SROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ POČÍTAČEM PODPOROVANÉ A FRONTÁLNÍ VÝUKY FYZIKY Jiří Mazurek Anotace: Cílem článku je prezentovat výsledky pedagogického experimentu, který proběhl v první polovině roku 2009 na čtyřech gymnáziích Moravskoslezského kraje. Výzkumný vzorek zahrnoval 336 žáků z 12 tříd. Cílem experimentu bylo porovnat výsledky počítačem podporované výuky fyziky a tradiční frontální výuky fyziky v tématu změn skupenství. Výzkumný problém byl řešen formou pedagogického experimentu, v němž byla experimentální skupina vyučována pomocí multimediálního počítačového programu Fázové změny a kontrolní skupina tradiční frontální metodou. Postoje žáků byly zjišťovány pomocí dotazníku. Výzkumem bylo zjištěno, že přírůstek vědomostí a dovedností žáků v oblasti změn skupenství, retence těchto vědomostí a dovedností ani vybrané postoje k dané metodě výuky nebyly u žáků kontrolní a experimentální skupiny statisticky významně odlišné. Dále byla zjištěna vysoká variabilita výsledků výuky na jednotlivých školách a rovněž prakticky totožné výsledky dívek a chlapců v experimentální skupině. Klíčová slova: ICT, pedagogický experiment, počítačem podporovaná výuka, výsledky učení. Key words: computer based instruction, ICT, learning outcomes, pedagogical experiment.
Úvod
Je možné prostřednictvím počítače, počítačového výukového programu či internetu zatraktivnit a zkvalitnit výuku? Je využití počítačů ve výuce přínosem pro učení žáků? A jaké jsou vůbec postoje žáků k využití počítačů, výukových programů a internetu ve škole? Odpovědi na tyto otázky zatím neznáme, v českém edukačním prostředí dosud neproběhl žádný relevantní výzkum v této oblasti. Záměrem našeho článku je prezentovat výsledky pedagogického experimentu, jehož cílem bylo porovnat výsledky „tradiční“ frontální výuky a počítačem podporované výuky fyziky v oblasti změn skupenství. Prezentované výsledky jsou součástí disertační práce (Mazurek 2009). Frontální výuka i počítačem podporovaná výuka se podle Maňáka a Švece řadí PEDAGOGIKA roč. LXI, 2011
ke komplexním výukovým metodám, tedy k metodickým útvarům, které předpokládají „…ucelenou kombinaci a propojení základních prvků didaktického systému, jako jsou metody, organizační formy výuky, didaktické prostředky nebo životní situace…“ (Maňák a Švec 2003, s. 131). Frontální výuka se vyznačuje „…společnou prací žáků ve třídě s dominantním postavením učitele, který řídí, usměrňuje a kontroluje veškeré aktivity žáků; výuka se orientuje převážně na kognitivní procesy, hlavním cílem je, aby si žáci osvojili maximální rozsah poznatků.“ (tamtéž, s. 133) Počítačem podporovaná výuka je definována jako výukový proces realizovaný počítačovým výukovým programem. V rámci prezentovaného výzkumu byla počítačem podporovaná výuka realizována výukovým programem Fázové změny.
45
Výsledky zahraničních výzkumů
Výzkumy zaměřené na srovnání tradiční frontální výuky ve třídě s výukou pomocí informačních a komunikačních technologií (zpočátku televize, rádia a trenažérů, později pak pomocí počítačů, internetu, apod.) se začaly objevovat již ve čtyřicátých letech dvacátého století. Většina z těchto výzkumů (viz například Bernard a kol. 2004 nebo Mayer a Clarková 2008) nezjistila rozdíly ve výsledcích výuky s „živým učitelem“ v učebně a tím, co bylo později nazváno eLearning či počítačem podporovaná výuka (computer based instruction). V metaanalýze Bernarda a kol. z roku 2004 bylo zkoumáno celkem 318 studií, které porovnávaly výsledky eLearningu a prezenční výuky. Rozdíly ve výsledcích výuky byly ve většině případů téměř nulové. Od 90. let 20. století byly zkoumány výsledky výuky pomocí různých smyslových kanálů. Na základě výzkumů R. Mayera, R. Clarkové a R. Morenové byla vytvořena Kognitivní teorie multimediálního učení, podle níž je při výuce nejlepší simultánní spojení mluveného slova a obrazu, tedy užití multimédií. Přitom není podstatné, jaké „médium“ (učitel, multimediální program, televize…) poskytuje zmíněné slovo a obraz. Důležité je však užití efektivní metody. Autoři této teorie proto zdůrazňují: „Ze všech výzkumů, které porovnávaly učení pomocí médií, jsme se dozvěděli, že příčinou učení není forma dodání výuky (médium), ale výuková metoda… Jakmile je použita efektivní metoda, učení nastane bez ohledu na formu dodání výuky.“ (Mayer a Clarková 2008, s. 21) Velkou neznámou zatím představuje učení pomocí internetu. E. Svoboda a R. Kolářová uvádějí: „Jaké jsou výsledky učení pomocí internetu není dnes ještě dost dobře známo, protože výzkumy v této
46
problematice byly provedeny jen v omezené míře.“ (Svoboda a Kolářová 2006, s. 173) Rovněž výzkum emocí a postojů žáků k počítačem podporované výuce (eLearningu) byl dosud opomíjen. K. Cottonová jmenuje ve studii z roku 1991 následující důvody, proč žáci mají rádi počítače ve výuce: jsou zábavné a motivují k učení, umožňují individualizované vyučování, jsou vynikající pro procvičování, neztrapňují při špatných odpovědích, jsou objektivnější než „živí“ učitelé, nezajímá je rasa ani národnost, umožňují experimentovat s různými možnostmi, poskytují okamžitou zpětnou vazbu a pocit kontroly nad učením. Naproti tomu J. Mareš v roce 2008 uvádí, že při eLearningu lze identifikovat následující emoce: frustraci, obavy, strach, úzkost, pocit studu (to vše v případě ne zvládnutí eLearningu), ale také vzrušení, elán, nadšení, hrdost a pýchu.
Výzkumný problém a hypotézy výzkumu
Na základě úvodních otázek a výsledků zahraničních výzkumů byl formulován následující výzkumný problém: Liší se výsledky počítačem podporované výuky fyziky od výsledků tradiční frontální výuky fyziky s dominantním výkladem učitele? Uvedenému výzkumnému problému je možno rozumět i tak, že byla porovnávána tradiční (nejtypičtější) metoda výuky v českém edukačním prostředí – frontální výuka s dominantním ústním výkladem učitele, a netradiční metoda – počítačem podporovaná výuka realizovaná multimediálním výukovým programem. K výzkumnému problému byly formulovány příslušné nulové hypotézy H1 až H6: • H1: Přírůstek vědomostí a dovedností žáků získaný při počítačem podporované výuce změn skupenství je shodný
s přírůstkem vědomostí a dovedností získaných při frontální výuce změn skupenství. • H2: Trvalost vědomostí a dovedností žáků získaných při počítačem podporované výuce změn skupenství je stejná jako trvalost vědomostí a dovedností získaných při frontální výuce změn skupenství. • H3: Žáci považují počítačem podporovanou výuku změn skupenství za stejně zábavnou jako frontální výuku změn skupenství. • H4: Počítačem podporovaná výuka změn skupenství vzbuzuje u žáků stejný zájem o fyziku jako frontální výuka změn skupenství. • H5: Žáci považují učení při počítačem podporované výuce změn skupenství za stejně obtížné jako při frontální výuce změn skupenství. • H6: Žáci považují počítačem podporovanou výuku fyziky za celkově stejně dobrou jako frontální výuku fyziky. Hypotéza H 1 byla ověřována pomocí pretestu a posttestu, hypotéza H2 pomocí retenčního testu a posttestu. Hypotézy H3 až H6 byly ověřovány pomocí dotazníku. Testování hypotéz pomocí oboustranných testů významnosti (U-testu Manna a Whitneyho a testu dobré shody chí-kvadrát) bylo provedeno na hladině významnosti α = 0,05 pomocí statistického programu NCSS 2000.
Metoda výzkumu, výzkumný vzorek, charakteristika tříd a učitelů, výzkumné nástroje
K řešení výzkumného problému byl použit pedagogický experiment. Jako nezávislá proměnná byla zvolena komplexní metoda výuky – počítačem podporovaná vs. frontální, jako závislá proměnná pak PEDAGOGIKA roč. LXI, 2011
výsledky výuky v těchto třech kategoriích: • přírůstek vědomostí a dovedností žáků v oblasti změn skupenství, • retence těchto vědomostí a dovedností, • vybrané postoje k výuce. Pedagogický experiment byl proveden v lednu až květnu roku 2009. Zúčastnilo se jej 12 tříd o celkovém počtu 336 žáků. Výzkumný soubor tvořili žáci 2. ročníků čtyřletých gymnázií a odpovídajících ročníků víceletých gymnázií v Karviné, Orlové, Třinci a na Wichterlově gymnáziu v Ostravě. Žáci všech tříd byli podrobeni pretestu (který obsahoval učivo změn skupenství, jehož základy měli žáci znát již ze základní školy) a poté byly jednotlivé třídy rozděleny do experimentální nebo kontrolní skupiny tak, aby rozdíly v pretestu mezi oběma skupinami byly minimální (statisticky nevýznamné). O vyrovnanosti obou skupin svědčil i fakt, že všechny paralelní dvojice tříd byly prospěchově téměř totožné (průměrný prospěch z fyziky v posledním pololetí se u jednotlivých dvojic nelišil více než o 0,12 bodu klasifikační stupnice). Počítačem podporovaná výuka fyziky v oblasti změn skupenství byla realizována u žáků experimentální skupiny pomocí výukového programu Fázové změny. Žáci se učili formou samostatné práce v počítačové učebně, a to buď individuálně, nebo ve dvojicích u počítače. Frontální výuka žáků kontrolní skupiny byla realizována v kmenové třídě nebo fyzikální učebně s převažujícím ústním výkladem učitele. Ve všech paralelních třídách vyučoval stejný učitel stejné učivo po stejný počet hodin. Zúčastněným učitelům byly o pedagogickém experimentu a jejich roli v něm poskytnuty při osobních setkáních všechny potřebné informace. Pedagogická praxe učitelů činila 14 až 19 let, všichni byli aprobovaní a všichni při výuce alespoň jednou
47
týdně využívali počítač nebo internet. S výukou podporovanou počítačem však neměli žádné předchozí zkušenosti, experiment byl pro ně příležitostí vyzkoušet ve výuce něco nového. Po skončení experimentu vyjádřili učitelé své dojmy z experimentu ve strukturovaném interview. Na počátku experimentu byli žáci obou skupin podrobeni pretestu, po skončení výuky vyplnili posttest a dotazník, a s odstupem 9 týdnů ještě retenční test. Všechny jmenované testy byly shodné a obsahovaly 24 uzavřených položek. Ve většině položek byly žákům nabídnuty 4 odpovědi, tři položky testu byly dichotomické (s odpověďmi ANO-NE). Za správnou odpověď obdržel žák 1 bod, za nesprávnou nebo vynechanou odpověď žádný bod. Dotazník postojů žáků k počítačem podporované, resp. frontální výuce změn skupenství obsahoval výroky, s nimiž se žáci měli ztotožnit na sedmistupňové bipolární škále od 0 bodů (maximálně negativní hodnocení dané položky) do 6 bodů (maximálně pozitivní hodnocení dané položky). Fyzika patří mezi nejobtížnější a nejméně oblíbené školní předměty (viz například Svoboda a Höfer 2006), proto byly zjišťovány postoje žáků související se zábavností, zajímavostí a obtížností výuky fyziky. Výroky byly formulovány takto: • Výuka je zábavná. • Výuka ve mně vzbuzuje zájem. • Učení je snadné. Obsahova validita obou výzkumných nástrojů byla zajištěna konzultacemi s kolegy-učiteli fyziky a s prof. RNDr. Erikou Mechlovou, CSc. Reliabilita testů byla určena na základě Kuderova-Richardsonova vztahu KR-20, reliabilita dotazníku byla určena pomocí Cronbachova alfa (viz Chráska 2007). Reliabilita pretestu: rkr = 0,605, posttestu: rkr = 0,749 a retenčního testu: rkr = 0,719. Reliabilita dotazníku: α = 0,882.
48
Výsledky pedagogického výzkumu, ověření hypotéz
• Přírůstek vědomostí a dovedností žáků Přírůstek vědomostí a dovedností žáků, vyjádřený jako přírůstek skóre v posttestu oproti pretestu, byl u žáků experimentální skupiny v průměru vyšší o 0,26 bodu (viz tab. 1). Tento rozdíl nebyl statisticky významný. • Retence vědomostí a dovedností žáků Retence vědomostí a dovedností žáků, vyjádřená jako úbytek skóre v retenčním testu oproti posttestu, byla opět v průměru mírně lepší u žáků experimentální skupiny (o 0,64 bodu). Rovněž tento rozdíl nebyl statisticky významný (viz tab. 1). • Postoje žáků Postoje žáků k výuce změn skupenství byly pozitivnější u žáků experimentální skupiny, tedy u počítačem podporované výuky, a to u všech tří zkoumaných postojů přibližně o 0,3 bodu (viz tab. 4). Celkově však žáci experimentální skupiny hodnotili tradiční frontální výuku fyziky paradoxně lépe (viz tab. 2). Ani tyto rozdíly však nebyly statisticky významné. • Ověření výzkumných hypotéz V tabulkách 1 a 3 jsou shrnuty výsledky ověřování výzkumných hypotéz H1 až H6. K jejich testování byl použit neparametrický dvouvýběrový U-test Manna a Whitneyho (výběrové soubory vesměs neměly normální rozdělení, proto nemohl být použit parametrický Studentův t-test), u hypotézy H6 pak test dobré shody chí-kvadrát. Testování proběhlo pomocí statistického programu NCSS 2000. Kritická hodnota U-testu pro α = 0,05 je 1,960. Protože vypočtená testovací kritéria u všech hypotéz byla v absolutní hodnotě menší než 1,960 (viz tab. 1), žádná z nulových hypotéz nemohla být na dané hladině významnosti zamítnuta. Nebyl tedy zjištěn statisticky významný rozdíl mezi výsledky
frontální a počítačem podporované výuky v tématu změny skupenství. • Rozdíly mezi školami Výzkumem byly zjištěny výrazné rozdíly v přírůstku vědomostí a dovedností žáků mezi jednotlivými školami (viz obr. 1). Tyto rozdíly mohly být způsobeny různou úrovní škol. Zatímco Wichterlovo gymnázium v Ostravě, Gymnázium Karviná i Gymnázium Třinec patří mezi výběrové školy, které si při přijímacím řízení vybírají z velkého počtu uchazečů o studium, Gymnázium Orlová nepatří mezi výběrové školy a řadí se spíše mezi průměrná gymnázia. Dále mohly být výsledky ovlivněny kvalitou práce daného učitele fyziky i celkovým klimatem školy (gymnázia v Třinci a Karviné jsou zaměřena na přírodní vědy a matematiku). Podobně byly zjištěny výrazné rozdíly mezi školami v postojích žáků k počítačem podporované výuce (viz tab. 5). Nejpozitivněji byla počítačem podporovaná výuka hodnocena žáky na Wichterlově gymnáziu v Ostravě, nejméně pozitivně pak žáky
na gymnáziích v Orlové a Třinci. Tyto rozdíly mohly být způsobeny odlišným přístupem k užívání ICT na daných školách a také postojem příslušného učitele fyziky. • Genderové rozdíly Součástí výzkumu bylo i srovnání výsledků výuky chlapců a dívek experimentální skupiny. Chlapci si (Průcha 2002) vytvářejí k počítačům pozitivnější postoje a tráví s počítačem více času než dívky. Chlapci by tedy teoreticky mohli dosahovat při počítačem podporované výuce lepších výsledků než dívky. Z genderových výzkumů, které již byly provedeny (viz například Magoulas a Chenová 2006), však neplynou jednoznačné závěry ohledně lepších výsledků dívek nebo chlapců. Ve zde popisovaném výzkumu pak přírůstek vědomostí a dovedností i retence těchto vědomostí a dovedností nebyly u dívek a chlapců statisticky významně odlišné. Chlapci však měli pozitivnější postoje k počítačem podporované výuce než dívky (viz tab. 6). Ani tyto rozdíly ale nebyly statisticky významné.
Tab. 1: Výsledky ověření nulových hypotéz H1 až H5
n (K)
n (E)
x¯ (K)
x¯ (E)
H1 H2 H3 H4 H5
128 97 154 154 154
121 109 133 133 133
6,97 1,74 3,14 3,00 3,33
7,23 1,10 3,50 3,31 3,62
test. kritérium 0,427 1,615 1,919 1,514 1,647
závěr nelze zamítnout nelze zamítnout nelze zamítnout nelze zamítnout nelze zamítnout
Vysvětlivky: n: počet hodnot (všech respondentů), E (K): experimentální (kontrolní) skupina, x¯: aritmetický průměr
Tab. 2: Odpovědi na otázku: „Je počítačem podporovaná výuka fyziky lepší než tradiční frontální výuka fyziky?“ Chlapci Dívky
PEDAGOGIKA roč. LXI, 2011
ano 29 30
ne 33 41
49
Tab. 3: Ověření nulové hypotézy H6 H6
test
test. kritérium
krit. hodnota
závěr
chí-kvadrát
1,692
3,841
nelze zamítnout
Tab. 4: Postoje žáků k počítačem podporované a frontální výuce Postoj Výuka je zábavná Výuka ve mně vzbuzuje zájem Učení je snadné
Kontrolní sk. 3,14 3,00 3,33
Experimentální sk. 3,50 3,31 3,62
Tab. 5: Postoje žáků v rámci jednotlivých škol Postoj Výuka je zábavná Výuka ve mně vzbuzuje zájem Učení je snadné
Karviná E/K 3,17/3,50 3,34/3,21 4,21/3,08
Orlová E/K 3,50/3,21 3,36/2,92 3,48/3,42
Ostrava E/K 3,69/3,05 3,69/3,05 5,06/3,48
Třinec E/K 3,66/2,96 3,09/2,94 2,86/3,30
Tab. 6: Postoje dívek a chlapců experimentální skupiny k počítačem podporované výuce Postoj Výuka je zábavná Výuka ve mně vzbuzuje zájem Učení je snadné
Chlapci 3,61 3,49 3,86
Dívky 3,41 3,17 3,42
Obr. 1: Srovnání přírůstku vědomostí a dovedností žáků jednotlivých škol 10
8,95
9 8 přírůstek skóre
6,71
6,18
7 6
9,38
8,04
5
5
8,12
7,42
7,09 7,6
6,4 4,56
4 3 2 1 0 Orlová I
Orlová II
Třinec I
Kontrolní skupina
50
Třinec II
Karviná
Ostrava
Experimentální skupina
Obr. 1: Srovnání přírůstku vědomostí a dovedností žáků jednotlivých škol
Závěr
Výše popsaný pedagogický experiment patří mezi první výzkumy počítačem podporované výuky v České republice. Cílem experimentu bylo porovnat výsledky počítačem podporované výuky a frontální výuky změn skupenství z hlediska přírůstku vědomostí a dovedností žáků, retence těchto vědomostí a dovedností a rozdílnosti v postojích žáků k dané komplexní metodě výuky. Experimentem bylo zjištěno, že výsledky počítačem podporované výuky a frontální výuky změn skupenství nebyly ve všech třech sledovaných oblastech statisticky významně odlišné, což je v souladu s obdobnými výzkumy uskutečněnými v zahraničí. Na výsledky experimentu mohla mít vliv různorodost škol, na kterých byl výzkum prováděn: tři z těchto škol lze považovat z hlediska výuky fyziky za nadprůměrné, jednu za průměrnou. Školy se lišily vybavením informačními a komunikačními technologiemi, počtem počítačů v učebnách (u počítače žáci seděli většinou ve dvojicích, což není ideální stav), a – jak se později ukázalo v dotazníku – i postoji žáků k užívání počítače a internetu. Výběrové
soubory obou skupin navíc vesměs neměly normální rozdělení, a proto musely být hypotézy testovány neparametrickým U-testem Manna a Whitneyho. Neparametrické testy ale nemají takovou citlivost jako ekvivalentní testy parametrické, v tomto případě Studentův t-test, a proto mohly být rozdíly zjištěné výzkumem ve skutečnosti významnější, než se podařilo prokázat. Celkové postoje žáků k výuce změn skupenství byly spíše pozitivní (dosáhly až na jedinou výjimku hodnoty vyšší než „neutrální“ hodnota 3), což je v jistém rozporu s tradovanou neoblíbeností fyziky u školní mládeže. Učitelé a žáci, kteří se experimentu zúčastnili, hodnotili experiment pozitivně s tím, že je práce s výukovým programem bavila, celkově šlo o zajímavou zkušenost a vítané zpestření hodin fyziky. Multimediální výukový program Fázové změny, který byl použit při počítačem podporované výuce žáků experimentální skupiny, žáci i učitelé doporučili jako vhodný doplněk k výuce změn skupenství na gymnáziích. Přístup k programu je bezplatný (login: student, heslo: student), program se nachází na adrese: www.fyzika.czechian.net.
Literatura: BERNARD, R.M.; ABRAMI, P.C., et al. How does distance education compare with classroom instruction? A meta-analysis of the empirical literature. Review of Educational Research. 2004, 74, s. 379-439. COTTON, K. Computer-Assisted Instruction. School Improvement Research Sereis. 1991 [online]. [cit. 2009-10-12]. Dostupné na WWW:
. CHRÁSKA, M. Metody pedagogického výzkumu. Havlíčkův Brod : Grada, 2007. ISBN 978-80-247-1369-4. MAGOULAS, D.G.; CHEN, Y.S. (ed.) Advances in web-based education: personalized learning environments. Hershey (PA) : Information Science Publishing, 2006. ISBN 1-59140-692-7. MAŇÁK, J.; ŠVEC, V. Výukové metody. Brno: Paido, 2003. ISBN 80-7315-039-5. MAREŠ, J. Emoce a eLearning. In Information and Communication Technology in Education. Proceedings. Rožnov p. Radhoštěm : University of Ostrava, 2008. ISBN 978-80-7368-577-5. MAYER, R.; CLARK, R. E-learning and the Science of Instruction: proven guidelines for consumers and designers of multimedia learning. 2nd ed. San Francisco : Pfeiffer, 2008. ISBN 978-0-7879-8683-4. PEDAGOGIKA roč. LXI, 2011
51
MAYER, R.; MORENO, R. A Learner-Centered Approach to Multimedia Explanations: Deriving Instructional Design Principles from Cognitive Theory. 2000 [online]. [cit. 2009-10-11]. Dostupné na WWW: . MAZUREK, J. Počítačem podporovaná výuka fyziky v tématu fázové změny. Ostrava, 2009. Dizertační práce (Ph.D.). Ostravská univerzita. Přírodovědecká fakulta. Katedra fyziky. Vedoucí práce: prof. RNDr. Erika Mechlová, CSc. PRŮCHA, J. Moderní pedagogika. 3. přeprac. a aktualiz. vyd. Praha : Portál, 2002. ISBN 80-7367-047-X. SVOBODA, E.; HÖFER, G. Názory a postoje žáků k výuce fyziky. M-F-I. 2006/2007, roč. 16, č. 4, s. 212-223. ISSN 1210-1761. SVOBODA, E.; KOLÁŘOVÁ, R. Didaktika fyziky základní a střední školy – vybrané kapitoly. Praha : Karolinum, 2006. ISBN 80-246-1181-3.
AUTOEVALUACE I NADÁLE V CENTRU POZORNOSTI Na cestě ke kvalitě. 2010, 12, č. 3. ISSN 1804-1159. Navzdory nepatřičným pochybám o významu autoevaluace škol, které občas vyjadřuje současné vedení školského rezortu, pokračují mnohostranné aktivity v rámci projektu Cesta ke kvalitě dál. Jedním z hmatatelných dokladů tohoto snažení je i nové číslo bulletinu Na cestě ke kvalitě. Zmiňované 3. číslo přináší na 34 stranách čtení určené zejména aktérům školního života, kteří se s autoevaluací a jejími zákoutími teprve seznamují, resp. snaží se tyto procesy ve škole realizovat. Hlavním tématem příspěvků jsou způsoby získávání dat v rámci hodnotících procesů ve škole, tedy zvláště metody autoevaluace; rubriky dále obsahují např. rozhovory s vedoucími pracovníky škol o jejich zkušenostech s autoevaluací, informace o hodnotících procesech ve školách v zahraničí (tentokrát na Islandu) a jiné zajímavosti. Vedle učitelů a vedoucích pracovníků škol může časopis zaujmout i ty, kdo se věnují implementaci strategií řízení kvality ve školách. (mp)
52
