 2004 szeptemberében indult Sulinet Digitális Tudásbázis révén kémiából is jelentős mennyiségű elektronikus tananyag, segédanyag vált elérhetővé a pedagógusok és a diákok számára internetes felületen. A nyelvismeret hiányából fakadó problémák tehát megszűntek és ma már kijelenthető, hogy nincs hiány tananyagokban, digitális taneszközökben, legalábbis mennyiségi szempontból.
28
4. 1.
A web h as znál at ának kémiao kt at ási s pecif i ku mai
Az informatikai eszközök kémiaoktatásban történő használatát, azon belül a webes tartalmak és alkalmazások beillesztését, a kémiatanítás néhány specialitásának figyelembe vételével lehet megérteni és alátámasztani. Íme néhány ezek közül a teljesség igénye nélkül. Az iskolák rendszerint szűkös anyag- és eszközellátottsága mellett kiemelendő a jó hozzáférhetőség (nincs vegyszerigény és kevés eszköz szükséges) a már meglevő informatikai infrastruktúrára építve. A webalapú multimédiás tartalom használata a folyamatok modellezése során számos előnnyel jár. A hosszadalmas eljárások rövidíthetők, a jelenségek térbeli és időbeli korlátjai lecsökkennek. Eszközök, reakciók, vegyszerek „működtetése” nem veszélyes (mint például egy vegyi
üzemé
vagy
egy
atomreaktoré),
ismételhető,
használata
pedig
tiszta,
környezetkímélő. Lehetőség van a kísérletek megtervezésére a körülmények variálható megválasztásával. Így ideálisabb környezet is biztosítható, mint a valóságban. A virtuális kísérlet befejeztével lehetőség van az újraindításra. Fontos alkalmazási mód a valódi kísérleti eszközökkel nem hozzáférhető jelenségek is megjelenítése (mint például az atomi méretek és mozgások szimulációja, molekuláris szintű jelenségek, reakciómechanizmusok). A hagyományos táblai rajzzal szemben a grafikai ábrázolások számítógéppel igen gyorsak, szemléletesek, könnyen változtathatók, valamint a gyors adatfeldolgozás lehetősége is előnyös lehet. Az interaktivitás élményszerűvé teszi az informatikai eszközök használatát, az egyéni adatok és kérdések személyes jelleget adnak a tanulás folyamatának. A kérdésekre adott válaszok kiértékelhetők, a válaszok és a személyre szóló eredmények kinyomtathatók, és így a későbbi tanulás során újra felidézhetők. Mivel nemcsak egy tanuló munkáját, hanem egy csoportot, esetleg egy egész osztályt is értékelni lehet, a WWW technológia gyors pedagógiai eredménymérésre is alkalmas lehet. Az értékelés és a számonkérés területén az ún. Web 2.0 megjelenése további lehetőségeket hozott.
29
A nagy memóriakapacitás sok adat bevitelét és őrzését teszi lehetővé, ezek bármikor előhívhatók, és így a számítógép a saját, testre szabott adatbank szerepét is betöltheti. A multimédiás és prezentációkészítő szoftverek lehetőséget adnak a tanárnak arra, hogy elkészítse saját, a nyomtatott könyvektől, fóliasorozatoktól független prezentációját. Mindezt látványosan és a világháló segítségével naprakészen. A világháló naprakészségének előnye a papír alapú tartalmakkal szemben vitathatatlan. A sokszor említett hitelesség kérdése immár a nyomtatott könyvekkel szemben is felmerül, nem csupán az elektronikus médiával kapcsolatban, mivel a nyomtatás technológiájának elterjedésével egyre több ellenőrizetlen tartalmú kiadvány születik. A
céltudatos
böngészés,
az
adatfeldolgozás,
prezentációkészítés,
a
munkaszervezés eszközei lehetővé teszik, hogy a diákok projektmunkákat is készítsenek, illetve az egyéni tanulásban is több lehetőséggel éljenek. A számítógéppel kiegészített kémiai kísérletezés feloldja a valóság és a virtuális valóság konfliktusát, a közvetlen és kvantitatív ismeretszerzést szolgálja. Az Internet segítségével a tanár és a diák hatalmas adatbázisból meríthet. A tele-kollaboráció oktatási használatára is lehetőség van: némi szervezéssel megvalósítható a kétoldalú vagy többoldalú kommunikáció távoli iskolákkal, sőt kutatóhelyekkel.
4. 2.
Számítóg éppel s eg ít ett kís érl et ezés
Az informatikai eszközök alkalmazásának egyik jellegzetessége, hogy csatolni tudja a természettudományos megismerés két módját, a közvetlen és a modelleken keresztül való információszerzést. A kísérletek egy része kvalitatív jellegű tanári (vagy tanulói) bemutató, másik része kvantitatív jellegű, azaz mérés. Az informatikai eszközök segítségével olyan méréseket, számításokat vagy éppen grafikus megjelenítést is meg tudunk valósítani, amelyeket az iskolai kémiaszertár hagyományos eszközeivel nem lehetne megtenni. Ez esetben is érdemes feltenni a kérdést, hogy miért előnyös az IKT eszközeit alkalmazni. A számítógépes kémiai kísérleteket olyan területeken érdemes alkalmazni, ahol az a jelenlegi demonstrációs módszerekhez képest új lehetőségeket nyit meg, illetve lényegesen csökkenti a mérés idejét vagy a méréshez kapcsolódó számítási időt.
30
10. ábra Vezetőképesség mérése kézi műszerrel
Íme néhány lehetőség: Kvalitatív demonstrációk kvantitatívvá tétele. Például: pontos hőmérsékletmérés, titrálás a pH egyidejű kijelzésével stb. (10. ábra) Nagyon gyors és nagyon lassú folyamatok követése és kiértékelése. Például reakciókinetikai vizsgálatok, alkoholos erjedés, diffúzió (Riedel, Stingli, Főző, 1998). Több vizsgálandó paraméter egyidejű észlelése. Például a hőmérséklet és a nyomás, vagy a reakciókinetikában a koncentráció, a hőmérséklet, az idő mérése; az egyensúlyok
vizsgálatánál
több
anyag
koncentrációjának
egyidejű
észlelése;
a
titrálásoknál a térfogat függvényében a pH vagy a vezetés mérése, stb. Megfelelő érzékelőkkel olyan folyamatokról is kaphatunk mennyiségi információt, amelyek nem látszanak. Például: folyamatos pH-mérés, nyomásmérés, koncentráció változásának követése, levegő szennyezettség-vizsgálata stb. A számítógép gyorsítja és egyszerűsíti egy-egy mérés kiértékelését és bonyolultabb számításokra is lehetőségek ad (pl. átlagszámítás, görbeillesztés, adatok szórása stb.) Vannak olyan, az iskolai gyakorlatban is használható kisműszerek, amelyek számítógéphez csatolva lehetővé teszik a távolról való mérést. Az internetes kommunikáció segítségével akár arra is mód nyílik, hogy egy mérést távoli diáktársak, kollégák is figyelemmel kísérhessenek. A hagyományos kísérleteknél nehézséget okozhat a műszerek által mutatott
adatok nagyméretű, az egész teremben jól látható megjelenítése (pl. egy hőmérő leolvasása). Egy dokumentumkamera és/vagy kivetítő megoldást jelenthet az ilyen esetekben.
31
4. 3.
Vi rt uáli s kís érl et ek
A számítógépes szemléltetés és szimuláció eszköztárához különösen akkor érdemes fordulni, ha olyan témakört vagy jelenségeket mutatunk be, amelyek veszélyesek, esetleg különleges biztonsági intézkedéseket, felszerelést igényelnek, amelyek az iskolában nem adottak; az iskolai laboratóriumban nem reprodukálható természeti vagy egyéb jelenségek; a mikrovilág szereplői. A kémiai szimulációk egyre nagyobb számban érhetők el elsősorban az Flash20 (11. ábra), a Shockwave21, Java22 vagy a Silverlight23 technológia révén a weben vagy adathordozón. Sajnos sokszor előfordul, hogy a pedagógusok a kísérletezés rovására vagy éppen az élő kísérletezés helyett használnak látványos szimulációkat. A kémia tanítása akkor lehet igazán hatékony, ha a kísérletezés, a diákok személyes élményei és a számítógépes módszerek által alkotott „virtuális” kémialaboratórium együttesen van jelen.
11. ábra Interaktív animáció a (ma már ritkán használt) táramérleg használatáról
20
Adobe Flash, korábban Macromedia Flash multimedia-fejlesztő alkalmazás - http://www.adobe.com/
21
Adobe Shockwave, korábban Macromedia Shockwave multimédia lejátszó - http://www.adobe.com/
22
Java, programozási környezet – http://www.java.com
23
Microsoft Silverlight, interaktív multimédiás web-alkalmazás - http://www.silverlight.net/
32
4. 4. A z i nt er akt i vit ás, mi nt t ec h no lóg i ai és pedagó gi ai el vár ás A számítógépes szimulációk feladata, hogy egy bonyolult kémiai folyamatot egyszerűen, érzékletes látvánnyal, de ugyanakkor valósághűen mutassanak be. A szimulációk egyik legfontosabb fokmérője az interaktivitás, amely mögött a valós folyamatok matematikailag helyes modelljei működnek. A szimulációknak tartott digitális tartalmak jelentős része egy rajzfilmhez hasonlatos animáció, ahol a tanuló passzív szemlélője a látványnak. Ezek alkalmazása jól kiegészítheti a tanári magyarázatot vagy a szakmai anyag illusztrációját. Ilyenek nagy számban találhatóak az egyszerűbb programozhatóság, az alacsonyabb készítése költségek miatt is. Az elektronikus tanulásban és tanításban sikeresebben alkalmazhatók azok a szimulációk, melyek interakciót, beavatkozást kívánnak a tanulóktól. Az interaktív szimulációk sok esetben a tanuló által változtatható paramétereket tartalmaznak, így az irányítás a tanuló kezében van. A tanuló aktív részvétele a tanulás folyamatában társul azzal a lehetőséggel, amit a számítógépes technológia az ismétlések, a gyakori próbálgatások és az egyéni útvonalak használatában nyújt. A természettudományos elektronikus tananyagok egyik jellemzője, hogy animációk és szimulációk is segítik a nehezen értelmezhető, kísérletileg nem bemutatható fogalmakat. Az interaktivitás mértéke a vizualizáció fokával együtt jelentősen befolyásolja a megértést, az új fogalmak beépülését (Limniou, Roberts, Papadopoulos, 2008). A nem interaktív animációk jól használhatók illusztrációként vagy egy tanári magyarázat részeként, azonban a legcsekélyebb interaktivitást sem tartalmazzák, és gyakran nem találunk olyan rövid magyarázatokat, amelyek segíthetnék a tanulókat a megértésben (12. ábra).
33
12. ábra Mozgolódás a mikrosütőben (Sulinet) 24 – nem interaktív animáció
Az interaktív animációk egy része egyben valós folyamatok szimulációja. Ezek a tananyagelemek nem csupán kezelésüket tekintve jellemezhetők interaktivitással, hanem abban is, hogy a felhasználó befolyásolhatja a bemutatott kémiai tartalmat. Ekkor a látvány és a mögötte levő természettudományos vagy matematikai törvények egyaránt fontosak és egymással összhangban működnek. Az interaktív elemeknél a látványnak nem szükséges okvetlenül felvonultatnia a technika minden vívmányát, de elegendően részletesnek kell lennie ahhoz, hogy a jelenséget pontosan bemutassa. Az interaktivitás lehetővé teszi, hogy a tanuló egyéni tanulási stratégiákat alkalmazzon, és aktív szereplője legyen a tanulásnak.
24
A „Mozgolódás a mikrosütőben” cikk a molekulák vegyértékrezgéseit mutatja be nem interaktív animáción http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidc/0/5120/molrezg1.htm
34
13. ábra A radioaktív bomlás szimulációja (SDT)25 - szimuláció
A szimulációk sok esetben egy komplett elektronikus tananyagegység részei. Egy ilyen tananyagegység nemcsak egy kémiai jelenség bemutatását, a tanulást célozza, hanem egyúttal az ellenőrző modult és a számonkérést is tartalmazhatja26.
4. 5.
A web es tart al mak h it el es s ég e
A World Wide Weben elérhető tananyagok és kémiai szimulációk nem minden esetben ellenőrzöttek szakmai szempontból. Az interneten fellelhető anyagok forrása sajnos nem minden esetben ellenőrizhető, és sok esetben kérdéses az is, hogy átestek-e egyáltalán szakmai lektoráláson. Indokolt tehát a kellő óvatosság. Az elektronikus média más képviselőivel szemben, mint például a televízió vagy a rádió, a web sajátossága, hogy sokkal inkább reagálhat a közösség a hibás tartalmakra, téves, akár áltudományos információkra. Ez a probléma még fokozottabb a nyomtatott könyvek esetében, ahol a könyvesboltban nincs mód azt sem elérni, hogy az áltudományos könyvek ne kerüljenek a
25
A Sulinet Digitális Tudásbázis „Fizika képek, animációk, videók” gyűjteményében fellelhető tananyagelem, amely a radioaktív bomlást 25mutatja be. A tanulónak lehetősége van a paraméter (bomlásszám) tetszőleges változtatására, amelyet a látványként is megjelenő bomlás is követ. http://sdt.sulinet.hu/Player/default.aspx?g=69fb3d7e-ee9a-4075-8109-d6bdbf69ae62&v=1&b=2
26Ilyen
tananyagegységekre láthatunk példát Realika – Kémia tananyagban http://realika.educatio.hu/ctrl.php/unregistered/preview/coursecs?c=41&pbka=0&pbk=/ctrl.php/unregis tered/courses
35
tudományos könyvek polcaira. Az áltudományok veszélyeivel e helyen külön nem foglalkozunk.
14. ábra A jónak látszó szoftver is lehet hibás
A hitelesség, valamint az ellenőrzés fontosságát egy jellemző példán láthatjuk. Az Electrochemical Cells Pro nevű program, amely több mint egy évtizede letölthető bárki számára27. A program látszólag professzionális fejlesztésű szoftver (14. ábra). Informatikai értelemben nem is merül fel vele szemben kifogás. Kémiai, szakmai problémák azonban annál inkább észrevehetők a szakértő szem számára. A diákok és sajnos számos tanár sem veszi észre ezeket. A program nem tartja tiszteletben a kémiai helyesírás szabályait, mely szerint a mennyiségeket dőlt betűkkel kell írni. A galváncellák jelölésekor nem jár el helyesen, mert nem a IUPAC ajánlásainak megfelelően tűnteti fel a pozitív és a negatív elektródot. További hiányosság a grafikában mutatkozó pontatlanság, ami a megértés szempontjából egyáltalán nem apróság: a sóhídat jelképező üvegcső a rajzon ugyanis üres.
27
http://users.iconz.co.nz/trout/ecellpro.htm
36
4. 6. Számítóg épes mol ekul a mo dell ek a kémi ao kt at ás b an Annak ellenére, hogy ma már a pásztázó alagútmikroszkópok segítségével többékevésbé lefényképezhetjük a molekulákat, a modellek alkalmazása rendkívül fontos a kémiaoktatásban. A kémiai modellezésben általában a Chime kiegészítővel (plug-in)28 megjeleníthető modellek, a Java alapú Jmol29 és a VRML30 a legnépszerűbbek. A Chime az utóbbi évtized legnépszerűbb megjelenítője volt. Ennek oka az univerzalitásban és az egyszerű kezelésben keresendő. A Chime rengeteg kémiai fájlformátumot ismer, és képes azokat a weboldalakon megjeleníteni. A kémiai weboldalak elengedhetetlen szereplői a háromdimenziós modellek (15. ábra), így a Chime telepítése még ma is elengedhetetlen a kémia iránt érdeklődők, tanárok, tanulók számára.
15. ábra Molekulamodell Chime lejátszóval
A Jmol egy Java-alapú eszköz háromdimenziós kémiai szerkezetek (molekulák, rácsok, atom- és molekulapályák) megjelenítésére. A kémiai szerkesztő programok által generált sokféle fájlformátumot nagy arányban felismeri, és a megfelelő módon meg is jeleníti (16. ábra). Nyílt forráskódja miatt az internetes közösség folyamatosan fejleszti és egyre több kapcsolódó tartalom, közösség jelenik meg hozzá. A Jmol előnyei közé tartozik,
28
http://www.symyx.com/
29
http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/Kidq/0/31768/1
30
Virtual Reality Markup Language
37
hogy kihasználja a modell információtartalmát, ezért a helyi menü annál részletesebb, minél több információt hordoz a szerkezeti fájl.
16. ábra Kötésszög mérése egy Jmol modellen
A VRML segítségével háromdimenziós, interaktív szerkezeteket, ún. világokat lehet építeni. A technikát a kémiában elsősorban molekulák megjelenítésére használják, de készültek műszereket, berendezéseket bemutató modellek is. A korábban már említett Molekulageometria 2.0 is VRML formátumú modelleket tartalmaz (17. ábra). További lehetőség teljes, a háromdimenziós környezetek, például kémiai laboratóriumok felépítése. Ez a megoldás igen költséges és csak néhány országban találhatunk rá példákat, elsősorban a távoktatás területén (Dalgarno, Bishop, Adlong, Bedgood Jr., 2009).
38
17. ábra VRML formátumú molekulamodell
39
5 . S U L I N E T D I G I T Á L I S T U D Á S B Á Z I S ( SDT) A KÉMIAI TANÍTÁSÁBAN 5. 1.
SDT kezdet ek
Az 1990-es évek közepén Magyarországon is megjelentek az internetes vagy CDalapú oktatási anyagok. Ezeket részben az akadémiai szférában dolgozó lelkes oktatók, munkacsoportok készítették az internet és az itthon is egyre jobban terjedő World Wide Web révén megismert külföldi példákon felbuzdulva. Ezek szigetszerű képződmények voltak a hazai közoktatás „kontinense” mellett, és az iskolai vagy akárcsak az egyetemi képzésbe is csak nagyon lassan nyertek bebocsátást. A digitális pedagógia számára a meghatározó lépést a(z akkoriban világszinten is figyelemre méltó) Sulinet Program 1996-ban történő beindítása hozta. A központi forrásból finanszírozott, és ilyen módon közcélú és sok tanulsággal járó tananyagfejlesztés a Művelődési és Közoktatási Minisztérium által kiírt pályázatok révén indult be 1997-ben. Ezt követte a Sulinet portál31 1999-es startja, melynek révén a digitális tananyagokhoz immár mindenki hozzáférhetett, aki internetkapcsolattal rendelkezett. A tananyag abban az időszakban kisebb cikkeket, információkat jelentett. Az infrastruktúra hiánya vagy fejletlen volta, valamint a számítógépekkel szemben létező ellenállás, illetve közömbösség komoly akadályt jelentett, és feladta a leckét minden tananyagfejlesztőnek. Az új évezred első éveiben már mindenki számára világossá vált, hogy az online, internetalapú oktatási tartalmaké a jövő a statikus, adathordozókba zárt tananyagokkal szemben. A Sulinet Expressz Program, mely 2002-ben, a Sulinet Program új fázisaként indult útjára, egyik legfontosabb célkitűzése a digitális pedagógia, az IKT eszközrendszer használatának szakmai, módszertani és tartalmi támogatása. Ennek egyik fontos pilléreként kezdődött el számos pedagógiai és informatikai szakember bevonásával a Sulinet Digitális Tudásbázis fejlesztése 2002-ben. 2007-ig számos digitális tartalom került az SDT rendszerbe, köztük a kémia tanításához tanulásához használhatók is. A kémiai tananyagok nem csupán egy blokkban
31
http://www.sulinet.hu
40
érhetők el a rendszerben. Két nagyobb tananyagot találunk ezen a területen: a közismereti kémia tantárgy ismereteit (7–10. osztály)32, amely egy akkreditált tankönyv alapján készült, illetve a szakképzés
vegyipari
szakmacsoportjához
készített
vegyipari
alapismeretek teljes tananyagát (18. ábra). Ezen kívül számos tananyagegység és tananyagelem található a rendszerben, melyeket mind a tanításhoz, mind pedig a tanuláshoz használhatunk.
18. ábra A vegyipari szakmacsoport tananyag nyitólapja az SDT-ben
5. 2.
SDT a kémi at anár s zemével
A Sulinet Digitális Tudásbázis egy ún. LCMS33, melynek elsődleges célja a tartalom tárolása, kezelése és publikációja a felhasználók felé. Az SDT-ben a tananyag témákba szervezett foglalkozásokból áll. A foglalkozások, melyek legfeljebb egy tanórára elegendő IKT-alapú tananyagot jelentenek, tananyagelemekből épülnek fel. Szerkezetük egy gráffal írható le, ahol a csomópontokban lapok (rajtuk többféle tananyagelemmel), önálló elemek, gyűjtemények lehetnek. Az SDT böngészése során egy adott foglalkozás gráfja is látható, így a tananyag bejárása nemcsak egyszerű, lineáris módon lehetséges, hanem elágazó módon is, a gráf által biztosított vizuális felületen keresztül is. A kémia meglehetősen nehéz fogalmi 32
http://sdt.sulinet.hu/Player/default.aspx?g=0c56772f-60bb-4e0f-977a-0d8d0139f86f&v=1&b=4
33
learning content management system, tartalomkezelő keretrendszer
41
rendszere a diákokra olykor komoly feladatot ró, ezért a többféle bejárási útvonal lehetősége segíti a differenciálást is. Ez annak ellenére így van, hogy az SDT rendszer nem tartalmaz beépíthető, feltételes megállókat és teszteredményhez kötött továbbhaladást. Külön figyelmet érdemel a tananyagvázlatokban található fogalomgráf, mely rendkívüli segítséget nyújt a tananyagban szereplő fogalmak megértéséhez. A tananyag készítői azonban az adott foglalkozásban előforduló, releváns fogalmakat gráfba szervezve is megjelenítik, mely kitűnő lehetőséget biztosít az összefüggések áttekintéséhez és az ismétléshez. Ezek a fogalmi térképek természetesen egy lehetséges kapcsolódását jelentik az
adott
fogalmaknak
(19.
ábra).
Hasonlóan
a
többi
tartalomhoz,
az
SDT
tananyagszerkesztője segítségével ezek is átalakíthatóak, sőt a fogalmi gráfok készítése akár feladat lehet diákok számára is (Főző, 2006).
19. ábra A tananyagvázlatban található fogalomgráf (Oldódás és kristályosítás)
Az SDT mint tartalommenedzsment rendszer kiegészült egy olyan modullal is, amely az első lépés a számítógéppel segített kollaboratív tanuláshoz és tanításhoz. A korszerű digitális pedagógia sokkal több, mint elektronikus tananyagok megtekintése, bemutatása és egyéni használata. A kooperáció, az együttműködés éppen olyan
42
elengedhetetlen a tanulási folyamatban, mint a tartalom. Az SDT kollaboratív modulja lehetőséget ad arra, hogy a tanárok közös munkacsoportban fejlesszenek tananyagot akár távol levő kollégáikkal. A csoportokban zajló munka a tanórán és az azon kívüli tevékenységekben is alkalmazható a rendszer által nyújtott üzenetküldés és fórum. A Sulinet Digitális Tudásbázis használatára vonatkozóan sajnos csak egyetlen kutatásra került sor az SDT-monitor elnevezésű projekt keretében, azonban ez a keretrendszer korai fejlettségi állapotában zajlott (Hunya, 2007).
43
6. SZINKRÓN- ÉS ASZINKRON KOMMUNIKÁCIÓ TERMÉSZETTUDOMÁNYOS PROJEKTEKBEN A hagyományos tanórai körülmények között az interakciók száma alacsony, a diákok igazán aktívan eltöltött ideje csekély. A tudásalapú társadalomban a készségek és képességek fejlődése nem csupán egyéni útvonalakon zajlik. A közösségben, a csoportos tanulás és tudásépítés folyamán ezek új dimenziókat kapnak, így cáfolva az egyes tanulók képességeinek egyszerű additivitását. A számítógéppel segített kollaboratív tanulás34 mint évek óta létező pedagógiai paradigma fokozatosan, a webes technológia fejlődésével mutatta meg lehetőségeit.
6. 1.
Kommu ni káci ó, koo per ác ió és közöss ég i t anul ás
Az információs és kommunikációs technológia és a számítógéppel segített kollaboratív tanulás esetében a K betű több értelemmel bír mind a szakirodalomban, mind pedig a pedagógiai gyakorlatban. A digitális kompetencia technológiai dimenziójának túlsúlyát ily módon is igyekeznek ellensúlyozni a szakma kéviselői. A jelentés sokféle lehet, de mind izgalmas és kihívásokkal teli. A kollaboratív tanulás során a diákok egyfajta tanulási közösségben vannak, legyen az valóságos, vagy a technológia révén virtuális. A tanulók közötti kooperáció, a kollektív felelősség a tudás együttes felépítése és gyakorlása során kivételes eredményeket ígér akkor, amikor az információözön már-már elsodorja a tanulót és a tanárt egyaránt.
Az ún. internet pedagógus (Fehér, 1999) sok esetben inkább dzsungelharcoshoz hasonlítható: Az információ értéke soha nem látott magasságokba szökött, miközben a tudományos, ha úgy tetszik, tankönyvi ismeretek, adatok, tények ereje meggyengült. Az elektronikus média által kínált alternatív „igazságok”, értelmezések embert próbáló feladat elé állítják a tanárt. 34
angol rövidítéssel: CSCL – computer supported collaborative learning
44
A televízió, a World Wide Web és más információs csatornák által generált információs sodrásban a tanár kell, hogy támpontokat nyújtson és segítse azon kompetenciák fejlesztését, melyek biztos(abb) tájékozódást tesznek lehetővé a tanulók számára. A pedagógusok jelenleg kevéssé számíthatnak a felsőoktatásban szerzett ismereteikre. A tanárjelöltek találkozása az információs és kommunikációs technológiával, illetve annak pedagógiai, szakmódszertani vonatkozásaival ma még a szerencsén múlik. Az iskolák infrastruktúrája igen változó, a számítástechnikai eszközök gyorsan elavulnak. Gyakori eset azonban, hogy egy tanintézmény nem tudja teljes mértékben kihasználni a rendelkezésre álló eszközöket. A jó gyakorlatokról, az IKT adta lehetőségekről nem minden pedagógus értesül. A tanárok továbbképzése a Nemzeti Fejlesztési Terv és az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében finanszírozott, a közoktatást és a szakképzés érintő pályázatai előtt, elsősorban a szoftverhasználatra, a technológiai lehetőségek megismertetésére szorítkozott. Az IKT pedagógiai, módszertani alkalmazási lehetőségei mind a mai napig kismértékben vagy csak érintőlegesen kerülnek szóba a továbbképzéseken (Kárpáti, 2004). Az
utóbbi
években
egyre
több,
az
informatika
eszközeivel
segített,
együttműködésre épülő, kémiai vagy természettudományos projekt valósul meg iskolákban, felsőoktatási intézményekben (Cornelisse, Főző, Riedel, Plomp, 2001). Számos pedagógus kerül közelebbi kapcsolatba digitális tananyagokkal, azonban a korszerű tananyag önmagában leginkább az iskolán kívüli tanulást, az egyéni munkát segíti, a kollaboratív munkára különleges eszközökre van szükség.
6. 2.
A ko ll abo r at í v t anu l ás es zkö zei
A számítógép és az internetes kommunikáció által támogatott szoftvereszközök nagyszerű terepet kínálnak a problémaalapú tanulás, a közös tudásépítés számára. Annak ellenére, hogy számos eszköz könnyen használható, egyben nagy pedagógiai szabadságot és komplexitást hordoz. Alkalmazásának sikere többnyire nem informatikai, technológiai kérdés, hanem az eszközökkel élni tudó, kreatív pedagógiában rejlik.
45
A számítógéppel segített kollaboratív tanulás eszközei két nagy csoportra oszthatók: A kurzusokra építő, ún. tanulásmenedzselő keretrendszerek (LMS) és tananyagadatbázisok (LCMS), melyekben a tanulási folyamatban végigkísért diák megtalálja a digitális tananyagokat és a hozzá kapcsolódó értékelési formákat. Ezekben is helyet kapnak olyan kollaboratív eszközök, mint a fórum, chat vagy üzenetküldés, de ezek mintegy kiegészítőként vannak jelen, és kevés pedagógiai szempontból is érdekes funkcionalitással bírnak. Olyan, ún. groupware rendszerek, melyek elsődleges célja a közös munka és tanulás támogatása. Ezekben az aszinkron- és szinkrón kommunikációt biztosító eszközök sokfélék és kitűnő pedagógiai „célszerszámokként” alkalmazhatók. A továbbiakban a második csoportba tartozó szoftvereszközök által nyújtott lehetőségekről szólunk. Az aszinkron kommunikáció és eszközei A számítógépes szoftverek és az online, az internetes lehetőségeket is kihasználó eszközök mind a közös munkát (CSCW35), mind pedig az együtt tanulást (CSCL) lehetővé teszik. Az iskolákban gyakran használják ki a helyi hálózatot oly módon, hogy az egyszerű fájlmegosztás és a közös mappák lehetőségével élnek. A korszerű és akár ingyenesen elérhető eszközök azonban magas szinten biztosítják a dokumentumok kezelését, a diákok tevékenységének nyomon követését. Ezek az eszközök mindig egyfajta végeredmény elérésében nyújtanak támogatás és nem annyira fontos maga a folyamat. Ezek főleg a felsőoktatásban bizonyítottak. A számítógéppel segített együttes tanulásban az aszinkron kommunikáció révén megvalósulhat a dokumentumok és így a tudás megosztásán kívül, a vita, a közös gondolkodás, ötletbörze és az üzenetváltás is. Ez esetben a tanulók jelenléte és kommunikációja nem egyidejű (Kligyte, 2001).
Az aszinkron kommunikáció előnyei: Az egymástól távol levő diákcsoportok időbeosztását nem kell egyeztetni. Ez a gond főleg akkor lép fel, ha két különböző országbeli diákok tanulnak együtt és órarendjük, valamint a tanév szerkezet eltérő. 35
Computer Supported Collaborative Work
46
Több idő áll rendelkezésre a feladatok kidolgozására, a közös gondolkodásra és a megoldások megtalálására. Azok a diákok is könnyen megnyilvánulhatnak, akik lassabban kezelik a számítógépet. A diákokat segítő tanár sokkal hatékonyabban részt tud venni a tanulási folyamatban, a közös tudásépítésben, hiszen több ideje van teljes képet alkotni a munkáról. A visszajelzések és a folyamatos értékelés szerepe ebben az esetben jelentősebb.
Az aszinkron kommunikáció hátrányai: A kommunikáció ezen módja lassú, számos „gondolati zsákutcával” járhat. Az egyidejű online jelenlét kétségkívül nagyobb élmény a résztvevők számára, ami inspiratívan hat a munkára. A fórumban történő kommunikáció, a dokumentumokhoz fűzött megjegyzések nyomon követése néhány szoftver esetében nehézkes.
Az aszinkron kommunikációt biztosító lehetőségek közül közismertek az internetes fórumok, blogok, üzenőfalak. A kollaboratív munka támogatására alkalmas komplex megoldások egyike, a 2000-es években népszerű BSCW – Basic Support for Collaborative Work. A BSCW36 a német fejlesztésű szoftver lehetőséget nyújt arra, hogy az együttműködés eredményeit ún. munkaterületeken, mappákban tárolják, megjegyzéseket fűzzenek ezekhez, háttéranyagokat tároljanak a rendszerben, a tanárok nyomon kövessék és értékeljék a diákok munkáját. A FLE3 (Future Learning Environment)37 finn fejlesztésű kollaboratív szoftver különösen alkalmas általános iskolások számára (20. ábra). Fejlett kollaborációs lehetőségei az aszinkron kommunikáció területén az egyik kedvelt eszközzé avatták az immár több generáció megélt szoftvert, melynek fejlesztését 2006 óta szüneteltetik. A FLE3 szoftvert, mely szabadszoftver és ingyenesen elérhető bárki számára, Magyarországon elsőként a Valnet/ITCOLE Vízjelek projektben próbálták ki a Sulinet Programiroda és a European Schoolnet támogatásával tíz hazai innovatív iskolában. A 36
http://bscw.gmd.de
37
http://fle3.uiah.fi
47
projekt egyik központi témája vízminőség-vizsgálat volt kémiai gyorstesztek segítségével. Ez a projekt egyike volt azon előzményeknek, amelyek az Európai Digitális Tananyagportál létrehozásához vezettek (Kárpáti, Hunya, Lakatosné, Tímár, 2009).
20. ábra A FLE3 felülete
A szinkrón kommunikáció és eszközei A szinkron módszerek esetében az egyidejű jelenlét, kommunikáció és interakció az alapvető feltétel. Az internetes kommunikáció eszközei közül ma már a chat (csevegés) a legnépszerűbb és a legelterjedtebben használt megoldás az oktatásban. A szöveges chat-et a nyelvtanulásban, a testvériskolai kapcsolatok ápolásában és internetes projektek kommunikációs részében sikerrel használt megoldás. Pedagógiai alkalmazhatóság szempontjából azok a chat programok a leghatékonyabbak, melyek biztosítják a zártkörű csevegést, szerepjátékra adnak lehetőséget A korábbi években számos olyan lehetőség is elterjedt, melyek a szerepjátszás lehetőségét kínálva, virtuális világokat teremtettek. Ilyenek a MUD (Multi-User Dimensions), a MOO (Mud Object Oriented) és különböző háromdimenziós környezetek (pl. Second Life38). Hatékonyabb és egyben technológiai szempontból bonyolultabb megoldások a hang és videó átvitelét is megvalósító kommunikációs lehetőségek vagy a több résztvevő bevonásával lezajló videokonferenciák.
38
http://secondlife.com
48
Az szinkron kommunikáció előnyei: Ezek a megoldások állnak a legközelebb az élő, szemtől szemben lezajló kommunikációhoz és kooperációhoz (Riva, Galimberti, 1998). A kommunikáció és a reakcióidő gyors, ezért a rossz megoldások, téves elképzelések gyorsabban kiszűrhetők. Lehetőség van konszenzusos döntések meghozására. A diákok aktív részvétele és egymásra utaltsága nagyobb hangsúlyt kap. Az szinkron kommunikáció hátrányai: A nagyobb sebesség miatt nehezebben követhetők a beérkező információk, esetleg elsikkadhatnak lényeges felvetések, ötletek. A tanár, a segítő nehezebben tud a visszajelzés, értékelés lehetőségeivel élni a kommunikáció gyorsasága miatt. Ez a fajta kommunikáció esetleg nehézséget okozhat bizonyos diákok számára a technikai megoldások, a gyors reakció és az információk gyors feldolgozása miatt. A számítógéppel segített kollaboratív tanulásban a leghatékonyabb eszközök azok, amelyek a szinkron- és aszinkron módszerek együttes alkalmazását nyújtják. Így mindkét módszer előnyei kerülhetnek előtérbe az oktatási folyamatban. A Synergeia39 a BSCW, szinkron kommunikációs eszközökkel továbbfejlesztett változata. Az ugyancsak ingyenesen elérhető, a BSCW minden előnyét felvonultató platform elmenthető, zártkörű csevegési lehetőséget, vizuális kommunikációt (gondolati térképek használatát) is kínálja. A Synergeia rendszerben együtt tanuló partnereknek lehetőségük van egy többfelhasználós rajzeszköz használatára (MapTool), mely a chat kiegészítőjeként a vizuális kommunikációt és közös gondolati térképek kialakítását is lehetővé teszi.
39
http://bscl.fit.fraunhofer.de
49
7 . W E B 2. 0 A L K A L M A Z Á S O K A Z O K T A T Á S B A N A Web 2.0 elnevezés Tim O'Reillytól származik, aki 2004-ben ezzel szedte csokorba a weben megjelent új generációs szolgáltatásokat. Ezek a szolgáltatások ma már részei életünknek, a tanárok és a diákok is találkoznak velük. Oktatási alkalmazásuk azonban alig jelent meg még a hazai tanítási-tanulási gyakorlatban. Az 1990-es évek legelején elterjedő World Wide Web legfontosabb vívmánya az információk közzé tétele és összekapcsolása volt az Internet felhasználói számára. Rengeteg adat vált elérhetővé és a honlapok száma rohamosan növekedett. Cégek, intézmények, személyek szolgáltatnak ma is érdekes és kevésbé érdekes információkat weblapjaikon. Néhány évvel ezelőtt azonban megjelentek olyan szolgáltatások is, melyek ezt a megközelítést gyökeresen megváltoztatták. A webkettes szolgáltatásokban a hangsúly a tartalom közzétételéről áttevődött a tartalom készítésére. Az internetes közösségek együtt építik a webes tartalmat, kommunikálnak és különböző projektek révén korábban nem látott hozzáadott értéket képviselnek a World Wide Weben. A közösség ma már nemcsak szerkeszti és készíti a tartalmat, hanem rendszerezi is, melynek következtében a létező taxonómiák mellett az ún. folkszonómiák40 is napvilágot láttak (21. ábra).
40 Lásd még http://del.icio.us/tag/folksonomy
50
21. ábra Folkszonómia címkefelhő formájában az LRE portálon
Az oktatásban ezzel párhuzamosan megjelentek azok az internetes alkalmazások, amelyek a csoportok együttműködését, a tudásbázisok és -hálók kialakítását és a hatékony kollaboratív tanulást támogatták. A Web 2.0 címkét magukon viselő internetes alkalmazások olyanok, melyek akkor igazán értékesek, sikeresek, ha minél többen használják őket. A kémiaoktatásban a Web 2.0 típusú eszközök sokasága eredményesen használható, így a közösségi tartalomfejlesztés, a tartalommegosztás és a blogok. Kutatásomban a digitális tartalmak értékelése kapcsán ez utóbbival is foglalkoztam.
7. 1.
Bl ogo k a t er mészettu do mányo s o kt at ásb an
Egy évtizede az internetezők nagy része arra törekedett, hogy legyen honlapja. Ma már a blog a közlés fő eszköze. A rendszeresen frissülő internetes naplókat szakkörök, diákcsoportok, osztályok is fenntarthatják. A hozzászólások révén kapcsolatteremtésre és eszmecserére, valamint tartalombővítésre is mód van. A minket érdeklő blogok bejegyzéseiről, a web számunkra érdekes tartalmairól ma már hírküldő és hírbegyűjtő szolgáltatások (pl. RSS41) segítségével saját hírportált is fenntarthatunk magunknak (pl. Netvibes42 vagy iGoogle). A blog elnevezés a web log (webes bejegyzés) szavak összevonásából keletkezett. A blogok jelentik ma az internetes közösség megmutatkozásának egyik legfontosabb színterét. A bloggereknek ma már elegendő a tartalomra koncentrálni, mivel számos,
41
Really Simple Syndication
42
http://www.netvibes.com
51
ingyenes blogkezelő oldal van, ahol felhasználóbarát módon lehet elkészíteni és feltölteni a bejegyzéseket.
22. ábra Blogbejegyzés a nanotechnológiáról
A blogok világa, a blogoszféra hatalmas és egyre nagyobb ütemben bővül. Ma már számos olyan blog létezik a magyar weben is, amelyek az oktatáshoz kapcsolódnak vagy hasznos kiegészítést jelentenek a tanításhoz/tanuláshoz. Néhány érdekes, a kémiatanárok és a kémia iránt érdeklődők számára hasznos magyar nyelvű, szakmai blog:
Szertár - http://szertar.blog.hu
H2SO4 - http://h2so4.blog.hu/
A béka marad - http://beka.blog.hu/
Akciós potenciál - http://akciospotencial.blog.hu/
Critical Biomass - http://criticalbiomass.freeblog.hu/
A közösségi szoftverek használata megváltoztatta a felhasználói szokásokat is. A mappákba rendezett tartalom helyett egyre többször használunk címkével ellátott, rugalmasabb kezelést is lehetővé tevő alkalmazásokat. Ilyen az elektronikus levelek
52
kezelése a Gmail-ben43 vagy a linkek tárolása a del.icio.us rendszerben. Az on-line tartalomfejlesztés és tartalommegosztás a szerzői jogról alkotott elképzeléseket is alapvetően megbolygatta. A szerzői jog kiegészítéseként megjelent egy forradalmian új megközelítés, a Creative Commons44, mely lehetőséget ad az internetes tartalom szabadabb és egyszerűbb kezelésére szerzői jogi szempontból.
43 Gmail – http://www.gmail.com 44 Creative Commons – http://www.creativecommons.org
53
7. 2.
Tér képen a kémi ao kt at ás
Az élő kémiai kísérlet fogalmát először Riedel Miklós használta az 1980-as években az „élő zene” (live music) mintájára és bizony ma is aktuális, ha a kémiaoktatásra vonatkoztatjuk (Riedel, Vámos, Hobinka, 1985). A digitális írástudás állandóan bővülő világában ugyanis az élő, igazi tapasztalat mellett jelen vannak a kémiai szimulációk, az ismeretterjesztő filmek, a videómegosztók tartalmai és az Internet további tartalmai. Az elmúlt évtizedben több olyan internetes alkalmazás is napvilágot látott, mely a műholdas megfigyeléseket, a térinformatikát és a térképészetet új, a felhasználók számára érdekesen kapcsolta össze. Ezek közé tartozik a NASA World Wind45, a Google Föld46 és a Bing Maps47 is. A legnépszerűbb, Google Föld nem csupán egy részletes, interaktív földgömb. Az internetezők tömeges részvétele és virtuális kapcsolatokból épülő hatalmas hálózata számtalan fotó, információ és speciális alkalmazás formájában gazdagítja a szoftver képességeit. A világtérkép a kémia iránt érdeklődők számára is tartogat érdekességeket, így a Google Föld program használata nem csupán a földrajzórákon indokolt. Érdekes kémiatörténeti vagy tematikus barangolásokat szervezhetünk a Google Föld eszközeivel, hiszen minden kiválasztott földrajzi helyet rögzíthetünk, majd automatikus „berepüléssel” vagy kézi irányítással bejárhatjuk ezeket. A tankönyvekhez vagy a tanórákon használt „klasszikus” elektronikus tartalomhoz új dimenziót nyit a virtuális barangolás a Földön. Érdekes „séta” lehet bejárni a radioaktivitás történetének fontosabb helyszíneit, például a chicagoi atommáglya helyszínét, ahol a műholdról is látható Henry Moore híres szobra vagy éppen a csernobili 4-es számú reaktor, a Google Föld programmal is megnézhető szarkofágját48 (23. ábra).
A Google Föld segítségével a tanárok és a diákok is készíthetnek világkörüli „sétákat”, melyek minden pontja ellátható saját megjegyzésekkel, további információkkal, valamint mappákba csoportosíthatók. A program az ilyen koordinátacsomagokat .kmz
45
NASA World Wind - http://worldwind.arc.nasa.gov/java/
46
Google Föld - http://earth.google.com/
47
Bing Maps - http://www.bing.com/maps/
48
Főző A. L.: Radioaktivitás a Föld körül, Sulinet - http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/Kidk/0/32567/1
54
kiterjesztésű állományokba menti, melyeket szabadon terjeszthetünk egymásnak. A témák és a földrajzi helyek tárháza tekintélyes, így kitűnő kiindulópontot adnak házi dolgozatokhoz, projektmunkákhoz, a diákok által végzett kutatómunkához.
23. ábra Az egykori Csernobili Atomerőmű 4-es reaktorának szarkofágja
A földrajzi helyeken túl a Google Föld programhoz elérhetők a felhasználók által készített, kisebb-nagyobb tematikus térképek, melyek valójában a földgömbre kerülő rétegek. A kémiaórákon is szóba kerülő szennyezések, levegőminőségi adatok, környezeti katasztrófák kapcsán számos ilyen térképet találunk és ezek kínálata az internet jellegéből adódóan folyamatosan változik, leginkább bővül. Ebben az esetben a világháló egyik izgalmas paradigmájával, a Web 2.0-val találkozunk, amely abban nyilvánul meg, hogy a felhasználók tömegesen és hasznosan vesznek részt új anyagok készítésében, újraértelmezésében (ún. remix), valamint a meglevőkből merőben új tartalmak létrehozásában (ún. mashup).
55
GPS és a kémiai vizsgálatok
Az Egyesült Államok már az 1970-es években elkezdte a kísérleteket egy katonai célú helymeghatározó rendszer kialakítására. A létrejött és ma már közismert Global Positioning System (GPS) azonban egészen a 2000. év májusáig használhatatlan volt komolyabb polgári célokra a pontatlansága miatt. Az azóta eltelt 10 évben a GPS-vevők forradalmasították a navigációt a közlekedés minden válfajában. A terepgyakorlatok, erdei iskolák vagy kisebb, szabadtéri projektek alkalmával a kémiaórák keretén belül is végeznek a tanulók méréseket, környezeti vizsgálatokat. Ennek kitűnő hazai hagyományai vannak például a savas eső, vagy a természetes vizek kémiai minőségével kapcsolatos vizsgálatok, nemzetközi diákprojektek területén (Hobinka, Riedel, 1990). A GPS-vevők használata lehetővé teszi, hogy a mérési helyszíneket méter pontossággal, földrajzi koordináta formájában is rögzítsük (a mérési adatokon, fényképeken, videókon, megfigyeléseken stb. túl). A GPS-vevők az útpontok rögzítését alapszolgáltatásként nyújtják, de a legtöbb modell, már a bejárt útvonalat is tárolni tudja, illetve képes megjeleníteni a GPS-vevőbe töltött térképen. A kémiai vizsgálatokat végző diákok a Google Föld programban rögzíthetik a meglátogatott mérési helyszíneket.
56
24. ábra Mérési adatgyűjtő szenzorral
A természettudományos oktatásban egyre inkább terjedő mérési adatgyűjtők (24. ábra) (angolul: data logger) további lehetőségeket kínálnak, amennyiben az ezekhez kapcsolt szenzorok mért adatait a számítógépre töltve egyszerűbben és látványosabban kapcsolhatjuk a GPS-koordinátákhoz. Ezek a mobil eszközök nagyszerű lehetőségeket kínálnak a kémiatanárok számára a terepen. A környezeti vizsgálatok során alkalmas szenzorokkal mérhető a levegő minősége (pl. szén-monoxid, szén-dioxid, kén-dioxid, nitrogén-oxidok), a hőmérséklet, a kémhatás, a természetes vizek oldottoxigén-tartalma, vezetőképessége és számos más adat. A mérési adatgyűjtők előnye, hogy ezeket a méréseket gyorsan, pontosan végezhetik el a diákok úgy, hogy az eszköz rögzíti az eredményeket, akár előre programozott időközönként elvégezve a méréseket. A mérési adatgyűjtők piacán már olyan modellek is léteznek, melyek beépített GPSvevővel rendelkeznek és szoftverük segítségével feltölthetők a Google Föld programba mérési eredmények, a hozzájuk tartozó koordinátákkal és a fényképekkel együtt49. Ebben az esetben a koordinátákhoz tartozó információk és képek mellett egy olyan réteg is
49
Egy ilyen alkalmazásra látható példa a következő kisfilmen: Főző A. L.: Mobiltechnológia az oktatásban (videó), eTwinning PDW, Portugália, 2009 - http://www.youtube.com/watch?v=05wtw0Mes3E
57
készíthető, mely a Google Föld programban egy 3-dimenziós grafikon formájában (25. ábra) ábrázolja a mérési eredményeket a bejárt terepen (Főző, 2010).
25. ábra 3D grafikon a mérési adatokból Google Földben
8. VIZSGÁLATOK A SZÁMÍTÓGÉPPEL SEGÍ TETT KÉMIATANÍTÁSRÓL 8. 1.
Tudás mérő t es zt
Az információs és kommunikációs technológia kétféle módon jelenik meg Magyarországon a kémiaoktatásban. Az egyik egy természetes folyamat, amelynek nyomán az információs társadalom tartalmi és technológiai vívmányai megjelennek az élet minden területén, így a diákok és a pedagógusok hétköznapjaiban is. Ez elsősorban a mobiltechnológia, a számítógépes eszközök, valamint az Internet és ezen belül a világháló használatát jelenti. A kémia tananyagnak vannak olyan témái, fogalmai,
melyekhez
sok
digitális
tartalom
áll
rendelkezésre,
illetve
tanításuk/tanulásuk során egyre többször megjelennek a számítógépes eszközök.
58
A másik folyamatot az Európai Unió által finanszírozott, a humán infrastruktúra fejlesztését célzó programok indukálják, melyekben kötelező előírás a digitális kompetencia fejlesztésének beépítése a tanórai gyakorlatba, illetve a pedagógusok részvétele olyan továbbképzési programokon, melyek témája ehhez a területhez kapcsolódik. Kutatásom ezen részét a következő hipotézis alapján terveztem meg: Azok a tanulók, akik a kémia tanulása során számítógéppel segített módszerekkel is találkoznak, jobban teljesítenek a kémia tudásmérő teszt a molekulák térbeli szerkezetére vonatkozó feladataiban, illetve tájékozottabbak a tudomány legújabb, a tankönyvekben még nem szereplő eredményeivel kapcsolatban. A kémiai tudásteszt célja tehát az volt, hogy megvizsgáljam, hogyan teljesítenek a tanulók egy olyan mérés során, amelynek tesztfeladatai között olyan témák is szerepelnek, melyeket az IKT-t alkalmazó tanárok számítógép segítségével tanítanak. Vizsgálatom kiterjedt arra is, hogy van-e különbség az eredményekben a teszt megírásának módja, illetve a diákok internet-használati gyakorisága tekintetében.
A vizsgált minta A kémia tudásteszt felmérésben 18 iskola 25 tanulócsoportja vett részt önkéntes alapon. Ez összesen 858 darab kitöltött tesztet jelent, melyből 637 darab teszt került értékelésre50. A minta kiválasztásában figyelmet fordítottam arra, hogy a mintában szerepeljen általános iskola, négy- és hatosztályos gimnázium, valamint szakközépiskola (lásd Függelék). Ezen felül cél volt, hogy földrajzi szempontból is legyen heterogén a minta, hiszen a főváros mellett vidéki nagyvárosok, kisvárosok és községek is szerepelnek. A regionális eloszlást az alábbi térkép ábrázolja (26. ábra).
50
Az elemzésben nem szerepeltek azok a tesztek, amelyeket csoportok teljesen azonosan vagy csak részlegesen töltöttek ki.
59
26. ábra A tudásmérő tesztben résztvevő iskolák területi eloszlása51
A kémiai tudásteszt kitöltése előtt közvetlen konzultáció során felmértem, hogy a csoportokat tanító kémiatanárok milyen mértékben használnak IKT-alapú módszereket, digitális taneszközöket a kémiaórákon. Ennek alapján a vizsgált minta két különálló részre osztható: hagyományos módszerekkel dolgozó csoportok (N=329) és IKT eszközöket is alkalmazó csoportok (N=308). A tudásteszt-kutatás céljai között szerepelt az is, hogy megvizsgáljam, hogy befolyásolja-e a diákokat az adatfelvétel módja. Ezért mindkét fentebb említett csoportokon belül a tanulók egyik része online (N=371), míg a másik része pedig papíron (N=266) töltötte ki a teszteket. Az iskolatípusok szerinti megoszlást a 3. táblázat tartalmazza, míg a településtípusok szerinti megoszlása a 4. táblázatban olvasható.
3. táblázat A kémia tudástesztben résztvevő iskolák típusai és a résztvevők létszáma
iskolatípus általános iskola négyosztályos gimnázium hatosztályos gimnázium szakközépiskola
51
iskolák száma 4 7 3 4
tanulók száma 228 317 154 159
A vizsgálatban részt vevő budapesti iskolákat csak egy szimbólum jelöli.
60
4. táblázat A kémia tudástesztben érintett települések típusai és a csoportok száma
település Budapest nagyváros52 kisváros község
csoportok száma 9 10 4 2
A feladatsorok megoldásához periódusos rendszer használata megengedett volt. A rendelkezésre álló idő maximálisan 45 perc. A tudásteszt kitöltése anonim módon történt. Az online teszt kitöltése a Kwik Surveys53 webes kérdőívkezelő eszköz segítségével történt oly módon, hogy minden diákcsoport különálló kérdőívet kapott, melyet kódszámmal láttam el, és nem engedélyeztem az eredmények online megtekintését. A tesztet papíron kitöltő diákok számára a tanáron keresztül jutottak el a helyes megoldások, míg az online kitöltők számára opcionális lehetőségként, kérésre, utólag elküldtem a megoldást a tanuló által megadott e-mail címre. Az adatfelvételre 2009. május-júniusban került sor.
A vizsgálat tartalma
A kémia tudásteszt az általános kémia néhány fontosabb témakörét érinti, így az atomszerkezetet, a kémiai kötéseket, a molekulaszerkezetet, valamint a kémiai reakciókat és a sztöchiometriát54. Ennek megfelelően a tudásteszt célcsoportja a tanév II. félévében levő 8. osztályos, illetve a 9. osztályos tanulók. Ehhez a csoporthoz kapcsolódtak nyelvi előkészítő, 0. évfolyamos tanulók is (6 fő).
A 14 kérdésből álló feladatlap feleletválasztós tesztfeladatokból állt, melyek közül 2 többszörös választású, míg 12 egyszeres választású volt (lásd Függelék).
52
100 000 lakos feletti népesség
53
http://www.kwiksurveys.com
54
A sztöchiometria a kémiai reakciók mennyiségi viszonyaival foglalkozik.
61
Minden helyes válasz 1 pontot ért, így a 14 kérdésből maximálisan 18 pontot lehetett szerezni. A mérés egyik célja az volt, hogy megvizsgáljam, tapasztalhatók-e különbségek a diákoknál ezen feladatok pontszámaiban. A tudásteszt feladatainak összeállításakor szempont volt, hogy olyan kérdések is legyenek (6 db), melyek tartalmukat, témakörüket vagy a vizualitást tekintve szerepelnek az IKT eszközeit alkalmazó kémiatanár arzenáljában is. Az IKT kémiai vonatkozásaihoz kapcsolódó feladattípusok a tesztben a következők voltak: a molekulaszerkezet vizuális megjelenítésére vonatkozó kérdések (3 db) atomrács szerkezetére vonatkozó feladat (2 db) a tankönyvekben nem, de a médiában szereplő, a kémia újabb eredményeire vonatkozó kérdés (1 db)
A tesztfeladatok A tudásmérő teszt feladatai az általános kémia azon fogalmait és témáit érinti, amelyek a 8. osztály befejezéséhez közeledő diákok tanulmányi előéletében bizonyosan szerepeltek, egyszersmind a kémia fontos alapismereteit érintik. Az első feladat az atom szerkezetével kapcsolatos, többszörös választású teszt volt, ahol a tanulóknak az állítások igaz-hamis voltát is ellenőrizniük kellett. Az atom szerkezete a tananyag egyik nem könnyen érthető, ennek ellenére a diákok körében sokszor népszerű téma.
Me l y á l l í t á s o k h a m is a k a z a l á b b ia k k ö z ü l ? A. Ha egy atomban 6 proton és 6 neutron van, akkor lennie kell 12 elektronnak is. B. Az atom tömegét az elektronok össztömege adja. C. Az elektronok olyan gyorsan mozognak az atom belsejében, hogy gyakorlatilag felhőként képzelhetjük el őket.
62
D. Ha egy atommag 1 m átmérőjű lenne, akkor az atom átmérője 1 km lenne. E. A protonok és a neutronok közel egyenlő tömegűek.
A tudásmérő teszt második feladata a kémiai elemek elektronszerkezete és a periódusos rendszer felépítése közötti kapcsolatra vonatkozott. A kérdés létjogosultságát a periódusos rendszer, az egész kémiát átfogó fontossága indokolja. Me l y ik a z a k é m i a i e l e m , m e l y n e k 3 e l e k t r o n h é j a v a n é s 2 vegyért ékelek tron ja? H asználhat od a per iódus os ren dszert . A. lítium (Li)
B. magnézium (Mg)
C. alumínium (Al)
D. nátrium (Na)
A kémia tanításának szemszögéből a harmadik kérdés több szempontból is ismert problémát érint. A vegyületek tudományos neve utal az összetételre, a molekula képletére is. A helyes molekulaszerkezet azonban csak akkor adódik, ha a tanuló az elektronpárok (azon belül a nemkötő elektronpárok) helyzetét is figyelembe veszi. Gyakori hiba, hogy a víz (H2O) molekuláját lineárisnak gondolják és így ábrázolják. A molekulamodellezés számítógéppel történő tanításakor a képen látható molekulatípus (AX2) az alaptípusok között szerepel. Me l y ik v e g y ü l e t m o l e k u l á j a l á t ha t ó a z a l á b b i k é p e n ?
A. nátrium-oxid B. szén-dioxid C. hidrogén-peroxid D. víz E. nitrogén-dioxid
A tesztsor negyedik feladata egyszerű kémiai számítási feladat az oldatok tömegszázalékos összetételére vonatkozóan. A téma szintén a kémia alapvető ismereteihez tartozik, de a matematika tantárgy keretein belül is foglalkoznak vele a tanulók.
63
Egy pár ologt at óban 620 g 20 t ömegszáz alékos sóoldat van . Az o l d a t b ó l m in d e n n a p e l p á r o l o g 3 0 g v íz . M e k k o r a l e s z a z o l d a t tömegszáz alékos összetétele 4 nap mú lva? A. 22%
B. 24,8%
C. 26,2%
D. 28%
A következő négy feladat molekulaszerkezeti fogalmakkal foglalkozik. Ezekben a térlátás fontos szerepet kap, ezért a kötésszög megadásán kívül mindegyik feladat megoldható ennek segítségével. Természetesen a kémiaórákon szerzett tapasztalatok, a gyémánt kristályrácsának ismerete sokat segít a helyes válaszok megtalálásában. A térlátással kapcsolatos feladatok kifejezetten olyanok, amelyek az IKT eszközökkel segített kémiaórákon is szerepelnek és az ehhez kapcsolódó digitális tananyagok mennyisége is jelentős.
A mellékelt ábrán a gyémán t r ácsán ak egy részlete lát hat ó.
A p a p ír l a p s í k j á h o z k é p e s t m e r r e f e l é he l y e z k e d ik el a D jelű at om? A. kif elé
B. befelé
A p a p ír l a p s í k j á h o z k é p e s t m e r r e f e l é he l y e z k e d ik e l a z E j e l ű atom? A. kif elé
B. befelé
Me k k o r a k ö r ü l b e l ü l a z A BC s z ö g n a g y s á g a ? A. 101,5°
B. 105°
C. 109,5°
D. 120°
Me l y ik r é s z l e t t e l e g é s z ít e n é d k i a r a j z o t a C a t o m n á l ?
64
A
B
C
D
Az általános kémia tananyagában szereplő egyik egyesülési reakció és a hozzá kapcsolódó sztöchiometriai számítás szerepel a következő feladatban. A számításos feladatok a legkevésbé kedveltek a diákok körében, holott ezek az egyszerű számítások a matematikai kompetencia szempontjából nem mondhatók nehéznek. H á n y g r a m m N a C l k e l e t k e z ik 0 , 0 6 k g n á t r iu m é s k l ó r r e a k c i ó j a során? A. 58,5 g NaCl
B. 112,4 g NaCl
C. 140,5 g NaCl
D. 152,6 g NaCl
A kémiai reakcióegyenletek rendezése már a hetedik osztály tananyagában megjelenik és ez az alapismeret a kémia tanulását végigkíséri. Ez az egyszerű, de fontos feladattípus is gyakorolható számítógéppel, amely azonban inkább csak ellenőrzési funkciót tölt be.
Me l y ik r e a k c i ó e g y e n l e t v a n he l y e s e n r e n d e z v e ? A. N + H = NH B. 2 N 2 + 2 H 3 = 2 N H 3 C. N + H2 = NH2 D. N2 + 3 H2 = 2 NH3 E. 2 N + 6 H = 2 NH3 A tudásmérő teszt 10. és 12. feladata kémiai molekulák modelljeinek azonosításáról szól. A feladatban látható vizuális megjelenítés eleve a számítógépes modelleket idézi, és azon diákoknak lehet ismerős, akik így is találkoztak a molekulák térbeli szerkezetével. A feladatot azonban azok a diákok is megoldhatták, akik soha sem találkoztak ezen molekulák számítógépes vizualizációjával, csak papíron ábrázolt vagy például léggömbökből készített modellekkel.
65
A kérdés megfogalmazása az első esetben valójában két kérdést takar (ismerni kell az ammónia létrejöttét). A második kérdésnél a megfogalmazás egyben segítség is abban, hogy kettő helyes válasz van a kérdésre.
Az alábbiak k özü l m elyik annak a vegyületnek a m oleku lam odellje, a m e l y a n i t r o g é n é s a h id r o g é n r e a k c i ó j á v a l j ö n l é t r e ? A
B
C
D
A z a l á b b i m o l e k u l a m o d e l l e k k ö z ü l m e l y ik k e t t ő á b r á z o l j a a k é n s a v (H2SO 4) moleku láját? A
B
C
D
E
F
G
H
A kérdéssor 12. feladata a kémia laboratórium egy egyszerű és talán legismertebb eszközének felismerésére vonatkozik. A legalapvetőbb laboratóriumi eszközök már a hetedik osztály tananyagában megjelennek és amennyiben a tanórai kísérletezés nem marad el, ezek jó eséllyel benne maradhatnak a köztudatban. A kérdés nehézsége abban áll, hogy két helyes megoldás is van, de ezt a feladat szövege nem árulja el.
66
Me l y ik a p i p e t t a a k ö v e t k e z ő l a b o r a t ó r iu m e s z k ö z ö k k ö z ü l ? A
B
C
D
E
A tudásmérő teszt utolsó feladata eltér a többi kérdéstől, ugyanis egy olyan témával foglalkozik, amely a kémia tankönyvekben nem szerepel. A szén-dioxid kvóta új fogalom, de a globális klímaváltozás egyre erősödő megnyilvánulásai miatt megjelent a köztudatban, a médiában, szóban akár a kémiaórákon.
Mit gondolsz, mit jelent a szén-dioxid kvóta, amellyel az utóbbi időben kereskednek is? A.
A nagytisztaságú szén-dioxid rendkívül értékes, egy kvóta egy tonna,
melynek ára megközelíti a nemesfémekét. B.
A szén-dioxid kvóta a szárazjég, melyre egyre több vegyipari folyamatban
van szükség. C.
A gyárak által termelt szén-dioxidot környezetvédelmi okokból nagy
tartályokban gyűjtik össze, melyeket aztán értékesítenek. D.
Az országok meghatározott mennyiségű CO2-t bocsáthatnak ki, de ezt
nem minden ország éri el, így a nagy kibocsátók megvásárolhatják más országok kvótáját.
A tesztkérdések mellett néhány az internetezési szokásokra és a tanulmányi eredményre vonatkozó kérdés is szerepelt: Használ-e számítógépet otthon? Milyen gyakran internetezik? Milyen érdemjegye van kémiából?
67
Eredmények és következtetések
A feldolgozott kérdőívek nyomán világossá vált, hogy a diákok túlnyomó része rendelkezik otthon is számítógéppel (98%) és nem akadt olyan tanuló, aki nem használja az internet szolgáltatásait. Ezek az adatok jobbak, mint az országos átlag (a KSH adatai szerint 2008-ban a háztartások 59%-a rendelkezett számítógéppel). Dolgozatom relevanciáját azonban ez a tény nem befolyásolja, hiszen egy korszerű technológia használatát csak olyan iskolákban érdemes számon kérni, ahol a használat infrastrukturális és személyi feltételei (kompetencia) megfelelőek. Az internetezési szokások tekintetében elmondható, hogy a legtöbb diák (76%) naponta használja a számítógépet internetezés céljára ( 27. ábra).
2% 5%
17%
25%
nincs otthon net naponta 1x naponta többször hetente 1x
51%
hetente többször
27. ábra Az internezés mértéke a tanulók körében (N=611)
A mérésben résztvevő diákokat a fentebb említett szempontok alapján, az adatfelvétel
módja,
illetve
aszerint,
hogy
találkoznak-e
a
kémiaoktatásban
számítógéppel segített módszerekkel, négy csoportba osztottam (5. és 6. táblázat):
68
5. táblázat Online tesztet kitöltők száma és kémia osztályzata
Online teszt
létszám
hagyományos pedagógia IKT-alapú pedagógia
168 fő 203 fő
osztályzat átlaga 3,55 3,65
osztályzat szórása 0,47 0,35
6. táblázat Papír alapú tesztet kitöltők létszáma és osztályzata
Papír alapú teszt
létszám
hagyományos pedagógia IKT-alapú pedagógia
161 fő 105 fő
osztályzat átlaga 3,51 3,82
osztályzat szórása 0,55 0,35
A tudásteszten elért összesített eredmények néhány százalékponttal jobbak lettek a papír alapú tesztek esetében. Ezt magyarázhatja, hogy ezen tesztek esetében a diákok sokkal több időt tölthettek a megoldással, szemben az online mód néhány kattintással elvégezhető kitöltésével. A számítógépes kitöltés éppúgy megengedi a lassan, megfontoltan végzett munkát, de sok esetben fordul elő, hogy a diákok a technológia adta lehetőséggel élve gyorsabban és kevésbé átgondoltan töltik ki az online teszteket (vö. 7 és 8. táblázat).
7. táblázat Online tesztet kitöltők eredményei
Online teszt
létszám
hagyományos pedagógia IKT-alapú pedagógia
168 fő 203 fő
eredmény átlaga 32% 38%
eredmény szórása 12% 7%
8. táblázat Papír alapú tesztet kitöltők eredményei
Papír alapú teszt hagyományos pedagógia IKT-alapú pedagógia
létszám
eredmény átlaga 40% 49%
161 fő 105 fő
eredmény szórása 9% 8%
Jól látható, hogy a kémia tudásteszt igen gyenge eredményt hozott, hiszen a tanulók eredményeinek átlaga nem éri el az 50%-os küszöböt. Véleményem szerint az adatfelvétel módja és ideje is amellett szól, hogy az eredmény a valós kémiai tudást mutathatja, szemben a pillanatnyi állapotot jellemző témazáró dolgozatok vagy szóbeli számonkérések eredményeivel.
69
Ezt támasztja alá, hogy a diákok által megadott kémia osztályzatokat összevetettem az általuk elért eredményekkel és a khi négyzet próba alapján elmondható, hogy nincs szignifikáns összefüggés a két adat között. A mérés eredménye ugyan csak az általános kémia egy részéről ad információt, mégis összecseng a természettudományos ismeretek hiányával kapcsolatos hazai tapasztalatokkal (Fazekas, Köllő, Varga, szerk. 2008).
9. táblázat A kémia tudásteszt összesített eredménye
Kémia tudásteszt hagyományos pedagógia IKT-alapú pedagógia
létszám 329 fő 308 fő
eredmény átlaga 36% 44%
A kémia tanításának szempontjából a tudásteszt egyik tanulságos eredménye, hogy a sztöchiometriai számításos feladatot (9. feladat) a diákok nagyon kis része tudta megoldani helyesen. A feladatban a nátrium és a klór reakcióegyenletét kellett ismerni a számításhoz. A feladatban elért átlagos eredmény az összes tanulóra nézve 10,5%.
Az eredményből látható, hogy azok a diákok, akiknek a tanárai alkalmaznak IKT-eszközöket a kémiaórákon, valamivel jobb eredményt értek el a teszten. Az összes kérdés tekintetében ez a különbség nem jelentős, figyelembe véve, hogy a második csoport (IKT-eszközzel találkozó diákok) osztályzatátlaga kissé magasabb. A tudástesztben a hagyományos pedagógiával és az IKT-alapú pedagógiával jellemezhető csoportok eredményei között azonban található néhány olyan eredmény, melyet nagy valószínűséggel indokolhat a módszertani eszköztárban mutatkozó különbség a felállított hipotézissel összhangban.
Az 5. és 6. feladatnál a gyémánt atomos rácsának szerkezetével kapcsolatos kérdésre kellett válaszolni. Ez elsősorban a térlátásról és a kristályrács térbeli szerkezetének ismeretéről ad információt. A különbség 6%- és 9% pont az „IKT csoport” javára, azonban sokkal érdekesebb az a tény, hogy a két feladatot nagyon eltérő eredményességgel oldották meg a tanulók. Az 5. feladatot 19 és 16 % ponttal jobb eredménnyel oldották meg a tanulók, holott a két feladat összefügg, az egyik
70
válaszból következtetni lehet a másikra. Ebben az eredményben a logikai képességek hiányosságait lehet tetten érni. A gyémántrács rajzához kapcsolódó, az előbbi két kérdéshez kevésbé szorosan illeszkedő 8. feladat eredménye további 18 és 20 % ponttal rosszabb mindkét csoportban. A rács térszerkezetére vonatkozó ismeretekben mutatkozó eltérés több okra is visszavezethető. Az egyik az, hogy az 5. és a 6. feladat kérdése a kémia számonkérések során is előfordul, gyakori ellenőrző kérdés, míg a 8. feladat kevésbé volt megoldható a jól ismert séma felidézésével. A 11. feladat lényege az ammónia (NH 3) molekulamodelljének felismerése volt. A két vizsgált csoport az összesített végeredményben mutatkozó különbséghez képest ebben a feladatban jól teljesített és a különbség nem jelentős (43% és 48%). Jelentősebb
eltérés
mutatkozott
a
kénsav
(H 2SO4)
molekulamodelljének
felismerésében (13. feladat). Ez a feladat annyiban volt nehezebb a tanulók számára, hogy a nyolc lehetséges válaszból kettő is helyes volt. Az „IKT csoport” 11 százalékponttal jobb eredményt ért el, mely azt is jelenti, hogy nagyobb arányban ismerték fel mindkét helyes modellt. Említésre méltó, hogy az internetezési szokásokat tekintve a gyakoribb használók jobban oldották meg a feladatot (28. ábra).
60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
IKT hagyományos nincs naponta 1x otthon net
naponta többször
hetente 1x
heti többször
28. ábra A 13. feladat eredménye az internethasználat szerint bontva
71
A 14. feladat a többi feladattól eltérően olyan ismeretekre kérdezett rá, melyek nem szerepelnek a jelenlegi kémia tankönyvekben. A szén-dioxid kvóta kapcsolódik a kémia tananyaghoz, azonban ezzel a fogalommal vélhetően nagyobb eséllyel találkoznak azok, akik médiahasználata magasabb. Az IKT csoport ezt a feladatot átlagosan 13 százalékponttal oldotta meg jobban. A 13. feladathoz hasonlóan itt is jól látható az, hogy az internetet gyakrabban használók jobb eredményeket értek el (29. ábra).
69%
65%
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
55% 40%
51% 40%
39% 21%
0% 5% nincs naponta 1x naponta otthon net többször
IKT
hetente 1x
heti többször
hagyományos
29. ábra A 14. feladat eredménye az internetezési szokások szerint
A
tudásteszt
eredményeiben
tetten
érhető
néhány,
a
kémiaoktatás
gyakorlatában ismert hiba. Ilyen a 2. feladatnál az, hogy az AX 2 típusú lineáris molekulát tévesen nem a szén-dioxiddal, hanem a vízmolekulával társítják, holott utóbbi AX2E2 típusú, V-alakú. A hibás válaszok között a vízmolekula szerepelt messze a legmagasabban. Hasonló tévedés az, hogy a tetraéderes orientáció kötésszögét nem térben képzelik el a tanulók, így a 7. feladatban - helytelenül - a 120-os szöget jelölték meg a legtöbben a 109,5-os kötésszög helyett. A tesztet kitöltő tanulók szövegértési kompetenciabeli hiányosságai a 13. feladatnál érhetők tetten. A feladat szövege ugyanis egyértelműen kimondja, hogy két helyes választ kell megjelölni. Ennek ellenére a válaszoló tanulók túlnyomó többsége csak egy választ jelölt meg.
72
8. 2.
Kémiatanáro k és az IK T al kal mazás a
A kémia központi szereplői a különböző anyagok és tulajdonságaik, átalakulásaik és számos természeti jelenség. A kémia tanításának sikerességét számos tényező csökkenti az utóbbi években. Ezek közé tartozik a kémia kétségkívül nehéz fogalmi rendszere, a kémia és a természettudományos tantárgyak aktuális problémái (Fernengel, 2009), (Ádám, Baranyai, Kertész, Szalay, 2009). A számítógépek és az informatika, majd az információs társadalom technológiái új szereplőként léptek be a kémiaoktatásba a XX. század utolsó egy-két évtizedében. Az informatikai eszközök jelenléte a kémia tanításában függ a tanárok digitális kompetenciájától,
a
meglevő
informatikai
infrastruktúrától
és
annak
hozzáférhetőségétől, valamint a pedagógusok attitűdjétől is. Vizsgálatom elsődleges célja annak felmérése volt, hogy a kémiatanárok miként vélekednek a digitális tananyagok/taneszközök minősítésének a Digitális Tananyag Minősítő Bizottság (DTMB) által elfogadott értékelési szempontjairól. A DTMB 2009. április
2-án
(http://www.oh.gov.hu/kozoktatas/tovabbkepzes-oktatasi/eloadasok-
digitalis) egy tájékoztatón hozta nyilvánosságra a digitális taneszközök három kategóriában (technológiai, tudományos, pedagógiai) történő minősítésének rendszerét. Az eljárás a tankönyvvé nyilvánítás rendjéről szóló,23/2004. (VIII. 27.) OM rendelet alapján, közigazgatási hatósági eljárás keretében (2004. évi CXL. tv) zajlik az Oktatási Hivatalszervezésében. Az akkreditáció során használt értékelőlapon a pedagógiai kategóriában közel száz szempont található. A vizsgálatot a következő hipotézis alapján terveztem meg: A kémiatanárok digitális tananyag használatának fontos gátoló tényezője a rendelkezésre álló tananyagok ismertsége és elismertsége. A szakértői minősítés egyes elemei a gyakorló pedagógusok számára nem érthetők, illetve a digitális tananyagok értékelésekor a szakértők (Digitális Tananyag Minősítő Bizottság)
a
tananyag
minősítési
szempontrendszerében
alkalmazott
kritériumait a különbözőképpen tartják fontosnak vagy kevéssé fontosnak. További célom volt felmérni a kémiatanárok IKT eszközökkel kapcsolatos használati szokásait, a használt technológiákat.
73
A vizsgálati minta és a kutatás menete
A
kémiatanárok
megkérdezését
online
módon,
kérdőív
kitöltésével
bonyolítottam le (vö. 30. ábra). A tanárok részvétele a válaszadásban önkéntes alapon, személyes, illetve szakmai levelezési listán való megkeresés formájában történt 2009 őszén. A kérdőíveket 57 kémiatanár töltötte ki. A válaszok feldolgozása a Google Dokumentumok Űrlapkezelője és a Microsoft Excel 2007 segítségével történt. A kérdőív (lásd Függelék) az alapadatok mellett a következő kérdésekre kért választ: Milyen célra használja a számítógépet? Milyen gyakran használ informatikai eszközöket a kémiatanításhoz? (a tanórák százalékában) Milyen célra használja az informatikai eszközöket a kémiatanárként? Mennyire tartja hasznosnak a kémiaoktatásban a digitális tartalmakat legelterjedtebb típusait? Mely tényezők mennyire akadályozzák az informatikai eszközök alkalmazását? Mennyire tartja fontosnak a DTMB kritériumok egy kiválasztott körét a kémiai digitális tananyagok minősége tekintetében?
30. ábra A tanári kérdőíveket tartalmazó honlap
A vizsgálat eredményei
74
A felmérésben résztvevő kémiatanárok között a legtöbben kémia-biológia szakosak voltak (39%), míg a kémia-matematika, és a kémia-fizika szakos pedagógusok tették ki a válaszadók majdnem felét (25% és 24%) (31. ábra).
egyéb 12% kémia-fizika 24% kémiamatematika 25%
kémiabiológia 39%
31. ábra A válaszadó tanárok szakok szerinti eloszlása
A felmérésben résztvevők javarészt többféle iskolatípusban tanítanak, legnagyobb részük négyosztályos gimnáziumban (32. ábra).
75
szakiskola 15%
általános iskola 18%
szakközépiskola 21%
8 osztályos gimnázium 3%
6 osztályos gimnázium 12%
4 osztályos gimnázium 31%
32. ábra A válaszadó tanárok iskolatípus szerinti eloszlása
A kérdőívet kitöltő kémiatanárokról elmondható, hogy tapasztalt pedagógusokról van szó, akik nagy része az 1990-es években (40%), illetve az 1980-as években (32%) szerezte diplomáját (33. ábra).
2000-es évek 12%
1970-es évek 16%
1980-as évek 32%
1990-es évek 40%
33. ábra A válaszadó tanárok eloszlása a diploma megszerzésének éve szerint
A megkérdezett tanárok teljesen különböző mértékben alkalmazzák az IKT eszközrendszerét és módszertani elemeit a kémiaórákon. A válaszok alapján a kémiaórák 26%-án (szórás 23%) jelen van a digitális kompetencia fejlesztése. Erre vonatkozóan országos felmérés nincs, de korábbi, nem tantárgyspecifikus vizsgálatok (Hunya, 2007), és a TÁMOP 3.1.4 pályázatban dolgozó IKT mentor-szaktanácsadók
76
szóbeli visszajelzései alapján55 ez a szám nagy valószínűséggel sokkal magasabb, a teljes Magyarországra vonatkozó adatnál. A gyakorisági eloszlás a következőképpen alakult (34. ábra):
25 fő 20 fő 15 fő 10 fő 5 fő 0 fő 0-5% között
5-20% között
20-50% között
50-70% között
70-100% között
34. ábra A válaszadó tanárok IKT-s tanóráinak aránya az összóraszámhoz képest
Az informatikai eszközök használatának gyakorisága akkor válik igazán értelmezhetővé, ha megnézzük, hogy milyen tevékenységek során használják ezeket a kémiatanárok. A válaszok alapján elmondható, hogy a dolgozatok összeállítása a legrendszeresebben végzett, IKT-val segített tevékenység (vö. 35. ábra).
55
A 2010. január-március időszakban az Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft. 40 órás szakértői tanfolyamain több mint 180 IKT mentor-szaktanácsadó felkészítésében vettem rész trénerként.
77
Dolgozatok, tesztek készítése IKT eszközökkel 35 fő 30 fő 25 fő 20 fő 15 fő 10 fő 5 fő 0 fő soha
ritkán
gyakran
rendszeresen
35. ábra Az IKT használatának rendszeressége dolgozatok, tesztek összeállításához
Az elektronikus médiumok a tudomány legújabb eredményei, pedagógiaimódszertani információk tekintetében az önképzés és a tanórákra való felkészülés természetes forrásai lehetnek. Érdekes és egyben elgondolkodtató, hogy a felmérésben részt vevő kémiatanárok alig több mint fele használja ezt a lehetőséget rendszeresen (36. ábra).
IKT használata a felkészülésben, önképzésben 35 fő 30 fő 25 fő 20 fő 15 fő 10 fő 5 fő 0 fő soha
ritkán
gyakran
rendszeresen
36. ábra Az IKT használatának gyakorisága a felkészülésben, önképzésben
A megkérdezett kémiatanárok informatikai eszközökkel kapcsolatos tanítási szokásairól ad információt a következő táblázat (vö. 10. táblázat). A tanórai bemutatókhoz használt IKT-gyakoriság vélhetően csupán a jéghegy csúcsa. A viszonylag ritka tanórai használat, a frontális módszerek jól ismert túlsúlyával (vö. 4.
78
ábra A természettudományos tanárok által alkalmazott munkaformák (OKNT, 2008)) együtt arra utal, hogy a kémiaórákon sem nagyarányú az IKT jelenléte (Hunya, 2007), (OKNT felmérés, 2009). Az interaktív táblák oktatási elterjedése kapcsán éppen a frontális
munka arányának és pozíciójának potenciális
erősödése az
egyik
leggyakrabban hangsúlyozott aggály. Ez is jól jelzi, hogy a diákközpontú módszerek meghonosítása az oktatási gyakorlatban nem technikai, hanem pedagógiai kérdés. Meglepő, hogy a projektmunkában mennyire ritkán jelennek meg az informatika eszközei. Ebben a gyakoriságban természetesen a projektmódszer ritka alkalmazása is megmutatkozik. Ennek a mutatónak a változása prognosztizálható, hiszen a módszertani sokszínűség „természetes” bővülése mellett az NFT 56 és az ÚMFT57,
a
közoktatás
megújítására
vonatkozó
törekvéseinek
ilyen
irányú
továbbképzése elvégzése és kapcsolódó indikátorok kötelező vállalása is része (pl. TÁMOP 3.1.4). E mellett meg kell említenünk a hazai és nemzetközi jó gyakorlatok terjedését is az IKT eszközeinek oktatási projektekben való alkalmazásával kapcsolatban (pl. Leonardo, eTwinning). Ezek multiplikátor hatása bizonyára mérhetővé válik az elkövetkező években.
10. táblázat A válaszadó tanárok IKT-használati szokásai
Dolgozatok, tesztek készítése IKT-eszközökkel IKT használata a felkészülésben, önképzésben IKT-alapú tanórai bemutatók IKT alkalmazása a projektmunkában IKT alkalmazása szakkörön
soha 5 fő 0 fő 9 fő 14 fő 10 fő
ritkán 12 fő 5 fő 28 fő 28 fő 19 fő
gyakran 10 fő 23 fő 13 fő 13 fő 16 fő
rendszeresen 30 fő 29 fő 7 fő 2 fő 12 fő
A kérdőív a jelenleg legelterjedtebb két osztálytermi hardvereszköz (interaktív tábla és tanulói válaszadórendszer) kémiaórai használatára is rákérdezett (37. ábra). A válaszok aránya az interaktív táblák és a tanulói válaszadórendszerek használatának ritkaságát mutatja, mely reálisnak mondható az ilyen típusú hardverek beszerzését biztosító TIOP 1.1.1 pályázatok hosszas késlekedésének időszakában (a felmérés 2009ben készült).
56
Nemzeti Fejlesztési Terv
57
Új Magyarország Fejlesztési Terv
79
30 fő 25 fő 20 fő 15 fő 10 fő 5 fő válaszadórendszer
0 fő soha
ritkán
interaktív tábla gyakran
rendszeresen
37. ábra Az interaktív táblák és a tanulói válaszadó rendszerek használatának gyakorisága
A kérdőívet kitöltő kémiatanároknak egy ötfokozatú skálán kellett véleményt nyilvánítani arról, hogy a kémiaórákon használható digitális tartalmak közül melyeket tartanak hasznosnak és fontosnak és melyeket kevésbé (11. táblázat).
80
11. táblázat Digitális tartalmak fontossága és hasznossága 5-fokozatú skálán (1 - nem fontos, 5 - nagyon fontos)
Mennyire hasznos? videós kémiai kísérletek animációk szimulációk és modellek aktuális információk elektronikus tankönyv tesztek, számonkérés kollaboratív környezet58
1 51 fő
2 2 fő
3 2 fő
4 1 fő
5 1 fő
2 fő 1 fő
9 fő 4 fő
23 fő 15 fő
12 fő 19 fő
11 fő 18 fő
1 fő 3 fő 7 fő 3 fő
6 fő 18 fő 10 fő 4 fő
11 fő 25 fő 24 fő 30 fő
22 fő 8 fő 12 fő 14 fő
17 fő 3 fő 4 fő 6 fő
A táblázatból kitűnik, hogy a felmérésben részt vevő tanárok a videón vetített kémiai kísérleteket nem tartják fontosnak, hasznosnak. Ez az elutasítás egyben érdekes adalék egy jó ideje fennálló problémához. A videotechnika, majd a számítógépes videók tanórai alkalmazásainak megjelenése számos esetben, a kémia tanításában azt a nem kívánt jelenséget hozta magával, hogy a tanárok valódi kísérletezés helyett használták ezeket. Természetesen vannak a videón bemutatott kísérletezésnek előnyei és olyan esetek is, amikor rendkívül jól használhatók, azonban kérdőív erre a kérdésre vonatkozó válaszai az „élő kémiai kísérlet” melletti voksnak tekinthetők (Riedel, Vámos, Hobinka, 1985). Érdekes eredmény, hogy a válaszadók csak kismértékben érzik hasznosabbnak az animációk alkalmazásánál a kémiában oly fontos modelleket és az interaktivitást garantáló szimulációkat. Véleményem szerint – melyet számos szakértő oszt (Limniou, Roberts, Papadopoulos, 2008), ezek lényegesen hasznosabbak, mert a vizualizáció eszközei összekapcsolódnak a tanuló magas fokú aktív részvételével a tanulás folyamatában (vö. 4. fejezet). Annak érdekében, hogy ezt a kémiatanárok is belássák, a továbbképzések, bemutatók, szakmai konferenciák és számos elektronikus médium segíthet, ahol a pedagógusok alaposabban megismerhetik a jelenleg korszerű technológiát, szoftvereket és a rendelkezésre álló tartalmakat. A kollaboratív platformokkal kapcsolatos, kiemelkedően sok 3-as minősítés arra utal, hogy a válaszadók nagyobb része valószínűsíti ezek hasznát, de nem ismeri őket közelebbről, nem rendelkeznek sok saját tapasztalattal. Ez nem meglepő, hiszen a 58
Az együttműködést, a kollaboratív munkát biztosító webes platform.
81
témáról szóló, szélesebb körben elérhető hazai szakirodalomban (Főző, Riedel, 2003) az akkori technológiai szint miatt nem szerepelnek erre vonatkozó, a kémia tanításával kapcsolatos példák. A későbbiekben keletkezett, ilyen témájú közlemények pedig (Főző, 2006) nem jutottak el a kémiatanárokhoz. Az eTwinning program növekvő hazai ismertsége, illetve az egyre több iskolában működő oktatási keretrendszerek révén a jövőben ez a vélekedés pozitív irányba változhat. A felmérés során arra is válaszokat kerestem, hogy a digitális kompetencia kémiaórai jelenlétének melyek a leggyakoribb akadályai (12. táblázat).
12. táblázat Az IKT használatát akadályozó tényezők
Mely tényezők akadályozzák az IKT alkalmazását? hiányos eszközpark alacsony óraszám tanári időhiány nem kellő képzettség a diákok tudásszintje eszközparkhoz való hozzáférhetetlenség
1
2
3
4
5
6 fő 2 fő 17 fő 2 fő 17 fő 12 fő
7 fő 8 fő 12 fő 5 fő 7 fő 8 fő
10 fő 15 fő 21 fő 11 fő 20 fő 10 fő
13 fő 13 fő 2 fő 15 fő 9 fő 14 fő
21 fő 19 fő 5 fő 24 fő 4 fő 13 fő
Az akadályozó tényezők között a kémiatanárok kiemelték a hiányos eszközpark kérdését is, de rendkívül hangsúlyosan jelent meg a kellő képzettség hiánya is. Ez utóbbi azért is aggasztó, mert az akkreditált pedagógus továbbképzések kínálatában nagyon ritkán találhatunk kémia szakmódszertani kurzust; olyat pedig, amely a digitális kompetencia fejlesztésének kémiaórán való megjelenéséről szól, nem vagy csak elvétve. A TÁMOP (és a TIOP) a kompetencia-alapú oktatás fejlesztését és elterjesztését célzó pályázataiban a kötelezően választható továbbképzései között sincs olyan, amely ebben a kérdésben segítene.
Az adatokból is látható az ismert és számos helyen kínzó probléma, hogy a meglevő hardvereszközökhöz nehéz hozzáférni. Az interaktív táblák, laptopok csak ritkán állnak rendelkezésre olyan termekben, ahol kémiaóra folyik. A kevésszámú eszköz mobilitása az iskolákban, az IKT eszközeit használó tanárok számának növekedésével csökkenni fog. Jó megoldás lenne az IKT hardvereszközeivel jól felszerelt természettudományos előadó- és tantermek, valamint a laboratóriumi munkát lehetővé tevő tantermek váltott használata. Ez azonban a legtöbb iskola
82
számára a mai Magyarországon csupán álom. Ezt támasztja alá a következő, a megjegyzésekhez írt tanári vélemény: „… nemzetiségi iskolánkban a természettudományos tantárgyak oktatásához egyáltalán nem biztosítanak informatikai eszközöket (pénzhiányra hivatkozva). A tanteremben nincs egyetlen számítógép sem, a számítógéptermet, valamint a projektort csak az informatikát oktató kolléga használhatja. Bár a nyelvtanárok terme már teljes videorendszerrel felszerelt, addig a kémia tanteremben idén kaptuk meg az első TV-készüléket, amihez DVD-, vagy videokazetta-lejátszót akkor tudok hozzákapcsolni, ha a sajátomat beviszem.” Egy másik észrevétel a kémia tantárgy anyagi támogatottságának hiányát emeli ki: „az, hogy az iskolának az éves kémia eszközfejlesztésre fordítható kerete (a fogyóeszköz- és vegyszerpótlást is beleértve) legfeljebb 30000 Ft.”
Az egyik tanári vélemény egy még mindig létező attitűdbeli problémát jelez: „Nem igazán nézik "jó szemmel" az iskolában, ha nem "tábla-kréta kémiát" tanítok. Sokszor érzem ET-nek magam emiatt.”
Ez a helyzet sajnos nem ritka az iskolákban, melyek vezetői, pedagógusai digitális bevándorlóként59 a digitális kompetencia fejlesztését a NAT általi nevesítés (előírás) ellenére
sem
tartják
fontosnak
vagy
egyenrangúnak
a
többi
fejlesztendő
kulcskompetenciával (NAT, 2007).
A vizsgálat során a kémiatanárok véleményezték a Digitális Tananyag Minősítő Bizottság (DTMB)60 által kidolgozott, a digitális taneszközök pedagógiai értékelésére vonatkozó
fő szempontokat. Az
alszempontokra
oszlanak,
azonban
értékelőlapon e
ezek
kérdőívben
a
ezek
szempontok nem
további
szerepeltek.
A
válaszlehetőségek között a „nem érthető ez a szempont” és a „nem releváns” opciók is megjelölhetők voltak (vö. 13. táblázat A DTMB értékelési szempontjainak fontossága a válaszadók szerint). 59
A kifejezés Marc Prensky On the Horizon könyvében szerepel (NCB University Press, Vol. 9 No. 5. 2001. október)
60
Az Országos Köznevelési Tanács keretei között működő szakmai testület (http://www.okm.gov.hu/kozoktatas/tarsadalmi-kapcsolatok/oknt-bizottsagai/digitalis-tananyag)
83
A kérdőíven szereplő, minősítendő szempontok a következők voltak: Az ismeretek megértése, tanulása Az ismeretek alkalmazását biztosító műveletek tanulása Problémák, problémahelyzetek elemzése és megoldásuk alkalmazása A tanulás módszereinek tanulása A gondolkodási eljárások tanulása Szociális viszonyulások, magatartásformák tanulása A megjelenés (digitális tipográfia) Nyelvhelyesség, helyesírás A tananyag pedagógiai rendszerbe ágyazódása A technológiai kidolgozottság A tartalom szakmai hitelessége, pontossága, szemlélete A tartalom strukturáltsága A szakmai tartalom naprakészsége A válaszok elemzésénél az „e nélkül is lehet jó minőségű” válaszok száma beszédes lehet. A megkérdezett kémiatanárok 14%-a szerint a digitális taneszközök nyelvhelyessége, a szakmai hitelesség és a strukturáltság olyan szempontok, melyek nélkül lehet is lehet jó egy digitális tartalom/taneszköz. Érdekes, hogy a szakmai hitelességnél a naprakészséget fontosabbnak ítélték a válaszadók. Ez az álláspont kedvezne az ellenőrizetlen, esetleg áltudományos, de aktuális tartalmaknak. A tanárok véleménye nem is a taneszközök minősítése miatt fontos, hiszen a minősítést képzett szakemberek végzik. A vélemény inkább arra utal, hogy miként szelektálják, értékelik a tanárok azokat a tartalmakat, amelyeket a diákjaiknak ajánlanak, vagy a kémiaórákon használnak. Kirívó a válaszok között az, hogy a tanárok 15,7%-a szerint a nyelvhelyesség és a helyesírás a „nem releváns” kategóriába esik. A digitális taneszközökkel kapcsolatos elvárások között a legfontosabbak a tananyag pedagógiai rendszerbe ágyazódása (70,1%), a problémák, problémahelyzetek tanulása (64,9%), valamint a tanulás módszereinek tanulása (64,9%).
84
13. táblázat A DTMB értékelési szempontjainak fontossága a válaszadók szerint
Mennyire fontosak?
Az ismeretek megértése, tanulása Az ismeretek alkalmazását biztosító műveletek tanulása Problémák, problémahelyzetek elemzése és megoldásuk alkalmazása A tanulás módszereinek tanulása A gondolkodási eljárások tanulása Szociális viszonyulások, magatartásformák tanulása A megjelenés (digitális tipográfia) Nyelvhelyesség, helyesírás A tananyag pedagógiai rendszerbe ágyazódása A technológiai kidolgozottság A tartalom szakmai hitelessége, pontossága, szemlélete A tartalom strukturáltsága A szakmai tartalom naprakészsége
e nélkül is lehet jó minőségű 5 fő
fontos
elengedhetetlen
34 fő
12 fő
nem érthető ez a szempont 4 fő
4 fő
24 fő
28 fő
0 fő
1 fő
1 fő
17 fő
37 fő
2 fő
0 fő
1 fő
17 fő
37 fő
2 fő
0 fő
3 fő
30 fő
22 fő
1 fő
1 fő
4 fő
33 fő
20 fő
0 fő
0 fő
6 fő
32 fő
14 fő
3 fő
2 fő
8 fő
26 fő
10 fő
4 fő
9 fő
2 fő
15 fő
40 fő
0 fő
0 fő
2 fő
26 fő
29 fő
0 fő
0 fő
8 fő
38 fő
10 fő
0 fő
1 fő
8 fő
27 fő
21 fő
0 fő
1 fő
3 fő
32 fő
22 fő
0 fő
0 fő
85
nem releváns 2 fő
8. 3. Tanu ló i vél emények az IK T kémi aoktatás i al kal mazás áról A kémiatanárok megkérdezése után, véleményük ismeretében fontos lehet képet kapni arról, hogy miként vélekednek a diákjaik a digitális tananyagok minőségével kapcsolatban, a tanároknak feltettekhez hasonló kérdésekről. A tanárok megkérdezésével párhuzamosan online kérdőívet kaptak a diákok is. A kérdőíveket kitöltő 283 tanuló nagy része 8. osztályos általános iskolás volt (76%), rajtuk kívül a 911. évfolyamos szakközépiskolások voltak még nagyobb számban (19%). A tanárok válaszai alapján a kémiaórák 26,1%-án használnak IKT-eszközöket. A diákok válaszai alapján a tanáraik a tanórák 26,7 %-án használják ezeket az eszközöket. Mindkét esetben az adatok mediánja 20% volt. Ennek alapján nagy biztonsággal állítható, hogy a felmérésben résztvevők esetében valóban ez a – hazai viszonylatban – magas IKT-arány jellemzi a kémiaórákat. Ennek egyik oka valószínűsíthetően az, hogy a javarészt interneten ápolt szakmai kapcsolataim és a Reaktor kémiai levelezési lista tagjai, akik vélhetően nem idegenkednek a számítógép alkalmazásától, felülreprezentáltak a résztvevők között. Több ÚMFT pályázat (pl. TÁMOP 3.1.4) teljesítendő indikátorai között szerepel az, hogy a digitális kompetencia fejlesztése akkor tekinthető teljesítettnek, ha a kedvezményezettek a tanórák 25%-án használnak korszerű informatikai eszközöket. Ez az indikátor a kémiaórák tekintetében minden bizonnyal gond nélkül teljesül a vizsgált minta tanárai számára. A diákok visszajelzést adtak arról is, hogy kémiatanáraik miként alkalmazzák az IKT eszközeit és milyen tartalmakat részesítenek előnyben. Az adatok a táblázattal összehasonlításban érdekesek (10. táblázat A válaszadó tanárok IKT-használati szokásai).
14. táblázat A kémiaórákon jelenlevő IKT a diákok szerint
Milyen célra használja a kémiatanárod a számítógépes eszközöket?
dolgozatok, tesztek tanári előadás órai tanulói feladatok projektek szakkör
soha 109 fő 67 fő 74 fő 86 fő 168 fő
86
ritkán 82 fő 89 fő 96 fő 89 fő 52 fő
gyakran 32 fő 62 fő 64 fő 59 fő 15 fő
rendszeresen 27 fő 27 fő 15 fő 12 fő 12 fő
Az összehasonlításból látható, hogy bár az előző kérdésben, melyben az IKT-s kémiaórák arányában oly nagy egybeesés volt, a részletekben már helyenként különbségek mutatkoznak. A tanulói válaszokból kitűnik, hogy a diákok 77,3%-a állította, hogy a kémiaórákon soha vagy csak ritkán használnak a számítógéppel segített teszteket, dolgozatokat. Ezzel szemben tanároknál ez az arány 29,8%. A diákok 36%-a nyilatkozott úgy, hogy a kémia tanórákon gyakran vagy rendszeresen IKT eszközökkel segített a tanári bemutató (38. ábra). Ugyanez a szám a tanárok esetében 35%. A tanuló adatoknál megjelenik az, hogy a kémiaórákon vannak IKT eszközökkel támogatott feladatok is. Az eltérő eredményeket okozhatja, hogy a diákok nem feltétlenül tartják IKT-val segített órának, amelyen számítógéppel, interneten elérhető információkkal kapcsolatos házi feladatot kapnak, a tanárok azonban – helyesen – ezt is beszámítják. Ennek ellenére az eltérés jelentős, amely egyben az önbevalló kérdőívek megbízhatóságát is jelzi.
rendszeresen 6%
soha 30% gyakran 26%
ritkán 38%
38. ábra IKT eszközökkel segített tanulói munka a kémiaórákon
87
8. 4.
Kémiai t ananyag o k ért ékel és e
A vizsgálatban résztvevő kémiatanárok és tanulók öt digitális tartalommal kapcsolatban nyilvánítottak véleményt. Mind az öt tartalom magyar nyelvű, szerkezetében különböző, a weben mindenki számára ingyenesen hozzáférhető kémiai taneszköz. A cél a kutatás ezen részében az volt, hogy megvizsgáljam, mennyire különbözőképpen értékelik a kémiatanárok és a tanulók ugyanazokat a digitális tartalmakat. A digitális tartalmak kiválasztásában az alábbi szempontokat vettem figyelembe: A digitális tartalmak legyenek ingyenesen és korlátozás nélkül hozzáférhetők a hazai pedagógusok és diákok számára. Minden tartalom nyelve legyen magyar. Az értékelésben részt vevő digitális tananyagok széles körben ismert vagy ismerhető honlapokon/portálokon legyenek elérhetőek. A kiválasztott tartalmak kémiai tematika szempontjából az alapismereteket érintsék és érthetőek legyenek egy 8. osztályos vagy annál idősebb diák számára. Legyen a kiválasztott tartalmak között olyan, amely interaktív és amely nem interaktív animációt, illetve szimulációt tartalmaz. Legyen a kiválasztott digitális tartalmak között olyan, amely kisebb hibát tartalmaz.
Az s-mező elemeinek kémiai tulajdonságai „Az s-mező elemeinek kémiai tulajdonságai” című anyag a Realika nevű digitális foglalkozásgyűjtemény61 kémia leckéi közül az egyik, mely elemeit tekintve sokszínű, hiszen a szövegek mellett jó minőségű videóbejátszások, animációk és tesztek is elérhetők benne 11 főoldalon és azok aloldalain. Az anyag alkalmas arra, hogy a tanuló egyénileg járja be az útvonalat és önmagát is ellenőrizze a feladatok megoldásával.
61
http://realika.educatio.hu
88
A leckében alkalmazott grafika korszerű és a készítő nemzetközi cég (Young Digital Planet) professzionális hátterét sejteti. A tartalom az Educatio Nonprofit Kft. által beszerzett tananyagok közül a legnépszerűbbek közé tartozik62 (39. ábra).
39. ábra Képernyőkép: Az s-mező elemeinek kémiai tulajdonságai
A kémiatanárok és a diákok meglehetősen eltérő módon értékelték a digitális tartalmat. Mindkét csoport azonos tartalmú, kissé eltérő megfogalmazású értékelőtáblázatot töltött ki. (A táblázatokat lásd a Függelékben.)
62
Link: http://realika.educatio.hu/ctrl.php/unregistered/preview/preview?userid=0&store=0&pbk=/ctrl.php/unr egistered/courses&c=41&node=a67&pbka=0&savebtn=1
89
4,5
4,33
4,06
4,29
4,33
4,41
4 3,2
3,5
3,66
3,39
3,14
3,74
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Az ismeretek bemutatása, megértetése, hasznosság
A megjelenés (digitális tipográfia)
A technológiai kidolgozottság
diákpontszám
A tartalom szakmai hitelessége
A tartalom értékelése összességében
tanári pontszám
40. ábra Az s-mező elemeinek kémiai tulajdonságai c. tartalom értékelése
A 40. ábrán is jól látható a minden szempontnál fennálló különbség a tanári és a tanuló vélemények között. Különösen érdekes, hogy a tananyag hasznosságát, az ismeretek bemutatását mennyire eltérően értékelte a két csoport. A kémiatanárok e szempontnál is magasabb pontot adtak (4,06), mint a diákok (3,2). Ez az eredmény nem meglepő, hiszen az oktatási tartalom relevanciájának megítélésében a tanárok a tananyagot a tantervvel és saját nevelési céljaikkal vetik egybe, míg a diákok főként az elsajátíthatóságra,
saját
tanulásuk
megkönnyítésére
gondolnak.
A
digitális
tipográfiában mutatkozó véleménykülönbség igen meglepő, mivel valóban tetszetős a design, a kezelőfelület kialakítása. A tanároknál egyértelműen ez a tartalom lett a legnépszerűbb, míg a diákoknál a sokkal szorosabb versenyben alig lett első helyezett. Az összpontszám tekintetében az ötfokozatú skálán a tanári- (4,41) és a diákvélemény (3,74) különbsége 0,67 pont.
A nátrium és a kálium Az értékelésbe bevont tartalmak között egy SDT-s foglalkozás is helyet kapott „A nátrium (és a kálium)” című. Szerkezeti szempontból az előző tartalommal analóg,
90
hiszen egy teljes leckét tesz ki. Ez a tartalom is rendelkezik videoelemekkel, tesztekkel, illetve az SDT rendszer részéről jelenlevő szolgáltatásokkal (pl. fogalomgráf63, kereső). A digitális tipográfia szempontjából szerényebb megjelenésű tartalomról beszélünk, mely azonban strukturálisan jól áttekinthető, szabadabban bejárható, mint az első tartalom. A foglalkozás minden eleme külön is felhasználható és külön is letölthető64 (41. ábra).
41. ábra Képernyőkép: A nátrium és a kálium c. foglalkozás
63
vö. 5.2 fejezet: SDT a kémiatanár szemével
64
Link: http://sdt.sulinet.hu/Player/default.aspx?g=1878084b-f912-4954-94a06614c315c84f&v=1&b=10
91
4
3,88
3,52
3,5
3,12
3
3,07 3
3,39
3,59 3,14
3,67
3,52
2,5 2 1,5 1 0,5 0 Az ismeretek bemutatása, megértetése, hasznosság
A megjelenés (digitális tipográfia)
A technológiai kidolgozottság
diákpontszám
A tartalom szakmai hitelessége
A tartalom értékelése összességében
tanári pontszám
42. ábra A nátrium és kálium c. tartalom értékelése
A felmérésben résztvevő diákok számos szempont esetében, a kérdőívek tanúsága szerint jobbnak értékelik az SDT foglalkozást a tanároknál, de ez a különbség nem szignifikáns. A technológiai kidolgozottságnál nagyobb (0,25 pont), a digitális tipográfiánál sokkal kisebb (0,07) pontkülönbséggel a tanulók jobbnak találták a tartalmat (42. ábra). A tanárok véleményét valószínűleg nem csupán ez az egy SDT foglalkozás befolyásolta, hanem az SDT rendszer kezelésével kapcsolatos korábbi tapasztalataik is megjelentek a pontozásnál. Elgondolkodtató, hogy a tanárok az SDT közbeszerzésben kiválasztott, hazai szakembereket foglalkoztató cégek által készített és lektorált tartalmat nem tartották legalább annyira hitelesnek szakmai szempontból, mint a lengyel Young Digital Planet által készített és magyarra adaptált Realika foglalkozásgyűjtemény leckéjét. A különbség nem elhanyagolható (0,54 pont). Az összpontszám tekintetében is a diákok (3,67) értékelése jobb volt a kémiatanárokénál (3,52).
92
Párolgás, forrás Az SDT rendszerben a tananyagegységeket felépítő tananyagegységek külön is lejátszhatók, felhasználhatók. Az értékelésben szereplő harmadik tartalom egy önálló animáció, melynek témája a párolgás és a forrás. Az animáció megjelenését és kezelését tekintve körülbelül egy évtizedes technológiai megoldásokat idéz. Az animáció interaktivitása igen kismértékű, de a leglényegesebb jellemző, hogy a tananyagelem alig-alig tartalmaz tényleges animációt. Az animáción egy tudományos helyesírási hiba is van (a Celsius-fok jele), míg magyarázó szövegek nincsenek. A tananyagelem azzal a céllal került be az értékelendő tartalmak közé, hogy kiderüljön, a tanárok és a diákok mennyire látják rosszabb minőségűnek ezt a taneszközt65 (43. ábra).
43. ábra Képernyőkép: Párolgás, forrás
65
Link: http://sdt.sulinet.hu/Player/default.aspx?g=5040c83e-738f-4c17-a651-ac844f0e195f&v=1&b=4
93
4 3,36
3,5
3,09 3,23 3,16
3,52
3,59 3,59
3,72
3,08
3,27
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Az ismeretek bemutatása, megértetése, hasznosság
A megjelenés (digitális tipográfia)
A technológiai kidolgozottság
diákpontszám
A tartalom szakmai hitelessége
A tartalom értékelése összességében
tanári pontszám
44. ábra A párolgás, forrás c. tananyagelem értékelése
A tartalom értékelése azt mutatja, hogy a diákok jobbnak tartják az animációt, mint a kémiatanárok. Érdekes azonban, hogy a kémiatanárok pontszáma a vártnál magasabb, nincs egy egész pontnyi különbség sem a többi tartalomhoz képest. Ez a tananyagelem ugyanis a nem interaktív animációk egyike, melyben kisebb hiba is található és igen alacsonyfokú aktivitást követel meg a tanulótól. Az első, a didaktikai értékre vonatkozó szempont esetében a tanárok gyengének ítélték ezt az animációt (3,09). A technológiai kidolgozottságot a diákok (3,52) majdnem fél ponttal jobbnak ítélték a tanároknál (3,08). Az összesített pontszám tekintetében a tanároknál ez a taneszköz szerepelt a legrosszabban (3,27 pont), míg a diákoknál két, ennél gyengébbnek tartott tartalom is van (3,72 pont) (44. ábra).
Rutherford-szórás A felmérésben szereplő tartalmak közül a leginteraktívabb a Rutherfordkísérlet szimulációja, mely az SDT Fizikai animációk gyűjteményében érhető el. A szimuláció az atomszerkezettel kapcsolatos szimulációk között népszerű, hiszen online és offline módon is, többféle módszertani elképzelések mentén is felhasználható.
94
A szimuláció kezelése egyszerű, a design nem a legkorszerűbb, de teljesen megállja a helyét a jelenlegi tananyagok megjelenését tekintve66 (45. ábra).
45. ábra Képernyőkép: A Rutherford-szórás c. szimuláció
Az értékelés során adott pontszámok alapján jól látható, hogy a diákok nem tettek különbséget az értékelésben a párolgás témájú animáció és a Rutherford-szórást bemutató szimuláció között (vö. 46. ábra). A pontszámok szinte azonosak. Ennek oka lehet az is, hogy a párolgás közérthető, közismert fogalom, míg Rutherford kísérlete nem az. A didaktikai szempontok azonban természetesen erősebbnek bizonyultak a tanároknál, hiszen ők négy szempontnál is 0,5 ponttal nagyobb osztályzatokat adtak. Az összes pontszámot tekintve ez a tartalom a kémiatanárok körében a második helyen végzett.
66
Link: http://sdt.sulinet.hu/Player/default.aspx?g=2a183574-b7b2-4fad-a543-97b7ba0382c5&v=1&b=2
95
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
3,82 3,28
3,89 3,22
Az ismeretek bemutatása, A megjelenés (digitális megértetése, tipográfia) hasznosság
4,05
3,92 3,5
3,57
A technológiai kidolgozottság
diákpontszám
A tartalom szakmai hitelessége
3,65
3,85
A tartalom értékelése összességében
tanári pontszám
46. ábra A Rutherford-szórás c. szimuláció értékelése
Stop! Nincs izotóp Az ötödik értékelésre kiválasztott tartalom műfajában és struktúrájában is eltér a többitől. Saját, ismeretterjesztő blogom (http://h2so4.blog.hu) egyik bejegyzését választottam ki ehhez az értékelő feladathoz, hiszen a közösségi fejlesztések, „privát” webes tartalmak jelentős szerepet játszanak az ismeretszerzésben az ilyenek olvasására szocializálódott fiataloknál, de egyre inkább az idősebb korosztályoknál is.. A kiválasztásnál arra törekedtem, hogy olyan kémiai témájú bejegyzést válasszak, mely a látogatói statisztikák alapján népszerű. A „Stop! Nincs izotóp” című blogbejegyzés egy napi hír kapcsán könnyed stílusban magyarázza el az izotóp fogalmát. A Web 2.0 típusú tartalmakra jellemző módon ez a blogbejegyzés is tartalmaz ún. kommenteket 67 és beágyazást68 videó formájában69 (47. ábra).
67
a blogbejegyzésekhez írt megjegyzések
68
külső hivatkozás egy videomegosztón elérhető tartalomra úgy, hogy a bejegyzésben lejátszható a filmbejátszás
69
Link: http://h2so4.blog.hu/2008/09/10/stop_nincs_izotop
96
47. ábra Képernyőkép: Stop! Nincs izotóp
A tartalom szakmai hitelessége szempont értékelésekor a blogbejegyzést a kémiatanárok és a tanulók is jónak ítélték. Az adott pontszám mindkét csoport esetében a magas pontszámok közé sorolható. Az ismeretek bemutatására a tanárok szintén jó minősítést adtak (3,65), amely az SDT tananyagnál jobb, vagy ahhoz hasonló pontszám. A diákoknál azonban a minősítés alacsonyabb (3,18). Ennek egyik magyarázata lehet az, hogy a diákok önmagukhoz és a tanárokhoz képest a szövegeket tartalmazó taneszközök mindegyikét alacsonyabb pontszámmal értékelték ebben a kategóriában (48. ábra). A szövegekkel kapcsolatban meg kell jegyeznem, hogy nem jó, ha uralják az elektronikus tananyagot, de információtartalmuk nem kihagyható, ezért a jó arány, a jó struktúra megtalálása kihívás a tananyagok készítői számára.
97
4
3,95
3,65
3,5
3,18
3,15 3,13
3,48
3,35
3,66
3,65 3,66
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Az ismeretek bemutatása, megértetése, hasznosság a tanításban/tanulásban
A megjelenés (digitális tipográfia)
A technológiai kidolgozottság
diákpontszám
A tartalom szakmai hitelessége, pontossága, szemlélete
A tartalom értékelése összességében
tanári pontszám
48. ábra A "Stop! Nincs izotóp" c. blogbejegyzés értékelése
Ennek a tartalomnak a bevonása az értékelésbe arra is választ keresett, hogy mennyire fogadják el az iskolai szereplők a Web 2.0 típusú tartalmakat a tanulás/tanításban. Az egyik kémiatanár megjegyzése jól jellemzi a jelenlegi tapasztalatokat: „A Stop vicces, lehetne összegyűjteni minden témakörhöz hasonló stílusú írásokat, pár perc vidámság jót tesz, de heti 1,5 órában kell megtanítani a bukásra állót és a kémiaversenyre indulót is :)”. Ebből az idézetből és az értékelésből az szűrhető le, hogy Magyarországon, szemben sok külföldi országgal a blog, mint műfaj nem került még be igazán a tanulás/tanítás világába.
98
Összegzés
A digitális taneszközök értékelésének hatékony módszere az, ha a tanárok osztálytermi tevékenységét kísérhetjük figyelemmel (Lakatosné és Kárpáti, 2009), de erre most nem volt lehetőség. Mi egy másik, hasonlóan hatékony módszert, a tananyagok elemző értékelését választottuk. a tanárok magasabb pontszámokkal értékeltek, míg a diákok szigorúbbak voltak, a diákok a látványra épülő tartalmakat (animáció, szimuláció) jobban kedvelik függetlenül attól, hogy mennyire interaktívak, milyen tartalom áll mögöttük, a tanárok jó érzékkel találják meg a didaktikai szempontból jobban használható tartalmakat, a szövegelemeket tartalmazó taneszközök alacsonyabb pontszámokat kaptak a tanulóknál, mint a tanároknál függetlenül a szöveg szerkezetére, hosszára, stílusára az SDT tartalmait a tanárok kritikusabban szemlélik, mint a diákok. A vizsgálat során a tartalmak értékelése a DTMB által használt minősítési rendszer elemeire épült. Ez azokat a kritériumokat tartalmazza, amelyek alapján Magyarországon
megtörténhet
egy
digitális
taneszköz
akkreditációja.
Az
eredményekből kitűnik, hogy a tanárok nem minden, a DTMB által egyformán fontosnak tartott szempontot ítélnek ugyanolyan lényegesnek egy digitális tananyag esetében (vö. 8.3 fejezet).
99
8. 5. A
Digi t áli s kompet enc i a a kémi a l ab or ató ri u mb an kémia tanításának egyik specialitása, hogy a gyakorlati feladatok
középpontjában a kémiai kísérletezés áll. Ezek a kísérletek az esetek egy részében laboratóriumban, laboratóriumi eszközökkel történnek. Például a kémiaoktatásban sikerrel alkalmazott félmikro módszerek70 vagy háztartási eszközökkel elvégzett kísérletek
a
laboratóriumi
technikára
épülő
megoldásokkal
dolgoznak
(pl.
elválasztástechnika, desztilláció). A vizsgálat célja az volt, hogy kidolgozzak egy módszert arra, hogy miként lenne összehasonlítható azonos kísérleteket végző, de különböző taneszközökkel felkészülő diákok laboratóriumi munkája. A hipotézis, melynek alapján a pilot vizsgálatot terveztem: A digitális tananyagok/taneszközök eredményesen használhatók a kémiai kísérleti munkára, a laboratóriumi műveletek pontos végrehajtására való felkészülésben. A próbavizsgálat során egyben megfigyeléseket is végeztem arra vonatkozóan, hogy kísérletezésre felkészülő diákok között van-e valamelyik laboratóriumi lépésnél különbség aszerint, hogy számítógépes eszközöket vagy hagyományos tartalmakat használtak.
A vizsgálat körülményei
A vizsgálatra egy budapesti 6. osztályos gimnázium erdei iskolájában került sor Nagybörzsönyben, 2009 májusában egy három napos projektmunka formájában. A tanulók feladata egy néhány műveletből álló kémiai kísérleti feladat végrehajtása volt az alábbiak szerint: tömegmérés oldás a szűrés előkészítése elválasztás szűréssel tömegmérés egyszerű kémiai számítás
70
A szokásos kémiai laboratóriumi eszközöknél nagyságrendileg kisebb méretű kísérleti eszközök és vegyszermennyiségek használata.
100
A tanulók egyik fele papíralapú forrás használatával, míg a másik fele digitális tananyaggal ismerkedett meg a fenti műveletek helyes végrehajtásával. A felkészüléshez használt taneszközök szöveges része teljesen azonos volt. A papíralapú anyagban (lásd Függelék) a szöveg mellett képek, míg a digitális anyagban a technikákat bemutató videók is szerepeltek. A videók egyike az SDT kémia tananyagából származott, míg a fényképek nagy részét és további két videót magam készítettem (49. ábra).
49. ábra Képernyőkép: A keverékek szétválasztása - segédanyag
Véletlenszerű kiválasztás alapján a tanulók egyik fele papíralapú segédanyagot kapott a kísérletre való felkészüléshez, a másik fele pedig digitális tartalmat tanulmányozhatott egy laptopon. A diákok azonos időt kaptak a kétféle segédanyag tanulmányozására, jegyzetelhettek (és ezeket később használhatták) és kérdéseket tehettek fel a tanárnak. A felkészülési idő után a segédanyagokat nem használhatták, de megkapták a kísérleti feladat leírását. A tanulói kísérletek azonos típusú eszközökkel folytak tanári felügyelet mellett, azonban alapértelmezésben tanári segítség nélkül71. A diákok egy tálcán, szétszerelve 71
Amennyiben a kísérlet teljesen hibás irányba haladt, a tanár beavatkozott.
101
kapták meg a laboratóriumi eszközöket, az összeszerelés az ő feladatuk volt, melyet szintén pontoztam. A kapott eszközök között volt kettő, amelyet nem kellett felhasználni (mérőhenger, kémcső).
50. ábra A kísérlethez szükséges laboratóriumi eszközök
A párhuzamosan végrehajtott kísérletezést két videokamerával rögzítettem, majd a készített videofelvételeket utólagosan kiértékeltem. A diákok laboratóriumi munkája értékelésének alapja egy olyan szempontsor, melyhez hasonlót a nemzetközi vegyésztechnikusi versenyeken (Grand Prix Chimique72) is használnak (lásd Függelék).
72
Grand Prix Chimique – http://www.gpchimique.eu
102
51. ábra A párhuzamosan zajló kísérletezést két videokamera rögzítette
A kísérleti munkában 35 fő vett részt, mindannyian 17-18 éves diákok, akik a nyelvi előkészítő évfolyam figyelembe vételével 11. osztályosak voltak. A diákok előzetes kémiai tudása egyforma volt, mindannyian úgy nyilatkoztak, hogy a keverékek szétválasztása, a szűrés technikája újdonság számukra, tehát azonos tudásszinttel rendelkeztek. Az igazsághoz hozzá tartozik, hogy 7. osztályban már végeztek ilyen kísérleteket, de ezek nem maradtak meg emlékezetükben. A három napot igénybe vevő kísérlet mintaszáma és összetétele nem tekinthető reprezentatívnak, ezért a következtetéseket ennek figyelembe vételével vontam le. A pilot vizsgálatnak tekinthető munka azonban alapot teremtett arra, hogy egy követendő munkamódszer legyen egy későbbi, nagyobb volumenű vizsgálathoz.
Eredmények
A kísérleti feladat lényege a homok-konyhasó keverék szétválasztása és a konyhasó mennyiségének meghatározása. A két csoport közel azonos mértékű hibával mérte meg a konyhasó mennyiségét, az eltérés 23-26 százalék volt. A keverék szétválasztásának végrehajtásából eredő hibatípusok, melyek a számszerű eredményt befolyásolták a következők voltak: anyagveszteség a vizes szuszpenzió tölcsérbe öntésekor a főzőpohárban maradó anyag miatt, túltöltés (kevés esetben),
103
nem kellő mértékű szárítás, anyagveszteség a szárítás során. A laboratóriumi munkára összesen 22 pontot lehetett szerezni. Az eredmény összesítése olvasható az alábbi táblázatban.
15. táblázat A laboratóriumi munka értékelése fiúk felkészülés módja elektronikus papír
létszám
lányok
összesítés
jegyátlag
pontátlag
létszám
jegyátlag
pontátlag
létszám
7
3,43
13,29
12
3,42
13,33
19
9
3,56
10,78
7
3,00
11,71
16
jegyátlag
szórás
3,42
átlagos pontszám 13,3
3,31
11,2
1,8
3,4
A táblázat adataiból is látható, hogy jobb, az elérhető pontszám 10,5%-ával nagyobb pontszámú eredményt értek el azok a tanulók, akik a kísérletezés előtt digitális segédanyagot használtak. Ehhez az eredményhez hozzátartozik az is, hogy egy tizeddel rosszabb a tanulók aktuális kémia jegyének átlag, ám a fentebb említett okok miatt ez bizonyára nem volt befolyással a mérés eredményére. A nemek közötti különbségről ilyen mintaszám esetén nem lenne helyes következtetést levonni.
A részpontszámok elemzése alapján elmondható, hogy a diákok mindkét csoportja jól használta a mérleget, a keveréshez használta az üvegbotot, megfelelő fajtájú szűrőpapírt választott, általában nem töltötte túl az oldatot, a szűrőpapír tapadását a tölcsérhez megfelelően oldotta meg és a szerelés sem okozott különösebb gondot. Különbség mutatkozott azonban abban, hogy a tölcsér szárának megfelelő beállítását (a főzőpohár falához) (2 pont) a digitális tartalomból felkészülő diákok (átlagpontszám: 1,2) sokkal nagyobb arányban végezték el, mint azok, akik papírból készültek fel (átlagpontszám: 0,2). Ez az apró, de fontos mozdulat jól látható volt a digitális taneszköz egyik videóján (lásd DVD melléklet) és minden valószínűség szerint jobban rögzült a diákokban. Két másik műveletnél is különbség volt a digitális tartalomból felkészülő tanulók javára. Az egyik a szűrőpapír megfelelő méretre vágása, mely egyetlen papírból felkészülő diáknál sem volt megfelelő (míg a másik csoportnál 40%-nál volt
104
jó). A másik művelet az üvegbot használata volt a szűrés során, amely jól látható volt a digitális segédanyag videóin is. Összegzés
Az IKT eszközök az alábbiakban bizonyultak hasznosnak a tanulói kísérletezés hatékonyságának növelésében: a laboratóriumi műveletek sorrendje, végrehajtási módja a digitális tartalom segítségével jobban elsajátítható, a
kémia
tantárgy
foglalkozásai
megjelenő
manualitás
gyakorlásához
szemléletesebb és részletgazdagabb a digitális tartalom, a lehetséges hibák hatása, következményei a vizualitás eszközeivel jobban látható, láttatható.
Különösen fontos eredmény az egyes műveleteket bemutató filmrészlet hatása, hiszen ez is jelzi, hogy vannak olyan kísérletezési ismeretek, melyeket mindenképpen érdemes mozgóképpel vagy folyamatábrával, fotósorozattal (tehát dinamikus vizualizációval) szemléltetni.
A laboratóriumi technika tanításában az IKT eszközeinek alkalmazása tetten érhető, ám egy szélesebb körű, több kémiai laboratóriumi technikát érintő felmérésre volna szükség ahhoz, hogy pontosabban lássuk, hogy: milyen típusú, szerkezetű, összetételű digitális tartalmak a leghatékonyabbak, milyen
laboratóriumi
technikáknál
van
értelme
feltétlenül
digitális
tartalmakkal segíteni a tanítást/tanulást a közoktatásban. A kísérlet során kialakított és alkalmazott vizsgálati eljárás alkalmas arra, hogy további mérések módszertani alapján képezze.
105
9. A KUTATÁS ÖSSZEGZÉSE ÉS TOVÁBBI KUTATÁSI PROBLÉMÁK A számítógéppel segített módszerek kémiaoktatási alkalmazásai tekintetében kutatásom a következő hipotézisek vizsgálatára koncentrált: I. Azok a tanulók, akik a kémia tanulása során számítógéppel segített módszerekkel is találkoznak, jobban teljesítenek a kémia tudásmérő teszt a molekulák térbeli szerkezetére vonatkozó feladataiban, illetve tájékozottabbak a tudomány legújabb, a tankönyvekben még nem szereplő eredményeivel kapcsolatban. II. A kémiatanárok digitális tananyag használatának fontos gátoló tényezője a rendelkezésre álló tananyagok ismertsége és elismertsége. A szakértői minősítés egyes elemei a gyakorló pedagógusok számára nem érthetők, illetve a digitális tananyagok értékelésekor a szakértők (Digitális Tananyag Minősítő Bizottság) a tananyag minősítési szempontrendszerében alkalmazott kritériumait a különbözőképpen tartják fontosnak vagy kevéssé fontosnak. III. A digitális tananyagok/taneszközök eredményesen használhatók a kémiai kísérleti munkára, a laboratóriumi műveletek pontos végrehajtására való felkészülésben.
Az I. hipotézis vizsgálatára épülő kémiai tudástesztben megvizsgáltam, hogyan teljesítenek a tanulók egy olyan mérés során, amelynek tesztfeladatai között olyan témák is szerepelnek, melyeket az IKT-t alkalmazó tanárok számítógép segítségével tanítanak. Vizsgálatom kiterjedt arra is, hogy van-e különbség az eredményekben a teszt
megírásának
módja,
illetve
a
diákok
internet-használati
gyakorisága
tekintetében.
A tudásmérő teszt eredményéből kiderült, hogy azok a diákok, akiknek a tanárai alkalmaznak IKT-eszközöket a kémiaórákon, jobb eredményt értek el a teszten (átlagosan 8%-kal). A hagyományos pedagógiával és az IKT-alapú pedagógiával jellemezhető csoportok eredményei között azonban elsősorban a térlátással és a kristályrács térbeli szerkezetének ismeretével kapcsolatos kérdéseknél mutatkozott meg különbség. Az IKT eszközeivel a kémiaórán is találkozó diákok kiugróan jobb eredményt értek el egy olyan kérdésnél, amely olyan ismeretekre kérdezett rá, mely nem szerepel a jelenlegi kémia tankönyvekben (szén-dioxid kvóta). A vélhetően
106
nagyobb médiahasználó diákok ezt a feladatot átlagosan 13 % ponttal oldották meg jobban. Ezen diákok között azok, akik az internetet gyakrabban használják (napi többször), jobb eredményeket értek el. Ez az eredmény igazolja a I. hipotézist és számos további kérdést, kutatási lehetőséget is felvet. A vizsgálat során összegyűjtött adatmennyiség még számos olyan információt tartalmaz, amelyek a kémiaoktatás szakmódszertanával, illetve a diákok kémiai ismereteivel kapcsolatosak. További kutatási lehetőségek: A térlátásra és annak fejlesztésére építő, kémiai szerkezeteket vizualizáló technikák összehasonlítása A kémiaoktatásban használt molekulamodell típusok hatékonyságának összehasonlítása a kémiai fogalmak megértése szempontjából Jellegzetes kémiai hibák felkutatása a hagyományos- és az IKT alapú módszerek használata tekintetében Miként fejleszthető a tanulók, a kémiai számításokban tetten érhető gyenge teljesítménye informatikai eszközökkel.
További célom volt felmérni a kémiatanárok IKT eszközökkel kapcsolatos használati szokásait, a használt technológiákat. Az IKT használatára vonatkozó felmérés eredménye azt mutatja, hogy a dolgozatok összeállítása a legrendszeresebben végzett, IKT-val segített tevékenység. Elgondolkodtató, hogy a felmérésben részt vevő kémiatanárok alig több mint fele használja rendszeresen az informatika eszközeit az önképzésben, az aktuális szakmai és tudományos információk megismerésében. A megkérdezett kémiatanárok nem ismeri még a webalapú kollaboratív platformokat közelebbről, valószínűsítik hasznosságukat, nem rendelkeznek sok saját tapasztalattal. Az akadályozó tényezők között a kémiatanárok kiemelték a hiányos eszközpark kérdését is, de rendkívül hangsúlyosan jelent meg a kellő képzettség hiánya és a meglevő hardvereszközökhöz való nehéz hozzáférés. A DTMB minősítési rendszere tekintetében kiemelendő, hogy a megkérdezett kémiatanárok 14%-a szerint a digitális taneszközök nyelvhelyessége, a szakmai hitelesség és a strukturáltság olyan szempontok, melyek nélkül lehet is lehet jó egy digitális tartalom/taneszköz. A szakmai hitelességnél a naprakészséget fontosabbnak ítélték a válaszadók. A tanárok 15,7%-a szerint a nyelvhelyesség és a helyesírás a „nem releváns” kategóriába esik. A digitális taneszközökkel kapcsolatos elvárások között a
107
legfontosabbak a tananyag pedagógiai rendszerbe ágyazódása (70,1%), a problémák, problémahelyzetek tanulása (64,9%), valamint a tanulás módszereinek tanulása (64,9%). A II. hipotézist igazolja az, hogy a tanárok a vizsgált 13 szempont alapján, különböző mértékben tartják fontosnak a minősítő rendszer pedagógiai kritériumait. A kutatás része volt annak összehasonlítása is, hogy adott digitális tartalmakat különbözőképpen minősítik-e a kémiatanárok és a diákok. Ennek a vizsgálatnak az eredménye azt mutatta, hogy a diákok a látványra épülő tartalmakat (animáció, szimuláció) jobban kedvelik függetlenül attól, hogy mennyire interaktívak, milyen tartalom áll mögöttük, a szövegelemeket tartalmazó taneszközök alacsonyabb pontszámokat kaptak a tanulóknál, mint a tanároknál függetlenül a szöveg szerkezetére, hosszára, stílusára, illetve az SDT tartalmait a tanárok kritikusabban szemlélik, mint a diákok. A kutatás ezen része további, érdekes kutatási témákat, kérdéseket is felvetett: Szükséges-e speciális, kémia szakmódszertani kritériumok beépítése a digitális tartalmak pedagógiai minősítési rendszerébe? Mennyiben hasonlítható össze két, kémiai tananyag egymással? Milyen tényezőktől függ a tanárok, illetve a diákok által adott minősítés a kémiai tartalmak esetében? A Web 2.0 típusú tartalmak és szoftverek kémiaoktatási alkalmazásainak vizsgálata Kémiai folkszonómiák vizsgálata a kémiát tanuló hallgatók körében a felsőoktatásban
A kutatásom III. hipotézisének ellenőrzése egy pilot vizsgálat keretében történt. A kémiai kísérletezés hatékonysága tekintetében az IKT eszközei hasznosnak bizonyultak, mivel azok a tanulók, akik digitális tananyag segítségével készültek fel a munkára, jobban teljesítettek. Az értékelés egy speciális, a kémiai versenyek laboratóriumi szakaszán is alkalmazott pontozás alapján, videók elemzésével történt. Ennek a pilot vizsgálatnak a következtetései: a laboratóriumi műveletek sorrendje, végrehajtási módja a digitális tartalom segítségével jobban elsajátítható, a manualitás gyakorlásához szemléletesebb és részletgazdagabb a digitális tartalom, a lehetséges hibák hatása, következményei a vizualitás eszközeivel jobban látható, láttatható.
108
Mivel ez a vizsgálat egyben egy módszer kifejlesztését is célul tűzte ki, természetesen adónak a továbbfejlesztés lehetőségei és további kutatási lehetőségek: Milyen típusú, szerkezetű, összetételű digitális tartalmak a leghatékonyabbak kémiai kísérletezés tanításában? Milyen
laboratóriumi
technikáknál
van
értelme
feltétlenül
digitális
tartalmakkal segíteni a tanítást/tanulást a közoktatásban? A kísérlet során kialakított és alkalmazott vizsgálati eljárás alapján további vizsgálatok elvégzése nagyméretű mintán.
A kutatásaim nyomán, a fentiekkel összhangban a következő téziseket fogalmaztam a számítógéppel segített a kémiaoktatásban alkalmazható módszerekkel és eszközökkel kapcsolatban:
I. TÉZIS: A mikrovilág modellezésével, ezen belül a molekulák térbeli szerkezetével kapcsolatos ismeretek, valamint a tudomány legújabb, a tankönyvekben még nem szereplő eredményeire vonatkozó információk tekintetében azok a tanulók teljesítenek eredményesebben, akik a kémia tanulása során számítógéppel segített módszerekkel is találkoznak.
II. TÉZIS: A kémiatanárok digitális tananyag használatának egyik fontos akadálya a rendelkezésre álló tananyagok ismertsége és elismertsége. A jelenlegi, hivatalos szakértői minősítés egyes elemei a gyakorló pedagógusok számára nem érthetők, illetve a digitális tananyagok értékelésekor a szakértők (Digitális Tananyag Minősítő Bizottság) a tananyag minősítési szempontrendszerében alkalmazott kritériumait a különbözőképpen tartják fontosnak vagy kevéssé fontosnak, azonban ez utóbbi egyértelműen nem a kritériumrendszer hibája.
III. TÉZIS: A digitális tananyagok/taneszközök javítják a kémia kísérleti munka szakszerűségét és időbeosztását. E módszerek alkalmazásának hatása a kémiai kísérleti munkára, a laboratóriumi műveletek pontos végrehajtására, a vegyésztechnikusi versenyeken használt értékelési rendszer és videofelvételek elemzése segítségével vizsgálható.
109
10. IRODALOMJEGYZÉK ÁDÁM Péter, BARANYAI József, KERTÉSZ János, SZALAY Luca (2009): OKNT jelentés: Javaslatok a természettudományos közoktatás magyarországi helyzetének javítására - az OKNT-bizottság jelentése
II.
-
http://www.phy.bme.hu/~termtud/OKNT_javaslatok_egyseges_szoveg.pdf
és
http://www.phy.bme.hu/~termtud/mellekletek_szept_26.pdf (letöltve: 2010.04.01.) ADLER, Bernard; SORKAU, Eduard (1990): Computersimulationen in der Chemie, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig BALÁZSI Ildikó, OSTORICS László, SZALAY Balázs (2007): PISA 2006 összefoglaló jelentés – A ma oktatása és a jövő társadalma. Oktatási Hivatal, http://oecd-pisa.hu/PISA2006Jelentes.pdf (letöltve: 2010.04.01.) B ODNÁR Gabriella, FŐZŐ Attila László (2009): eTwinning – európai projektmódszertan. OktatásInformatika, 2009. 2. szám CALVANI, Antonio; CARTELLI, Antonio; FINI, Antonio; RANIERI, Maria (2008): Models and Instruments for Assessing Digital Competence at School, Journal of e-Learning and Knowledge Society - Vol. 4, n. 3, September 2008 (pp. 183 - 193) CLUGSTON, Michael and Tonbridge School Computer Group (1983): Chemistry Software – disc 1-2, Pitman Publishing Ltd, London CORNELISSE, Maria; FŐZŐ, Attila; RIEDEL, Miklós, PLOMP, Tjeerd (2001): Dutch-Hungarian e-mail project in chemistry education, in Innovative didactics with information and communication technology Ed. by J. Vogt and T. Plomp, Enschede, Universiteit Twente, 2001, p.100-115 CZIRÓK Ede (2007): Saját kémialaborom a sikeres érettségihez + DVD, DFT-Hungária Könyv- és Társasjáték Kiadó CSAPÓ Benő (2002, szerk.): Az iskolai tudás. (Második, javított kiadás.). Osiris Kiadó, Budapest CSAPÓ Benő (2008): A közoktatás második szakasza és az érettségi vizsga. In „Zöld könyv a magyar közoktatás megújításáért” szerk.: Fazekas Károly, Köllő János, Varga Júlia ECOSTAT Budapest DALGARNO Barney; BISHOP, Andrea G.; ADLONG, William, BEDGOOD JR., Danny R.: Effectiveness of a Virtual Laboratory as a preparatory resource for Distance Education chemistry students, Computers & Education 53 (2009) 853–865
110
DANCSÓ Tünde (2009): A tanulók informatikai készségeinek fejlettsége az általános és a középiskola végén. PhD értekezés. Szegedi Tudományegyetem BTK Neveléstudományi Doktori Iskola FAZEKAS Károly, KÖLLŐ János, VARGA Júlia (2008, szerk.): Zöld könyv a magyar közoktatás megújításáért, 2008 - http://oktatas.magyarorszagholnap.hu/images/ZKTartalom.pdf (letöltve: 2010.04.01.) FEHÉR Péter (1999): Számítógép az oktatásban a harmadik évezred küszöbén, Új Pedagógiai Szemle, 1999. július-augusztus FERNENGEL András (2009): A kémia tantárgy helyzete és fejlesztési feladatai. OFI Tudástár, 2009. június
17.,
http://ofi.hu/tudastar/tantargyak-helyzete/kemia-tantargy-helyzete
(letöltve:
2010.04.01.) FŐZŐ Attila László (2006): Szinkrón és aszinkrón kommunikáció IKT alapú oktatási projektekben, Új Pedagógiai Szemle, 2006. január FŐZŐ Attila László (2010): Térképen a kémiaoktatás, A kémia tanítása, 2010 2. szám 11-14. old. F ŐZŐ Attila László, RIEDEL Miklós (2003, szerk.): Informatikai eszközök a kémia oktatásában. sorozatszerkesztő: Kárpáti Andrea. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest F ŐZŐ Attila László, TASNÁDI Péter (2003, szerk.): Informatikai eszközök a fizika oktatásában. sorozatszerkesztő: Kárpáti Andrea. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest FŐZŐ, Attila; RIEDEL, Miklós (2000): ICT (Information and Communication Technology) in chemistry education on the Hungarian schoolnet, 16th International Conference on Chemical Education, Budapest, Hungary, 2000, Book of Abstracts, p. 93 HAVAS
Péter
(2009):
A
természetismeret
tantárgy
helyzetéről,
OFI
Tudástár,
http://ofi.hu/tudastar/tanitas-tanulas/termeszetismeret (letöltve: 2010.04.01.) HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós (1983): Kémiatanítás a számológép évében, A kémia tanítása XXII (1983) 112-116. HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós (1990): "Számítógépes kémiai kísérletek", FPI és MKE, Budapest, 1990.
111
HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós (1990): Savas eső mérése iskolai mérőhálózattal, Fizika Szemle 1990/4. 123. o. - http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz9004/hobi9004.html (letöltve: 2010.04.01.) HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós (1990): Számítógépes kémiai kísérletek, FPI, MKE HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós (1992): Az Avogadro-állandó meghatározása számítógéphez csatolt videókamera segítségével, in “Módszerek és eljárások 7.”, KLTE Kémiai Szakmódszertan, Debrecen, 1992. 35-41 HOBINKA Ildikó, RIEDEL Miklós, VALKÓ Péter (1984): "NEW LINE (Számítástechnika a kémiaoktatásban)", OPI, Budapest HOBINKA, Ildikó, RIEDEL, Miklós, FŐZŐ, Attila (1998): VRML in molecular geometry, 1st European Conference in Chemical Education HOBINKA, Ildikó; RIEDEL, Miklós (1990): Computer assisted chemistry teaching: simulated and live experiments, 11th Int. Conf. on Chemical Education, York, 1991. HUNYA Márta (2007): A számítógéppel segített tanulás. PhD értekezés, ELTE Neveléstudományi Doktori Iskola ifj. MOLNÁR József, MOLNÁR József, MOLNÁRNÉ Hamvas Lívia (1997): Kémia Kalauz-1. „Utazás az elemek birodalmában”, CD-ROM, Cyberstone, Budapest ifj. MOLNÁR József, MOLNÁR József, MOLNÁRNÉ Hamvas Lívia (1999): Kémia Kalauz-2. „Általános kémia – multimédia tananyag”, CD-ROM, Cyberstone, Budapest KAPPENBERG, Franz (1988): Computer im Chemieunterricht, Verlag Dr. Flad, Stuttgart KÁRPÁTI Andrea (1995): Projekt rendszerű vizsga a vizuális nevelésben. Új Pedagógiai Szemle, 11. sz. 18–28. KÁRPÁTI Andrea (2000): Oktatási szoftverek minőségének vizsgálata, Új Pedagógiai Szemle, 2000. 3. sz. KÁRPÁTI Andrea (2004): Zelig a katedrán - Az e-learning szerepe a pedagógus-képzésben. Educatio, 2004/4
112
KÁRPÁTI Andrea (2008): Informatikai módszerek az oktatásban. In: Réthy Endréné (szerk.): A tanítás-tanulás hatékony szervezése. Adalékok a jó gyakorlat pedagógiai alapjaihoz. EDUCATIO, Budapest. 113–123. KÁRPÁTI Andrea, DORNER Helga (2008): Mentorált innováció virtuális tanulási környezetben. Magyar Pedagógia. 108. évf. 3. szám 225–246. KÁRPÁTI Andrea, HUNYA Márta, LAKATOSNÉ Török Erika, TÍMÁR Sára, 2008: A CALIBRATE Európai Digitális Tananyagportál kipróbálásának tapasztalatai, eLearning Fórum, Budapest KIMMEL Magdolna (2007): Az e-portfólió: science-fiction vagy realitás?. Pedagógusképzés, 5(34), 2007/4. KLIGYTE, Giedre: I think I know what is good for you: User Interface design for a CSCL system, http://www2.uiah.fi/~gkligyte/Fle3/final.pdf (letöltve: 2010.04.01.) KOCSIS Mihály: Egy Baranya megyei iskolai tudásmérés néhány vizsgálati területéről. Iskolakultúra, 2000/8. LAKATOSNÉ TÖRÖK Erika, KÁRPÁTI Andrea (2009): Az informatikai kompetencia, a pedagógiai gyakorlat és az innovációs sikeresség összefüggései az Európai Digitális Tananyagportál magyar kipróbálói csoportjában. Magyar Pedagógia, 3, 227-259. LIMNIOU Maria; ROBERTS David; PAPADOPOULOS, Nikos: Full immersive virtual environment CAVETM in chemistry education, Computers & Education 51 (2008) 584–593 MARX György, SZŰCS Pál (1985): Microcomputers in Science Education, Proc. of the International Workshop on the Use of Microcomputers in Science Education, Internat. ICET, Veszprém NAT (2007): A 202/2007. (VII. 31.) kormányrendelet a Nemzeti Alaptanterv kiadásáról, bevezetéséről és alkalmazásáról (a 243/2003. (XII. 17.) kormányrendelet módosítása) OKM érettségi dokumentumok - http://www.oh.gov.hu/main.php?folderID=1119 (letöltve: 2010.04.01.) PÁLA Károly (2006): Kompetencia alapú oktatási programcsomagok fejlesztése Magyarországon. OFI
Tudástár,
http://www.oki.hu/oldal.php?tipus=cikk&kod=kompetencia-
08_programcsomagok (letöltve: 2010.04.01.)
113
RIEDEL Miklós, FŐZŐ Attila László (1996): Kémiaoktatás az interneten, A kémia tanítása IV (1996) 5. sz. 12-19 RIEDEL, Miklós, RIEDEL, René (1987): Oscillating reaction (computer assisted classroom demonstration), in "Teaching Non-Linear Phenomena", Vol. I., ed by G. Marx, National Center for Educational Technology, Veszprém, 1987. p. 90-93 RIEDEL, Miklós, VÁMOS, István; HOBINKA, Ildikó (1985): "Live" chemical experiments with computer, in Microscience ‘85, ed. by G. Marx and P. Szűcs, OOK, 1985, Veszprém, Vol. II. p. 39-40 RIEDEL, Miklós; FŐZŐ, Attila László (1998): Virtual chemistry on World Wide Web, 1st European Conf. in Chemical Education (ECCE), Budapest, Hungary RIEDEL, Miklós; STINGLI, József; FŐZŐ, Attila László (1998): Teleoperation in laboratory praxis: Diffusion measurement based on Fick II equation, 1st European Conf. in Chemical Education (ECCE), Budapest, Hungary RIVA, Giuseppe; GALIMBERTI, Carlo (1998): Computer-mediated communication: identity and social interaction in an electronic environment, Genetic, Social and General Psychology Monographs 124 (1998) 434-464. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.33.5163&rep=rep1&type=pdf (letöltve: 2010.04.01.) RÓZSAHEGYI Márta, WAJAND Judit (1998): Amit a kémiai kísérletezésről tudni kell, CD-ROM, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest SuliNova
Kht.
(2006):
Otthon
vagyunk
a
tanteremben.
http://www.sulinovaadatbank.hu/index.php?akt_menu=1000 (letöltve: 2010.04.01.) SZAKÁLY Zsolt (1986): Molekulageometria. Pascal nyelvű program, ELTE TTK URBÁNNÉ Hegyes Éva (1998): Internetes adatgyűjtés a pi-vízről. ELTE TTK szakdolgozat VALKÓ Péter, RIEDEL Miklós (1987): "Számítógéppel segített fizikai kémiai számítások I.", ELTE, Budapest, 1987. VERES Gábor (2009, szerk.): Az integrált természetismeret hatékony tanulási környezete, OFI Tudástár (http://ofi.hu/tudastar/integralt/integralt-090617) (letöltve: 2010.04.01.)
114
11. FÜGGELÉK 11 . 1. Kémia f el adatso r Ez a teszt Főző Attila László doktori iskolai kutatásának része. A válaszok rögzítésre kerülnek, de a feladatlap kitöltése névtelenül történik. Mielőtt a feladatmegoldáshoz hozzálátunk, szükség van néhány adatra a kiértékeléshez. Mindenkinek köszönöm az együttműködést!
Melyik évfolyamra jársz? Milyen típusú iskolába jársz?
Milyen tanuló vagy kémiából? (1-től 5-ig) Kémiatanárod neve Van otthon számítógép, amit Te is használhatsz? Milyen gyakran használod a számítógépet otthon internetezésre?
8. évf. 9. évf. 0. évf. (nyelvi előkészítő) más, írd be …… általános iskola 4 oszt. gimnázium 6. oszt. gimnázium szakközépiskola szakiskola
igen
nem
soha heti egyszer heti többször naponta egyszer naponta többször nincs internet otthon
A kérdéseket célszerű többször elolvasni és a megoldásokat a végén még egyszer átnézni! 1. Mely állí tások hami sak az aláb biak k özül? A. Ha egy atomban 6 proton és 6 neutron van, akkor lennie kell 12 elektronnak is. B. Az atom tömegét az elektronok össztömege adja. C. Az elektronok olyan gyorsan mozognak az atom belsejében, hogy gyakorlatilag felhőként képzelhetjük el őket. D. Ha egy atommag 1 m átmérőjű lenne, akkor az atom átmérője 1 km lenne. E. A protonok és a neutronok közel egyenlő tömegűek. 2. Melyi k az a k émiai elem, m elynek 3 elek tronhéja va n és 2 veg yérték elektronja? Has zná lhatod a peri ódusos rendsz ert. A. lítium (Li) B. magnézium (Mg) C. alumínium (Al) D. nátrium (Na) 3. Melyi k veg yület molekulája lá tható az a lább i k épen? A. nátrium-oxid B. szén-dioxid C. hidrogén-peroxid D. víz E. nitrogén-dioxid 4. Egy párolog tatóban 620 g 20 töm egszá zalék os sóoldat va n. Az oldatb ól mi nden nap elpárolog 30 g ví z. Mek kora lesz az oldat töm egs zázalék os ös sz etétele 4 nap m úlva? A. 22% B. 24,8% C. 26,2% D. 28%
115
A m ellék elt ábrá n a gyémánt rácsának egy rész lete látha tó. 5. A papí rla p síkjához k épest merrefelé helyez kedik el a D jelű atom? A. k ifelé B. b efelé 6. A papí rla p síkjához k épest merrefelé helyez kedik el az E jelű atom? A. k ifelé B. befelé 7. Mek kora k örülb elül az ABC sz ög nagysága? A. 101,5° B. 105° C. 109,5° D. 120° 8. Melyi k rész lettel eg és zítenéd ki a ra jz ot a C atom nál? A B C D
9. Hány g ramm NaCl keletkezik 0,06 kg nátrium és klór reakci ója sorá n? A. 58,5 g NaCl B. 112,4 g NaCl C. 140,5 g NaCl D. 152,6 g NaCl 10. Melyik reakcióeg yenlet van helyes en rendezve? a. N + H = NH b. 2 N2 + 2 H3 = 2 NH3 c. N + H2 = NH2 d. N2 + 3 H2 = 2 NH3 e. 2 N + 6 H = 2 N H3
A
11. Az a lábbiak közül melyi k a nnak a veg yületnek a m olek ulam odellje, amely a ni trog én és a hi drog én reakci ójáva l jön létre? B C D
A
12. Melyi k a pi petta a k övetk ező laboratóri um eszközök k öz ü l? B C D E
13. Az a lábbi molekulamodellek k özül melyik kettő áb rázolja a kénsav (H2SO4) molek ulá ját?
116
A
B
C
D
E
F
G
H
14. Mit gondolsz, mit jelent a szén-dioxid kvóta, amellyel az utóbbi időben kereskednek is? A. A nagytisztaságú szén-dioxid rendkívül értékes, egy kvóta egy tonna, melynek ára megközelíti a nemesfémekét. B. A szén-dioxid kvóta a szárazjég, melyre egyre több vegyipari folyamatban van szükség. C. A gyárak által termelt szén-dioxidot környezetvédelmi okokból nagy tartályokban gyűjtik össze, melyeket aztán értékesítenek. D. Az országok meghatározott mennyiségű CO2-t bocsáthatnak ki, de ezt nem minden ország éri el, így a nagy kibocsátók megvásárolhatják más országok kvótáját.
117
11 . 2. IKT a kémi ao kt at ásb an – tanári kér dőí v Milyen szakos? Milyen típusú iskolában dolgozik?
Melyik évben szerezte a diplomáját? Neme Hol szerezte a kémia tanításában is alkalmazható informatikai ismereteit?
Milyen gyakran használ informatikai eszközöket a kémiatanításhoz? (a tanórák százalékában) Milyen célra használja az informatikai eszközöket a kémiatanárként? dolgozatok, tesztek felkészülés, önképzés frontális órai bemutató órai tanulói feladatok projektek szakkör Mennyire tartja hasznosnak a kémiaoktatásban az alábbi tartalmakat? (1 – egyáltalán nem hasznos, 5 – nagyon hasznos) videós kémiai kísérletek jelenségek, folyamatok animációi interaktív szimulációk és modellek aktuális tudományos információk elektronikus tankönyv számítógépes tesztek, számonkérés kollaboratív munkát támogató környezetek Mely tényezők mennyire akadályozzák az Ön munkájában az informatikai eszközök alkalmazását? (1 – nem akadályozzák, 5 – nagyon akadályozzák) hiányos eszközpark alacsony óraszám tanári időhiány nem kellő képzettség a diákok tudásszintje az eszközparkhoz való hozzáférhetetlenség egyéb tényezők (kérem, írja be):
kémia-biológia kémia-fizika kémia-matematika egyéb, kérem írja be: általános iskola 4 oszt. gimnázium 6. oszt. gimnázium szakközépiskola szakiskola egyéb, kérem írja be: nő férfi kémia felsőoktatási tanulmányok tanártovábbképzés autodidakta módon egyéb felsőoktatási tanulmányok tanfolyam (pl. ECDL)
soha soha soha soha soha soha
ritkán gyakran rendszeresen ritkán gyakran rendszeresen ritkán gyakran rendszeresen ritkán gyakran rendszeresen ritkán gyakran rendszeresen ritkán gyakran rendszeresen
12345 12345 12345 12345 12345 12345 12345
12345 12345 12345 12345 12345 12345
118
Ön szerint az alábbi szempontok mennyire fontosak a kémiai digitális tananyagok esetében?* e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag Az ismeretek alkalmazását biztosító nagyon fontos műveletek tanulása elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag Problémák, problémahelyzetek elemzése nagyon fontos és megoldásuk alkalmazása elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A tanulás módszereinek tanulása nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A gondolkodási eljárások tanulása nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag Szociális viszonyulások, magatartásformák nagyon fontos tanulása elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A megjelenés (digitális tipográfia) nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag Nyelvhelyesség, helyesírás nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A tananyag pedagógiai rendszerbe nagyon fontos ágyazódása elengedhetetlen A technológiai kidolgozottság e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A tartalom szakmai hitelessége, nagyon fontos pontossága, szemlélete elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A tartalom strukturáltsága nagyon fontos elengedhetetlen e nélkül is lehet jó minőségű a tananyag A szakmai tartalom naprakészsége nagyon fontos elengedhetetlen *Ezek a szempontok szó szerint így szerepelnek a Digitális Tananyag Minősítő Bizottság értékelőlapjain. Az ismeretek megértése, tanulása
119
11 . 3. Seg édanyag a labo r ató ri u mi kí s ér let ezés h ez KEVERÉK SZÉTVÁLASZTÁSA OLDÁSSAL ÉS SZŰRÉSSEL A kémiai laboratóriumi gyakorlatban sokszor van szükség valamilyen keverék összetételének meghatározására. Az ilyen feladatoknál több műveletet kell alkalmazni, hogy jó eredményhez jussunk. Szilárd keverékek esetén a komponensek különböző oldhatósága lehet az elválasztás alapja. A vízben nem oldható homok és valamely vízben oldódó anyag keverékének alkotói oldással szétválaszthatók. A keverék összetételének meghatározásához első lépésként fontos a keverék tömegének meghatározása. Attól függően, hogy milyen pontosságot szeretnénk elérni, különböző laboratóriumi mérlegek használhatók. Ha nem cél a nagy pontosság, akkor egy digitális kijelzőjű táramérleget használhatunk. A mérésnél ne feledkezzünk meg a tára funkcióról, mert így csak a keverék tömegét mérjük meg, a tárolóedény tömegét automatikusan kiküszöböljük. Ha oldásra és szűrésre kerül sor, akkor a homok nagy része abban az edényben marad, amelyben az oldás történt, ezért célszerű abban végezni a tömegmérést. Az oldás során figyelni kell arra, hogy a vízben oldódó anyag teljes mennyisége feloldódjon. Ezt megfelelő mennyiségű vízzel és keveréssel biztosíthatjuk. A homok vízben nem oldódik, ráadásul nagyobb szemcséi az oldat alján maradnak a sűrűségkülönbség miatt. A szűrést elő kell készíteni egy egyszerű laboratóriumi összeállítással (lásd a mellékelt fotót), melyben egy szűrőkarikába helyezett üvegtölcsért használunk. Az üvegtölcsérbe szűrőt teszünk, melyet előzőleg készítünk el szűrőpapírból. Szűréskor, amennyiben a szilárd anyagra van szükség, akkor sima szűrőt készítünk. Így, az elválasztás befejezése után, kisebb felületről könnyebb összeszedni a terméket.
Négyzet alakúra vágott szűrőpapírt négyrét hajtjuk és a nyitott oldalát negyed körcikkre vágjuk. A vágás nagysága attól függ, hogy mekkora tölcsért fogunk használni a szűréshez. Érdemes úgy választani a méretet, hogy a papír a tölcsér szélénél 5-6 mm-rel lejjebb legyen.
A négyrét hajtott papír egyik lapját különvesszük, és úgy helyezzük a tölcsérbe, vízzel megnedvesítjük és az üvegfalhoz „ragasztjuk”.
120
Redős szűrő készítésekor a négyrét hajtott szűrőpapírt félig kinyitjuk és 1 nyolcadot, hajtással bejelöljük, majd újra kinyitjuk.
Legyezőszerűen tizenhatodokat hajtunk egymásra, hol az egyik, hol a másik oldalra.
A teljesen összehajtott szűrőpapír nyitott oldalát ívesen méretre vágjuk, majd szétnyitva tesszük a tölcsérbe.
Redős szűrőt akkor alkalmazunk, ha a szűrletre (az átmenő folyadékra) van szükség, mert a folyadék a nagyobb felületen át gyorsabban szűrődik. Szűréskor a tölcsér alá főzőpoharat állítunk a folyadék felfogására. Célszerű az oldatot egy üvegbot segítségével folyatni a szűrőpapírra. Meggyorsítjuk a szűrést, ha az üvegtölcsér szárának ferdén levágott végét csúcsával a főzőpohár falához illesztjük. A folyadék egyenletesen folyik le és mintegy szívóhatást fejt ki a tölcsér belsejére. Hiba a tölcsér szárát szabadon hagyva csepegtetni a szűrletet. Arra is figyeljünk, hogy ne töltsünk túl sok folyadékot egyszerre a szűrőbe. A szűrés után megmérjük a visszamaradt homok tömegét. Ehhez először el kell távolítani a homokszemcsék között maradt vizet. Ezt úgy célszerű elvégezni, hogy a napon elpárologtatjuk a vizet a kiterített, nedves homokos szűrőpapírról. (A szárításhoz hajszárító is használható, de vigyázni kell arra,
121
hogy ne fújja el a homokszemcséket.) A kezdeti tömeghez képest mért különbség az oldható komponens (pl. konyhasó) tömege, melyből könnyen meghatározható a tömegszázalékos összetétel:
mkeverék mhom ok 100 . mkeverék
Felhasznált irodalom: Keverék szétválasztása oldással és szűréssel - http://www.sci.uszeged.hu/physchem/altkem/k002/gyak/keverek.htm Szűrőpapír origami - http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kida/0/29309/index.htm
122
11 . 4. A l ab or at ór i u mi fel adat po nto zás a Kritérium A tömegmérésnél csak a keverék tömegét méri meg, a tárolóedény tömegét kiküszöbölve. Mérleg használata (óvatosság stb)
pontszám 2
A keverékben levő konyhasó oldódását üvegbottal való keveréssel segíti elő. A megfelelő (sima) szűrő választása
1
A szűrő megfelelő hajtogatása
2
A szűrő mérete megfelelő, 4-6 mm-rel rövidebb, mint a tölcsér.
1
A szűrőkarika és az állvány megfelelő összeszerelése.
2
A szűrőpapír tapadásának elősegítése a tölcsérhez.
1
A tölcsér szára hozzáér a főzőpohár belső falához.
2
Üvegbot használata a szűréskor.
1
Nincs túltöltés.
1
A szárításnál nincs anyagveszteség.
2
A százalékszámítás helyes. Eredmény pontossága
2 2
Általános manuális ügyesség
1
123
1
1
11 . 5. A t u dás mér ésb en rés zt vevő is kol ák és t anár o k iskola Alternatív Közgazdasági Gimnázium Berzsenyi Dániel Gimnázium Ceglédi Közgazdasági és Informatikai Szakközépiskola Csány László Közgazdasági Szakközépiskola ELTE Trefort Ágoston Gyakorlóiskola Erzsébet Királyné Szolgáltató és Kereskedelmi Szakközépiskola és Szakiskola Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium Katona József Gimnázium Kodály Zoltán Gimnázium Kós Károly Általános és Alapfokú Művészetoktatási Intézmény Közgazdasági Politechnikum Gimnázium és Szakközépiskola Leövey Klára Gimnázium Makói Általános Iskola
helység Budapest Budapest Cegléd
tanár Marsi Zoltán, Nádori Gergely Siegler Gábor Kotlárné Bíró Ágnes
Zalaegerszeg
Zajáczné Kovács Margit
Budapest Budapest
Kutrovácz László Láng Attila
Budapest
Albert Attila, Hobinka Ildikó, Keglevich Kristóf, Rakota Edina Fári János Nagy Mária Nemes-Nagy Katalin Erika
Pápay József Általános Iskola Szentendrei Református Gimnázium SZTE Ságvári Endre Gyakorlógimnázium
Nagyigmánd Szentendre Szeged
TMÖ Szent László Szakképző Iskola Weöres Sándor Általános Iskola és Művészeti Iskola
Szekszárd Gyömrő
Kecskemét Pécs Zsombó Budapest Budapest Makó
124
Oláhné Nádasdi Zsuzsanna, Somogyi Ágota, Barta Géza Závodszky Judit Fazekas Jánosné, Magony Istvánné dr. Szentgyörgyiné Czink Angéla Szakács Erzsébet Blázsekné Karácsonyi Lenke, dr. Kiss Lajosné, Farkas Judit Bacsóné Tajti Margit Kapitányné Tamás Mária
11 . 6. Áb r ák és tábl ázato k jegyzéke 1. ábra A digitális kompetencia dimenziói (Calvani és tsai, 2008) ................................................... 6 1. táblázat Értékelés, számonkérés az IKT eszközeivel..................................................................... 9 2. ábra Google eszközök - forrás: http://electronicportfolios.org/google/index.html (Helen C. Barrett, 2007)...................................................................................................................................... 11 3. ábra Az érettségizők száma (2007) ............................................................................................... 13 2. táblázat A természettudományos tantárgyakból és informatikából érettségizők száma 20062008 között (forrás: OKNT felmérés, 2008)...................................................................................... 13 4. ábra A természettudományos tanárok által alkalmazott munkaformák (OKNT, 2008)........... 14 5. ábra Az iskolák felszereltsége kémiából (OKNT, 2008) .............................................................. 18 6. ábra Képernyőkép: KOALA, Internet kémiatanároknak (1996)................................................. 24 7. ábra Képernyőkép: KATION, az ELTE kémiaoktatási folyóirata .............................................. 25 8. ábra Vizualizáció az 1980-as évekből: atompálya megjelenítése karakterekkel (forrás: Kappenberg, 1988, 195. oldal)........................................................................................................... 26 9. ábra Molekulamodell a Molekulageometria 2.0 tananyagból .................................................... 27 10. ábra Vezetőképesség mérése kézi műszerrel............................................................................. 31 11. ábra Interaktív animáció a (ma már ritkán használt) táramérleg használatáról ..................... 32 13. ábra A radioaktív bomlás szimulációja (SDT) - szimuláció ...................................................... 35 14. ábra A jónak látszó szoftver is lehet hibás ................................................................................. 36 15. ábra Molekulamodell Chime lejátszóval.................................................................................... 37 16. ábra Kötésszög mérése egy Jmol modellen................................................................................ 38 17. ábra VRML formátumú molekulamodell .................................................................................. 39 18. ábra A vegyipari szakmacsoport tananyag nyitólapja az SDT-ben ......................................... 41 19. ábra A tananyagvázlatban található fogalomgráf (Oldódás és kristályosítás) ........................ 42 20. ábra A FLE3 felülete .................................................................................................................... 48 21. ábra Folkszonómia címkefelhő formájában az LRE portálon ................................................... 51 22. ábra Blogbejegyzés a nanotechnológiáról .................................................................................. 52 23. ábra Az egykori Csernobili Atomerőmű 4-es reaktorának szarkofágja ................................... 55 24. ábra Mérési adatgyűjtő szenzorral ............................................................................................. 57 25. ábra 3D grafikon a mérési adatokból Google Földben.............................................................. 58 26. ábra A tudásmérő tesztben résztvevő iskolák területi eloszlása .............................................. 60 3. táblázat A kémia tudástesztben résztvevő iskolák típusai és a résztvevők létszáma ............... 60 4. táblázat A kémia tudástesztben érintett települések típusai és a csoportok száma .................. 61 5. táblázat Online tesztet kitöltők száma és kémia osztályzata ...................................................... 69 6. táblázat Papír alapú tesztet kitöltők létszáma és osztályzata ..................................................... 69 7. táblázat Online tesztet kitöltők eredményei ................................................................................ 69 8. táblázat Papír alapú tesztet kitöltők eredményei ........................................................................ 69 9. táblázat A kémia tudásteszt összesített eredménye .................................................................... 70 28. ábra A 13. feladat eredménye az internethasználat szerint bontva.......................................... 71 32. ábra A válaszadó tanárok iskolatípus szerinti eloszlása........................................................... 76 10. táblázat A válaszadó tanárok IKT-használati szokásai ............................................................. 79 11. táblázat Digitális tartalmak fontossága és hasznossága 5-fokozatú skálán (1 - nem fontos, 5 nagyon fontos)................................................................................................................................... 81 12. táblázat Az IKT használatát akadályozó tényezők ................................................................... 82 13. táblázat A DTMB értékelési szempontjainak fontossága a válaszadók szerint ....................... 85 14. táblázat A kémiaórákon jelenlevő IKT a diákok szerint ........................................................... 86 38. ábra IKT eszközökkel segített tanulói munka a kémiaórákon ................................................. 87 49. ábra Képernyőkép: A keverékek szétválasztása - segédanyag............................................... 101 50. ábra A kísérlethez szükséges laboratóriumi eszközök ........................................................... 102 15. táblázat A laboratóriumi munka értékelése............................................................................. 104
125
126
