PERSPEKTIVY A KONCEPCE PŘÍRODOVĚDNĚHO VZDĚLÁVÁNÍ PERSPECTIVE AND THE CONCEPT OF SCIENCE EDUCATION
RNDr. Jindřiška Svobodová PhD. Abstrakt Příspěvek se zabývá přírodovědnou gramotností v běžné výuce. Na základě výsledků referovaných šetření upozorňuje na některé možnosti, které se potenciálně nabízejí pro rozvíjení dovedností v oblasti základů vědeckého myšlení. Klíčová slova: přírodovědná gramotnost, kultura a přírodní vědy, rozvoj učitelů Abstract This paper deals with teaching ideas improving scientific literacy. It presents the findings of an expert survey, which show some of the opportunities for the development of skills in scientific thinking. Key words: science literacy, culture and science, teacher professional development
1
ÚVOD
Přírodovědné disciplíny spolu s matematikou, technikou a moderními technologiemi představují základnu pro úsilí o vědecké poznání okolního světa. Přírodovědné vzdělávání má zprostředkovat ţákům vybrané poznatky a naučit je řadě dovedností. Výběr toho základního z fyziky, chemie, biologie, geografie a ekologie respektuje určitou tradici a rovněţ názor autorit na to, jaké věci mohou být potřebné pro ţivot jedince v dané době. Pro mnohé ţáky je tato školní „přírodověda“ jediným způsobem, jak se vlastně o tom, jak pracuje věda, dovědí. Dokáţe škola připravit ţáky na to, ţe jednou budou komunikovat, jednat a spolurozhodovat také o přírodovědných problémech a návrzích na jejich řešení? Existuje v rámci výuky diskuse o přírodovědných tématech? A je tato diskuse argumentačně na výši, a jaké znalosti a dovednosti jsou nezbytné, aby byla? Často jsme svědky toho, ţe nedostatky v chápání přírodovědných pojmů, neochota naslouchat protistraně, argumentační chyby, uchylování se k zostuzení protinázoru, výrazně ztěţují, aţ zcela znemoţňují racionální rozpravu o jakémkoli lidském problému s „přírodou“. Debaty například o vztahu člověka k jeho ţivotnímu prostředí tak končívají fiaskem nebo vyzní do ztracena; nejsou to rozpravy, nýbrţ konfrontace neslučitelných stanovisek. Propojení mezi vědeckými poznatky a kaţdodenním rozhodováním člověka se dnes stává důleţité nejen pro osobní ţivot. Etika ve vztahu k přírodě je celým komplexem problémů a odpověď na otázku, proč brát morální ohledy na přírodu, má nakonec více řešení, stejně jako rovnice kořenů. Domnívám se, ţe kurikulární reformě se podařilo za poslední roky vnést do povědomí učitelů a veřejnosti nově koncipované obecnější cíle vzdělávání. Tyto explicitně zformulované cíle kladou důraz na osobnostní rozvoj ţáka prostřednictvím kultivace jeho „kompetencí“. Tato inovace rozvířila a zprůhlednila zaběhnutou rutinu edukace. V minulosti důraz na osvojování učebního obsahu přírodovědy a její vědecké struktury vedl u mnoha ţáků pouze k encyklopedismu a nechuti zajímat se o věci nad rámec bezprostřední nutnosti. Z průzkumu oblíbenosti předmětů prováděných před více neţ dvaceti lety na desítkách českých škol vyplynulo, ţe ţáci povaţovali přírodní vědy (zejména fyziku) za
nezajímavé a těţké předměty, i kdyţ měli tehdy velmi dobré výsledky v mezinárodních testech i přírodovědných a matematických soutěţích. Na druhé straně zůstává otázkou, zda alternativní přístup - osvojování látky hlavně prostřednictvím vlastní aktivní činnosti ţáka, je v rozsahu toho, co dnes ţák má znát a jaké moţnosti jej ovlivnit má běţný učitel je realistický.
2
PŘÍRODOVĚDNÁ GRAMOTNOST
Úkol zajistit gramotnost občana je tradičně svěřován škole. Přírodovědná gramotnost je pojem, s nímţ se setkáváme často v souvislosti s výsledky mezinárodního porovnávání školních výsledků ţáků ve výzkumech PISA (Program for International Student Assessment) v médiích. Výsledky mezinárodně srovnávacích výzkumů úrovně vzdělávání, jako jsou PISA, TIMSS,vzbuzují velkou pozornost veřejnosti. Přírodovědná gramotnost bývá uváděna jako více či méně úplný výčet toho, co vše člověk potřebuje, aby porozuměl přírodním vlivům na jeho ţivot, aby dokázal vysvětlit základní přírodní jevy ve svém okolí, aby znal pojmy, zákony a metody přírodních věd, aby uměl pracovat s grafy, tabulkami, schématy, mapami, a nakonec byl schopen vytvářet si vlastní úsudek o věrohodnosti poznatků. Výše zmíněné mezinárodní testy z „ přírodovědy“ hodnotí dosaţení určitých kompetencí. Ověřují, do jaké míry ţáci jsou schopni poznatky aplikovat ve známých či neznámých souvislostech. Domnívám se, ţe řadu výstupů a dovedností z „přírodověd“ nelze postihnout testováním, ţe hodnocení vyţaduje poněkud jiné formy zkoušení, ať uţ strukturované pozorování práce ţáků, praktickou zkoušku nebo hodnocení na základě ţákem systematicky vedeného portfolia. Testy, byť profesionálně připravené, představují efektivní způsob, jak v krátkém čase získat rychlý odhad o tom, jak si naše děti vedou v testovaných poloţkách ve srovnání s jinými dětmi. Je otázkou, zda mají silnou výpovědní hodnotu směrem k „přírodovědě“ jako takové. Koncem roku 2012 zveřejnila Česká školní inspekce výsledky mezinárodních šetření úrovně gramotnosti ţáků. Zpráva [5] shrnuje výsledky 25 zemí (země EU, členské země OECD a Rusko), které se zapojily jak do šetření PIRLS 2011, tak do šetření TIMSS 2011. V přírodovědě se mezi roky 1995-2007 čeští ţáci významně zhoršili. Mezi roky 2007 a 2011 pozorujeme zlepšení a to nejvyšší ze sledovaných zemí. Důleţité také je, ţe se u nás sníţil podíl ţáků, kteří dosahují v přírodovědě nejslabších výsledků.
Obr. 1 Vývoj úrovně přírodovědných výsledků českých dětí [http://www.csicr.cz]
V přírodovědě byly sledovány oblasti učiva: ţivá příroda, neţivá příroda, nauka o Zemi. Čeští ţáci byli relativně úspěšnější při řešení úloh z okruhu ţivá příroda, naopak relativně méně úspěšní v úlohách z tematického okruhu neţivá příroda. Z okruhů dovedností si vedli relativně lépe při prokazování znalostí a naopak hůře v uvaţování. Takţe se zdá, ţe toho současní ţáci umějí obecně víc neţ před třemi roky. Zda je tento lepší výsledek dosaţen kvůli kurikulární reformě (přechodu k výuce podle ŠVP), zatím nelze jednoznačně říci, snad jen to, ţe jistě ničemu neuškodila.
3
A VŠE ZAČÍNÁ U UČITELŮ SAMOTNÝCH
Vzdělávání učitelů, ať jiţ jako studentů nebo formou dalšího vzdělávání, představuje hlavní pojítko mezi teorií a praxí výuky. Vše se děje za pochodu, neboť jak teorie, tak praxe se zvolna mění. Předávání myšlenek o tom, co a jak by se mělo vyučovat, probíhá na univerzitní půdě nepřetrţitě. Univerzitní docenti a profesoři mají své odborné přírodovědné kvalifikace, v nichţ se cítí doma, jejich praktické vystupování se pedagogickými zásadami vědomě příliš neřídí. Přesto bývají velmi inspirativními lektory ve svých odborných kurzech (na rozdíl od učitele na ZŠ nebo SŠ pracují s vybranými, motivovanými a dospělými lidmi). Spojitost mezi odbornými přírodovědnými znalostmi a dovednostmi učitelů a jejich pojetím výuky a z toho plynoucími důsledky pro ţáky prokazuje řada studií [2],[3]. Odborně připravení učitelé jsou schopni přetavit učivo do podoby sdělitelné ţákům, poku jsou i pedagogicky na výši dokáţou vytvářet situace, které ţákům pomáhají k mentálnímu uchopení úkolů, které mají řešit. Ţák k poznání dochází postupně a je mírně kontraproduktivní ţádat po něm, aby vymazal zcela minulé zkušenosti, aniţ by je schopen nahradit správným konceptem, jen tím, ţe učiteli věří. Dobrý učitel analyzuje prekoncepty ţáků a tomu přizpůsobuje výklad. Při tomto běhu na dlouhé trati představují experimentální i myšlenkové aktivity úţasný dopink. Prakticky kaţdý přírodovědný předmět se můţe svým pojetím stát občas pro ţáka malou výzkumnou oblastí, kde lze realizovat otevřené bádání. Pro mladší školní věk existuje jiţ v tomto duchu řada metodických materiálů. Pro starší ţáky a středoškoláky zatím ucelený materiál chybí. Kaţdý učitel bere v úvahu přirozené představy ţáka a Výuka aktivnějšího pojetí přírodovědy vyţaduje smělé učitele. Způsob výuky, který má dnes reformní „zelenou“, dokáţe představit dětem přírodní vědy jako významnou součást kultury a obstojí v jakékoli diskusi o uţitečnosti „přírodověd“ v rámci všeobecného vzdělání i pro ty, kteří se připravují na jiné odbornosti. Vyučování směřuje k tomu, aby ţáci si vyzkoušeli, co v přírodních vědách znamená analyzovat problém, učili se logicky uvaţovat a klást (si) smysluplné otázky o okolním světě, rozlišovat adekvátnost argumentů a chápali zdůvodněnou omezenost přírodovědných termínů. Metodologie vědecké práce je obsaţena v programech učitelství přírodovědných předmětů, byť explicitně vyjádřena bývá málokdy, většinou se skrývá za přípravou na diplomovou práci. Stálo by za úvahu, zda tuto „Popelku“ nevyvést mezi ostatní urozené předměty jiţ od počátku učitelského studia. Poznávání toho „jak pracuje věda“ spolu s řadou aktivizujících a experimentálních činností by mohlo být součástí vzdělávání všech učitelů.
4
EXPERIMENT
Badatelsky orientované vyučování (IBSE - Inquiry based science education) představuje slibný směr [4], který reaguje na přemíru informací, obtíţnost a vysokou míru abstrakce pro
běţného ţáka. Navrhuje uspořádat výuku tak, aby ţák více přemýšlel o způsobech práce neţ vstřebával objem poznatků, které nedokáţe zasadit do uţitečného kontextu. Připravit takto konkrétní učební látku ovšem znamená pro učitele balancovat mezi otevřenou a strukturovanou formou výuky. Nároky na přípravu na hodinu se zvyšují tím více, čím otevřenější formu učitel zvolí. Časová dotace hodin přírodověd nebývá velká a dobrý plán badatelsky pojaté hodiny je 3/4 úspěchu. Samo bádání – „výzkumný problém“ je pro výukové účely vhodné upořádat tak, aby ţáci sami dokázali k probírané látce vznášet dotazy. Učitel dotazy usměrňuje tak, aby představovaly základ hypotézy. Ţák hypotézu sestavuje na základě osobní zkušenosti nebo na základě teoretického vědeckého předpokladu, který zná. Hypotézami ţák postupně "rozmění na drobné" zkoumaný větší obnos - zkoumaný problém. Hypotézy jsou pak experimentem prověřovány. Je zřejmé, ţe k takovému postupu se nehodí kaţdé téma. Eastwell (2009), Stuchlíková (2010), Trna (2012)[3], [7] rozlišují čtyři základní podoby IBSE bádání: (I) konfirmační - potvrzující bádání – otázka i postup jsou studentům poskytnuty, výsledky jsou známy, jde o to je vlastní praxí ověřit to, co říká autorita (učebnice, učitel) (II) strukturované bádání – otázku i postup sdělí učitel, studenti na základě jeho pokynů formulují vysvětlení studovaného jevu, (III) nasměrované bádání – učitel dává výzkumnou otázku, studenti sami vytvářejí metodický postup a realizují jej, (IV) otevřené bádání – studenti jsou konfrontování s jevem a sami si kladou otázku, promýšlejí postup, provádějí výzkum a formulují výsledky. Z uvedeného rozdělení je zřejmé, ţe lze očekávat pro jednotlivé věkové skupiny a pro aplikaci na konkrétní učivo řadu zádrhelů. Jako nevýhody IBSE bývají zmiňovány: vysoká časová náročnost na jedno téma, rozsáhlejší příprava, zpomalení výukového tempa, problematické hodnocení výkonu ţáka, moţná jednostrannost, nesystematičnost výuky, nerovnoměrnost zapojení ţáků. Mnohé z nevýhod lze eliminovat organizačními opatřeními a dohodou s kolegy. Důleţité zůstává, ţe ţáci postupně získávají zkušenost a podněty na základě dosaţených výsledků, je v nich vyvolána potřeba třídění informací a kritičnosti. Nakonec se zmíním o tzv. myšlenkových experimentech, které představují pro mnohé ţáky zajímavou intelektuální výzvu. Myšlenkové experimenty jsou ukázkou, jak vyuţít lidskou představivost ke zkoumání podstaty věcí. Myšlenkové experimenty jsou sdělovány formou příběhu nebo vyprávění. Jsou to úvahy vycházející z jasně zavedených předpokladů. Uţívají se jako teoretický mezikrok v případech, kdy je realizace experimentu nemoţná nebo není nutná. Intelektuální činnost ţáků, která počítá s lidskou představivostí, je předmětem kvalitativních úloh. Myšlenkový experiment je úplnější v tom, ţe se nebrání výpočtům. Nejjednodušší myšlenkový experiment můţe být poloţen otázkou, např. Jak se zvýší hladina vody v Tichém oceánu, kdyţ se do něj vstoupí všichni lidé na světě? Myšlenkové experimenty tvoří část pokladnice vědy. Jiţ Galileo, který si uvědomil, ţe stav klidu a rovnoměrného přímočarého pohybu je nerozlišitelný, sám navrhl myšlenkový experiment – uzavřenou lodní kabinu bez oken, která se pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem po klidném moři. Dokázal, ţe ţádným (mechanickým) pokusem nelze rozlišit, zda se soustava pohybuje či je v klidu. Tím de facto zavedl pojem vztaţné soustavy a také tzv. setrvačnosti. Úţasné myšlenkové experimenty stály při zrodu kosmonautiky. V této souvislosti je potřeba zdůraznit, ţe třeba K. Ciolkovskij, otec kosmonautiky, za celý svůj ţivot neuskutečnil jediný pokus s vypuštěním rakety a celé jeho rozsáhlé dílo je vedeno teoretickými úvahami
připomínajícími myšlenkový experiment. Zajímavé je, ţe ve svých kresbách zařízení i podmínek vesmírného letu vystihl, to co se pak skutečně pozorovalo. Jeho popis podmínek stavu beztíţe byl prvními sovětskými kosmonauty Gagarinem a Titovem ohodnocen jako naprosto shodný s tím, co sami proţívali na oběţné dráze při reálném letu.
5
ZÁVĚR
Z výše uvedeného rozboru je zřejmé, ţe podaří-li se v rozumné podobě dostat přírodovědné do výuky, budou ţáci, ať uţ budou ve svých profesích dělat cokoliv, lépe připraveni pro ţivot. Mezinárodní výzkumy a šetření ţáků ukazují, kam si autority představují, ţe má školní přírodovědné vzdělávání směřovat. Idea je to hezká, otázkou zůstává, kdo a jak pomůţe stávajícím pedagogům uvést do praxe takové změny, které by vedly k ţádoucím posunům. Tato publikace vznikla v rámci projektu CZ.1.07/2.2.00/28.0182 "Moduly jako prostředek inovace v integraci výuky moderní fyziky a chemie" řešeného na Pedagogické fakultě MU a Přírodovědecké fakultě UPOL.
Použitá literatura 1. Sandoval, W.A. Conceptual and epistemic aspects of students’ scientific explanations.Journal of the Learning Sciences, 12, 2003. 2. Sjoberg, S., Schreiner, C.: How do students perceive science and technology?, Science in School (1) 2006. 3. Papáček a kol.: Didaktika biologie v ČR010 a badatelsky orientované vyučování, Sborník příspěvků semináře PdF Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, 2010. 4. Eastwell, P.: Inquiry learning: Elements of confusion and frustration. The American biology teacher, 71(5): 263-264, 2009. 5. Eurydice. Brussels : Eurydice, ISBN 978-92-79-06101-1, 2008. 6. Národní zpráva TIMSS (http://www.csicr.cz/getattachment/f80cafe7-4097-4bf5-a29f8b25e150f2d9/narodni-zprava-TIMMS_2011_WEB.pdf) 2011. 7. Kekule M., Ţák V.: Selected Attitudes of Students to Physics at School in the Czech Republic (http://www.scied.cz/) 2011. 8. TRNA, J. Taxonomy of Physics Experiments in Inquiry-Based Science Education. In WCPE-The Word Conference on Physics Education. 2012.
Kontaktní údaje RNDr. Jindřiška Svobodová, Ph.D. Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta Poříčí 7, 603 00 Brno email:
[email protected]
