OBSAH: Úvod... 4 Změny ve vzdělávání v rámci poslední školské reformy... 9 Cíle přírodovědného vzdělávání... 9

Transkript

1

2 OBSAH: Úvod Změny ve vzdělávání v rámci poslední školské reformy Příčiny změn v základním vzdělávání Změny v základním vzdělávání Cíle vzdělávání v ČR Rozvíjení klíčových kompetencí žáka ZŠ v přírodovědném vzdělávání s podporou digitálních technologií Shrnutí kapitoly Cíle přírodovědného vzdělávání Vzdělávací cíle a jejich vymezování Vzdělávací cíle pro žáka Model cílů pyramida cílů Způsoby vymezování vzdělávacích cílů Taxonomie vzdělávacích cílů Znalost žáka versus vědomost žáka Typy učebních přírodovědných činností při tvorbě znalostí ve vazbě na ICT Shrnutí kapitoly Vyučovací metody z hlediska aktivity žáka Vyučovací metody v přírodovědném vyučování Vyučovací metody v přírodovědném vzdělávání z hlediska aktivity žáka a učitele Projektové vyučování v přírodovědném vzdělávání Pedagogické a psychologické důvody pro projektové vyučování Badatelsky orientované vyučování přírodním vědám Shrnutí kapitoly Organizační formy ve vyučování přírodovědným předmětům Vyučovací hodina ve třídě, v laboratoři, exkurze Mimotřídní a mimoškolní organizační formy Hromadné, skupinové a individuální vyučování Shrnutí kapitoly Experimenty v přírodovědném vzdělávání Demonstrační experimenty ve vyučování přírodovědným předmětům Frontální žákovské experimenty ve vyučování přírodovědným předmětům Reálný počítačem podporovaný experiment Reálný experiment vzdálený Vzdálený experiment se systémem ISES Integrovaný e-learning pro fyziku Shrnutí kapitoly Motivace v přírodovědném vzdělávání Teorie motivace podle A. Maslowa Teorie motivace očekávání Teorie motivace spravedlnosti Motivace žáků k učení Školní výkonová motivace žáků... 83

3 6.6 Motivace a aktivizující metody v přírodovědném vzdělávání Shrnutí kapitoly Didaktické hry v přírodovědném vzdělávání Funkce hry Úloha učitele při hře Hry s kartami Hry bez zvláštního zařazení Strategie, jak vyhrávat hry Hry v předmětu fyzika síla a její působení Výukové digitální hry Shrnutí kapitoly Závěr

4 Vysvětlivky k používaným symbolům Průvodce studiem vstup autora do textu, specifický způsob kterým se studujícím komunikuje, povzbuzuje jej, doplňuje text o další informace. Příklad objasnění nebo konkretizování problematiky na příkladu ze života, z praxe, ze společenské reality apod. K zapamatování Shrnutí shrnutí předcházejícího učiva, shrnutí kapitoly. Literatura použitá ve studijním materiálu, pro doplnění a rozšíření poznatků. Kontrolní otázky a úkoly prověřují, do jaké míry studující text a problematiku pochopil, zapamatoval si podstatné a důležité informace a zda je dokáže aplikovat při řešení problémů. Úkoly k textu je potřeba je splnit neprodleně, neboť pomáhají k dobrému zvládnutí následujícího učiva. Korespondenční úkoly při jejich plnění postupuje studující podle pokynů s notnou dávkou vlastní iniciativy. Úkoly se průběžně evidují a hodnotí v průběhu celého kurzu. Otázky k zamyšlení

5 Část pro zájemce přináší učivo a úkoly rozšiřující úroveň základního kurzu. Pasáže i úkoly jsou dobrovolné. Úvod Studijní opora je zaměřena na popis a přiblížení modernizace vyučovacího procesu, na motivaci žáků v přírodovědných předmětech a jejich aplikací v hraničních oborech a také na využití moderních současných informačních a komunikačních technologií při osvojování a ověřování znalostí. Zahrnuje současné trendy moderní pedagogiky a didaktiky. Vychází z výzkumů psychologie učení, konstrukce znalostí ve vědomí žáka a vytváření pojmových map. Klíčovou roli hrají činnosti učícího se žáka ve vzdělávacím procesu. Při těchto činnostech je struktura znalostí v žákově vědomí formována jeho vlastní zkušeností. Takto získané znalosti se projevují větší trvalostí a hloubkou pochopení. Žák si přitom osvojuje nejen znalosti, ale současně i metody, kterými je možno přírodovědné znalosti získávat s podporou současných informačních a komunikačních technologií. Vycházíme současně z práce definující dovednosti žáků v přírodních vědách pro 21. století. V prvním návrhu z roku 2007 se jednalo o těchto 5 dovedností, které jsou postupně rozpracovávány (Hilton, 2010): 1. adaptabilita, 2. komplexní komunikativní a sociální dovednosti, 3. dovednosti řešit problém neobvyklým způsobem, 4. sebeřízení a seberozvoj, 5. systémy myšlení. Studijní opora je zpracována systémově. Vychází z rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání, ze současné výuky přírodovědným předmětům na základních školách a ale jsou do ní začleněny současné trendy vzdělávání v přírodních vědách ve vazbě na informační a komunikační technologie. Po prostudování textu budete znát: současné trendy uplatňované v učení žáka přírodovědným předmětům. Získáte: přehled v oblasti uplatňování informačních a komunikačních technologií v běžné výuce přírodovědným předmětům, informace o tom, jak v badatelsky orientované výuce přírodovědným předmětům cílevědomě uplatňovat informační a komunikační technologie, informace, jak motivovat žáky aktivizujícími metodami a jak začleňovat didaktické hry do vyučovacího procesu přírodovědných předmětů.

6 název 1. kapitoly 9 1 Změny ve vzdělávání v rámci poslední školské reformy V této kapitole se dozvíte: o příčině změn v českém školství, o změnách v základním vzdělávání, o cílích vzdělávání v přírodovědné oblasti, o rozvoji klíčových kompetencí žáka ZŠ v přírodovědné oblasti s podporou informačních technologií. Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit žákům, proč jsou pro ně z hlediska jejich života důležité konkrétní činnosti v přírodovědných vyučovacích hodinách, objasnit žákům, co budete považovat za měřitelný výsledek jejich znalostí v přírodovědných předmětech, charakterizovat vaše vlastní pojetí vyučování a v něm roli žáka. Průvodce studiem Začínáme opět rámcovým vzdělávacím programem, protože víme, že jejich cíle bohužel nebyly často dobře pochopeny a proto často i zkresleně realizovány. To nové, co do škol měly vnést, tj. nový duch školy, není realizováno. Proto i poslední školská reforma mnoha odborníky není považována za reformu, ale pouze za změnu ve školství. 1.1 Příčiny změn v základním vzdělávání V rámci poslední reformy základního vzdělávání v ČR došlo k určitým změnám. Nejdříve uvedeme stručně příčiny těchto změn, i když mají většinou složitější pozadí i souvislosti. Mnohé kroky, jimiž se změny uskutečňují, mají také dlouhodobější charakter a výsledky se budou dostavovat postupně (Tupý, 2007). Následně uvedeme přehledně jednotlivé změny. a) Efektivita vzdělávání Příčiny změn v základním vzdělávání Základním podnětem pro změny je efektivita vzdělávání, která podporuje ekonomickou prosperitu státu. Efektivní vzdělávání je takové vzdělávání, jehož výsledky jsou co nejlépe a co nejdéle využitelné v osobním životě i v zaměstnání (podnikání) a také co největším počtem obyvatel. Účelně vložené prostředky do vzdělávání se mnohonásobně vrátí jedincům i státu. Co nejvyšší vzdělání u co největšího počtu obyvatel je pak nejen zárukou prosperity státu, ale i přirozenou obranou proti nezaměstnanosti, předpokladem pro snižování sociálních problémů i chudoby a téměř jistou poukázkou pro lepší pracovní zařazení a vyšší finanční ohodnocení. Proto je ve vyspělých zemích trendem průběžné celoživotní vzdělávání, celoživotní učení se jedince hovoří se o učící se společnosti.

7 10 název 1. kapitoly b) Zpřístupnění vzdělání všem žákům Co nejvíce jedinců by mělo dosahovat co nejvyššího vzdělání a vzdělávat se i v dospělosti, proto by se měli umět učit, mít chuť se učit opakovaně a dlouhodobě a pochopitelně mít příležitost se učit. Proto se dnes hledají a stále více se ve školách uplatňují takové způsoby vzdělávání, které zpřístupňují vzdělávání všem žákům, nejen těm, kterým učení jde, kteří nemají zdravotní či sociální problémy nebo kterým vyhovuje postup uplatňovaný učitelem. Do popředí se dostávají metody výuky, které podporují zájem všech žáků, jejich aktivitu, dávají jim příležitost se uplatnit, staví na jejich přednostech. K tomu napomáhá vytváření příznivého a bezpečného prostředí pro učení, kde žák se cítí dobře a kam se rád vrací, i podpora okolí učitelů a rodičů. Tyto faktory zaručují možnost se mýlit, chybovat, vracet se, zkoušet, spolupracovat, diskutovat, nesouhlasit, společně objevovat, nalézat pomoc a radu, zažít úspěch. Chuť a potřebu se učit ovlivňuje i vědomí, že je možné se zlepšovat, že zadané úkoly lze zvládnout atd. c) Motivující hodnocení žáka Stále větší a významnější úlohu sehrává i motivující hodnocení žáka, které sleduje osobní pokrok každého žáka. Umožňuje mu promlouvat do hodnocení, hodnotit sama sebe nebo v rámci skupiny atd. Efektivní vzdělávání nelze postavit na posuzování nedostatečností a chyb. Žák, který je oceňován za to, co umí, ne za to, co neumí, který zažívá radost z nestresujícího hodnocení, má jasnou představu o tom, čeho dosáhl a jak, má také šanci, že se mu bude učení líbit i v dalších etapách života. d) Systémy vědomostí a dovedností potřebné pro praxi a další studium Jestliže se chceme učit a umíme se učit, co potom od vzdělávání očekáváme? V prvé chvíli mnohé napadne co největší množství trvalých znalostí. Ale kterých? Vzpomeňte si na svá školní léta. Co z toho, co jste se ve škole učili, jste také v životě opravdu využili? A kolik jste toho zapomněli? V době, kdy se během několika let informace znásobují, mnohé z nich se mění nebo přestávají platit, je zřejmé, že nelze se ani zdaleka naučit všemu, že můžeme zvládnout jen zlomek lidského poznání. O to důležitější je, aby si žáci vytvořili potřebné systémy znalostí a nacházeli jejich vzájemné vazby. Aby se učili v souvislostech, které jsou zjevné a v každodenním praktickém životě využitelné. Pak není ani tak důležité, zda se daný systém vytváří pomocí stejného učiva a zda se všichni učí totéž. Důležitější je, aby žáci k poznání postupně docházeli metodami, které zaručí větší stálost poznání, např. experimentováním, vyvozováním, projektovou výukou. Význam vědění nikdo nezpochybňuje, vždy bude základem vzdělání. Stále naléhavější ale je a nadále bude otázka, co to je onen základ, co je nutné se naučit, co už je překonané a zbytečné, co je možné si nalézt a doplnit až ve chvíli, kdy to budeme potřebovat atd. V informační a komunikační společnosti je také nutné umět si informace najít, vyhodnotit a použít pro daný úkol či situaci, než je uchovávat v paměti. Proto se dává školám větší samostatnost pro vytváření konečného modelu vzdělávání. d) Komunikace s jinými lidmi

8 název 1. kapitoly 11 Jsou ale další hodnoty, které jsou pro člověka důležité a k nimž škola zatím přispívá málo. V první řadě je to komunikace s jinými lidmi. Na první pohled jasná věc. S lidmi se setkáváme a neustále si vzájemně něco sdělujeme ve škole, doma, v zaměstnání, v dopravě, na cestách, na rekreaci, po telefonu, přes počítač atd. Umíme ale spolu kultivovaně jednat, víme jak vést demokratickou diskusi, jak nabízet a prosazovat své názory, umíme naslouchat, najít společnou řeč či kompromis, umíme číst s porozuměním texty jiných, být vstřícní, vystoupit před větším fórem lidí a věcně, bez emocí argumentovat, umíme být tolerantní k lidem s jinými názory, z jiné kultury atd.? O takové dovednosti by měla současná škola u svých žáků usilovat především. Do oblasti komunikace patří i znalost cizích jazyků. Ve vyspělých zemích se žáci učí dva a více cizích jazyků. Také dokonalé ovládání informačních a komunikačních technologií je pro dnešního i budoucího jedince nezbytností, je podmínkou pro většinu zaměstnání a otevírá člověku nebývalé informační a vzdělávací zázemí. e) Řešení problémů Na co ještě je potřeba klást ve vzdělávání důraz? Především na řešení problémů, hodnocení a rozhodování. To jsou dovednosti, které zasahují do našeho života každý den. Stále stojíme před potřebou řešit nějaký problém pracovní, osobní, společenský. Musíme jej umět zhodnotit, hledat a najít potřebné informace, hledat řešení, ověřovat jeho správnost atd. Pokud řešíme problém v týmu, přibývá potřeba zvládnout další dovednosti charakteristické pro týmovou práci dělení rolí, dělení úkolů, spolupráce, společná prezentace výsledku atd. Správné a zdůvodněné rozhodování je pak s řešením problémů a hodnocením situace úzce propojeno. Správně se rozhodnout a neutíkat před řešením, potřebuje svou průpravu. f) Zdravý životní styl, ochrana zdraví a bezpečnost Velký význam nabývají i další hodnoty, které člověku zprostředkovává vzdělávání a které jsou pro budoucího člověka nesmírně důležité. Jedná se především o zdraví, vlastní i jiných, v podobě poznání preventivních způsobů chování a rozhodování při ochraně zdraví a bezpečnosti včetně jednání v krizových situacích a při živelných událostech. Dále o ochranu přírody a kulturních památek ve smyslu udržitelného rozvoje lidské společnosti a plnohodnotného života. 1.2 Změny v základním vzdělávání a) Rámcový vzdělávací program východiskem Stát už nevytváří učební osnovy, které by každá škola mechanicky převzala. Vymezuje pouze rámec vzdělávání rámcový vzdělávací program. b) Cíle vzdělávání Nově jsou formulovány cíle vzdělávání. Ty jsou vedle osvojení si důležitých poznatků zaměřeny na utváření a rozvíjení klíčových kompetencí. c) Různé modely vzdělávání na různých školách

9 12 název 1. kapitoly Konstrukce školního učebního plánu umožňuje různé modely vzdělávání podle - potřeb žáků, - podmínek školy, - schopností pedagogického sboru. Uvedené představuje možnost vytvářet různé povinné a volitelné předměty, využívat projektů a jiných forem vzdělávání, při naplnění podmínky dojít k závazným výsledkům vzdělávání. d) Nové předměty a průřezová témata Do základního vzdělávání se zařazují dva cizí jazyky, výpočetní technika a výchova ke zdraví, řada nových dílčích témat a nadpředmětová průřezová témata, posilující výchovné působení na žáky, tj. osobnostní výchova, environmentální výchova, mediální výchova a další. Vymezení učiva umožňuje jeho smysluplné propojování. Obsah vzdělávání i očekávané výsledky jsou více propojeny s potřebami praktického života. e) Další změny Ve výuce a v hodnocení se upřednostňují zejména motivující a aktivizující metody, které pomáhají rozvíjet individuální předpoklady každého žáka. - Místo učení se hotovým poznatkům se preferuje učení se způsobům poznávání, tvořivost a invence. - Umožňuje se širší integrace žáků se speciálními vzdělávacími potřebami do běžných tříd. - Klade se důraz na bezpečné a žákům příznivé prostředí a klima ve škole, tj. vybavení, vztahy, společná pravidla a činnosti, spolupráce žáků napříč ročníky apod. - Zavádí se sebehodnocení školy (dnes je nepovinná pouze písemná zpráva o sebehodnocení) jako ukazatel výsledků vzdělávání a předpoklad dalšího rozvoje školy ve prospěch žáků. - Posiluje se autonomie a profesionální odpovědnost učitelů, kteří mohou volněji volit obsah učiva podle potřeb žáků, ale zároveň odpovídají za výsledky vzdělávání v souladu s rámcovým vzdělávacím programem. - Klade se velký důraz na spolupráci školy a rodičů žáků. Tato spolupráce je důležitá především pro samotné žáky. f) Školní vzdělávací program - Každá škola si podle výše uvedených propozic a možností vytváří svůj vlastní školní vzdělávací program ve shodě s potřebami žáků, podmínkami školy a kvalitou pedagogického sboru. g) Změna role rodičů Jakým způsobem rodiče zjistí, co škola zamýšlí, co dělá, jak s jejich dětmi pracuje? Jak s ní mohou rodiče spolupracovat? V první řadě by se měli rodiče zajímat o školní vzdělávací program dané školy nebo alespoň o některé části, které hovoří - o vzdělávacích záměrech, - o vzdělávacích postupech (strategiích) jak chce škola zajistit dosahování výsledků žáky, - o způsobech hodnocení žáků, - o obsahu a formách vzdělávání.

10 název 1. kapitoly 13 Školní vzdělávací program je veřejný dokument, který je rodičům dán k dispozici k nahlédnutí ve škole a k trvalému prohlížení na webových stránkách školy proto, aby mohli učitele v jejich úsilí podpořit a hovořili ke svým dětem, tj. našim žákům, i doma ve stejném smyslu, společně je v jejich úsilí podporovali a povzbuzovali. Rodiče by měli využít příležitostí pro společné setkávání s učiteli a s vlastními dětmi v prostředí školy ať už nad výsledky vzdělávání žáků v rámci našeho projektu při elektronickém testování znalostí žáků v českém jazyce, matematice, anglickém jazyce a německém jazyce, při činnostech žáků, společných akcích, ale i ve výuce. I to dnešní škola umožňuje. 1.3 Cíle vzdělávání v ČR Cíle vzdělávání v České republice byly stanoveny v Národním programu rozvoje vzdělávání (Bílá kniha, 2001) a částečně i v rámcových vzdělávacích programech pro vzdělávání žáků mnohem dříve, než byl vytvořen jednotný evropský referenční rámec (2005). Kompetence absolventa vymezují cílové požadavky na všeobecné i odborné znalosti, dovednosti, návyky, postoje a další vlastnosti absolventa vzdělávacího programu a vyjadřují jeho dispozice k jednání a činnosti. Zahrnují - klíčové kompetence, - odborné kompetence. Kompetence absolventa není tedy cíl, o který škola usiluje, ale výstupní charakteristika absolventa, kterou v různé míře disponuje. Klíčové kompetence se tedy prolínají všeobecným i odborným obsahem vzdělávání. Nejsou vázány na jednotlivé předměty, ale měly by být rozvíjeny jako součást obecného základu. Klíčové kompetence v rámcových vzdělávacích programech V Rámcovém vzdělávacím programu pro základní vzdělávání (2007), tj. na základních školách, by žák si měl osvojit tyto klíčové kompetence: - kompetence k učení, - kompetence k řešení problémů, - kompetence komunikativní, - kompetence sociální a personální, - kompetence občanské, - kompetence pracovní. V navazujícím vzdělávání v Rámcovém vzdělávacím programu pro gymnázia (2007), tj. na čtyřletých gymnáziích a na vyšším stupni víceletých gymnázií, žák by si měl osvojit tyto klíčové kompetence: - kompetenci k učení, - kompetenci k řešení problémů, - kompetenci komunikativní, - kompetenci sociální a personální, - kompetenci občanskou, - kompetenci k podnikavosti. V navazujícím vzdělávání v Rámcovém vzdělávacím programu pro odborné vzdělávání jsou jako klíčové kompetence uvedeny tyto: kompetence komunikativní, kompetence personální, kompetence řešit problémy, kompetence využívat informační techniku a kompetence pracovat

11 14 název 1. kapitoly s informacemi, kompetence aplikovat základní matematické postupy při řešení praktických úkolů, viz Porovnání klíčových kompetencí v českých kurikulárních dokumentech Na základě analýzy Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (2007), Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia (2007) a Rámcových vzdělávacích programů odborného vzdělávání (2007) je v následující tabulce uveden přehled klíčových kompetencí žáka, jejichž rozvíjení bude v rámci základního a středního vzdělávání podporováno. Tab. 1.1 Porovnání klíčových kompetencí žáka v rámcových vzdělávacích programech základního vzdělávání, gymnaziálního vzdělávání a odborného vzdělávání Klíčové kompetence žáka RVP základního vzdělávání, RVP odborného vzdělávání RVP pro gymnázia Kompetence k učení Kompetence k učení Kompetence k řešení problémů Kompetence k řešení problémů Kompetence komunikativní Komunikativní kompetence Kompetence sociální a Personální a sociální kompetence personální Kompetence občanská Občanské kompetence a kulturní Kompetence pracovní (jen ZŠ) Kompetence k podnikavosti (jen G) povědomí Kompetence k pracovnímu uplatnění a podnikatelským aktivitám Matematické kompetence Kompetence využívat prostředky ICT a pracovat s informacemi Klíčové kompetence žáka u základního a gymnaziálního vzdělávání se příliš neliší, i když míra jejich utváření a rozvoje je na jednotlivých stupních škol rozdílná. V gymnaziálním vzdělávání se nevyskytuje rozvoj pracovní kompetence žáka, ale je zde uvedena kompetence k podnikavosti, která byla doplněna v roce V odborném vzdělávání je uveden rozvoj všech klíčových kompetencí žáka, které byly rozvíjeny v základním vzdělávání. Navíc je uvedena tvorba a rozvoj i klíčových předmětových kompetencí žáka; konkrétně ve vazbě na občanskou kompetenci je uvedena navíc klíčová kompetence kulturní povědomí žáka. Dále mezi předmětovými klíčovými kompetencemi jsou uvedeny matematická kompetence a kompetence využívat prostředky ICT a pracovat s informacemi. V dnešní době je tvorba a rozvoj klíčové kompetence využívat prostředky ICT a pracovat s informacemi rozhodující nejen v odborném vzdělávání, ale i v gymnaziálním vzdělávání a v základním vzdělávání. Proces osvojování si klíčových kompetencí nelze chápat jako ukončený, jedná se o proces celoživotní. Klíčové kompetence žáka tvoří základ pro úspěšný rozvoj předpokladů pro jeho celoživotní učení. Klíčové kompetence neexistují izolovaně, ale navzájem se prolínají a doplňují. Aby si žáci klíčové kompetence během vzdělávání skutečně osvojili, musí k nim směřovat a

12 název 1. kapitoly 15 přispívat veškerý vzdělávací obsah, jehož pojetí na úrovni školního vzdělávacího programu (dále ŠVP) by mělo vytvářet předpoklady pro efektivní využití osvojených vědomostí a dovedností, které budou žáci schopni dále uplatnit ve studiu, v zaměstnání a v osobním životě. 1.4 Rozvíjení klíčových kompetencí žáka ZŠ v přírodovědném vzdělávání s podporou digitálních technologií Klíčové kompetence popsal poprvé Mertens v roce Teprve dnes však nabývají na významu také ve školním a celoživotním učení se jednotlivce. Systémový základ klíčových kompetencí získává jednotlivec hlavně při vzdělávání na základní a střední škole. Na základní škole má být poskytováno solidní všeobecné vzdělání, orientované na situace blízké životu, na zadávání konkrétních úloh a na praktické jednání. Na střední škole tento proces pokračuje. Nabývání klíčových kompetencí je celoživotní proces, který je udržován dynamikou nového učení a přeučování (Richter, 1995, s. 26). Klíčové kompetence jsou něčím, co žák rozvíjí a využívá ve všech vyučovacích předmětech, jsou to jisté univerzální způsobilosti: umění učit se, umění dorozumívat se, spolupracovat, jednat demokraticky, řešit problémy, pracovat soustředěně. Ke klíčovým kompetencím a jejich rozvoji vyšlo v průběhu realizace kurikulární reformy velmi mnoho článků a publikací, mnohé z nich jsou zaměřeny na základní, gymnaziální a odborné vzdělávání a na jednotlivé předměty (Švec, 1998; Dvořák, 2004; Mechlová, Koníček, Smyček, 2004; Hausenblas, 2007; Vaculová, Trna, 2007; Koníček, Mechlová, 2007; Jezberová, 2007; Nezvalová, 2007; Solárová, Mechlová, Malčík, Veřmiřovský, 2008; Květoň, 2008; Gejgušová, 2008; Slejšková, 2008; Kocourková, 2008). Nejsou však zaměřeny na celou vzdělávací oblast Člověk a příroda, tj. na celé přírodovědné vzdělávání, což je naším cílem. V Rámcovém vzdělávacím programu pro základní vzdělávání (2007) pro přírodovědné vzdělávání ve vzdělávací oblasti Člověk a příroda (Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání, 2007, s. 43) je explicitně uvedena charakteristika vzdělávací oblasti: Vzdělávací obory vzdělávací oblasti Člověk a příroda, jimiž jsou fyzika, chemie, přírodopis a zeměpis, svým činnostním a badatelským charakterem výuky umožňují žákům hlouběji porozumět zákonitostem přírodních procesů, a tím si uvědomovat i užitečnost přírodovědných poznatků a jejich aplikaci v praktickém životě. Zvláště významné je, že při studiu přírody specifickými poznávacími metodami si žáci osvojují i důležité dovednosti. Jedná se především o rozvíjení dovednosti soustavně, objektivně a spolehlivě pozorovat, experimentovat a měřit, vytvářet a ověřovat hypotézy o podstatě pozorovaných přírodních jevů, analyzovat výsledky tohoto ověřování a vyvozovat z nich závěry. Žáci se tak učí zkoumat příčiny přírodních procesů, souvislosti či vztahy mezi nimi, klást si otázky Jak? Proč? Co se stane, jestliže? a hledat na ně odpovědi, vysvětlovat pozorované jevy, hledat a řešit poznávací nebo praktické problémy, využívat poznání zákonitostí přírodních procesů pro jejich předvídání či ovlivňování. Komplexní pohled na vztah mezi člověkem a přírodou, jehož významnou součástí je i uvědomování si pozitivního vlivu přírody na citový život člověka, utváří spolu s fyzikálním, chemickým a přírodopisným vzděláváním také

13 16 název 1. kapitoly vzdělávání zeměpisné, které navíc umožňuje žákům postupně odhalovat souvislosti přírodních podmínek a života lidí i jejich společenství v blízkém okolí, v regionech, na celém území ČR, v Evropě i ve světě. Vzdělávací oblast Člověk a příroda navazuje na vzdělávací oblast Člověk a jeho svět, která na elementární úrovni přibližuje přírodovědné poznávání žákům 1. stupně základního vzdělávání, a kooperuje především se vzdělávacími oblastmi Matematika a její aplikace, Člověk a společnost, Člověk a zdraví a Člověk a svět práce a přirozeně i s dalšími vzdělávacími oblastmi (Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání, 2007, s. 43). Další specifikace je uvedena v cílovém zaměření vzdělávací oblasti, kde je opět explicitně uvedeno (Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání, 2007, s ) Vzdělávání v dané vzdělávací oblasti směřuje k utváření a rozvíjení klíčových kompetencí tím, že vede žáka k - potřebě klást si otázky o průběhu a příčinách různých přírodních procesů, správně tyto otázky formulovat a hledat na ně adekvátní odpovědi, - způsobu myšlení, které vyžaduje ověřování vyslovovaných domněnek o přírodních faktech více nezávislými způsoby, - posuzování důležitosti, spolehlivosti a správnosti získaných přírodovědných dat pro potvrzení nebo vyvrácení vyslovovaných hypotéz či závěrů, - zapojování do aktivit směřujících k šetrnému chování k přírodním systémům, ke svému zdraví i zdraví ostatních lidí, - porozumění souvislostem mezi činnostmi lidí a stavem přírodního a životního prostředí, - uvažování a jednání, která preferují co nejefektivnější využívání zdrojů energie v praxi, včetně co nejširšího využívání jejích obnovitelných zdrojů, zejména pak slunečního záření, větru, vody a biomasy, - utváření dovedností vhodně se chovat při kontaktu s objekty či situacemi potenciálně či aktuálně ohrožujícími životy, zdraví, majetek nebo životní prostředí lidí (RVP ZŠ, 2007, s ). V rámci výzkumu Edukace s podporou informačních a komunikačních technologií na Ostravské univerzitě bylo uvedené obecné zaměření vzdělávací oblasti Člověk a příroda rozpracováno u jednotlivých klíčových kompetencí do dovedností žáka ve vazbě na informační technologie. Dále jsou uvedeny jednotlivé klíčové kompetence rozčleněné na dovednosti a následně jsou k nim přiřazeny vzdělávací strategie (Jak toho dosáhneme?), které podporují právě uvedené dovednosti. Uvedené rozčlenění bylo využito v rámci projektu operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Další vzdělávání učitelů přírodovědných předmětů, číslo projektu CZ.1.07/1.3.05/ , který byl řešen Pedagogickou fakultou Ostravské univerzity v Ostravě a realizován na konci roku 2008 v Moravskolezském kraji. Jak již bylo uvedeno, Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání (2007) vymezuje šest klíčových kompetencí: kompetence k učení, kompetence k řešení problémů, kompetence komunikativní, kompetence sociální a personální, kompetence občanská, kompetence pracovní. Každá klíčová kompetence obsahuje soubor dovedností. Podrobné rozpracování klíčových kompetencí do přírodovědných dovedností a jak podporovat jejich rozvoj u žáka v přírodovědném vzdělávání na 2. stupni základní školy je postupně uvedeno v následujících tabulkách.

14 název 1. kapitoly 17 Tabulka 1.2 Kompetence k učení 1. Kompetence k učení Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 1.1 individuálně nebo ve skupinách opakovaně pozorovat tělesa a přírodní jevy, 1.2 hovořit o pozorovaném, třídit a rozlišovat, vyvozovat závěry nebo domněnky o podstatě pozorovaných jevů nebo o jejich průběhu, 1.3 nechat žáky vysvětlovat pozorované jevy vlastním způsobem, klást si navzájem otázky, hledat na ně odpovědi, hledat a řešit praktické problémy, 1.4 umožnit žákům prakticky poznávat a porozumět přírodovědným pojmům, zákonům a dějům: měřit, pozorovat, porovnávat vlastnosti těles, zapisovat naměřené hodnoty do tabulek, uvažovat o správnosti a možnostech měření, porovnávat své výsledky se spolužáky, hodnotit své výsledky a závěry a dál je používat pro učení. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vytváříme prostředí podnětné pro experiment, podporujeme činnostní učení žáků (pozorování, experimenty, laboratorní práce), naměřené hodnoty zapisují žáci do tabulek, uvažují o správnosti a možnostech měření, porovnávají své výsledky se spolužáky, hodnotí své výsledky a závěry a dál je používají pro své učení, 2. vedeme žáky k práci s informacemi ze všech možných zdrojů, ústních, knižních, mediálních, včetně internetu (žák informace vyhledá, třídí a vhodným způsobem používá, dává do souvislosti), 3. umožňujeme žákům vlastním způsobem vysvětlovat pozorované jevy, navzájem si klást otázky, hledat na ně odpovědi. Tabulka 1.3 Kompetence k řešení problémů 2. Kompetence k řešení problémů Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 1.1 dbát na to, aby výuka byla u každého učiva, které to umožňuje, praktická a aby žáci měli možnost individuálně experimentovat, 1.2 nechat žáky samostatně měřit hodnoty veličin, připravovat si různé materiály a jednoduché pomůcky k přírodovědným experimentům, 1.3 umožnit žákům promýšlet a plánovat způsob provedení experimentu nebo zkusit navrhovat způsob řešení daného problému, jindy zase dovést experimentovat podle zadaného návodu, 1.4 vyjádřit či slovně formulovat (jednoznačně) problém, na který narazí při svém vzdělávání, 1.5 hledat, navrhovat či používat různé další metody, informace nebo nástroje, které by mohly přispět k řešení daného problému, jestliže dosavadní metody, informace a prostředky nevedly k cíli, 1.6 vyslovovat domněnky (hypotézy) o pozorovaných jevech, ověřovat si správnost svých domněnek a závěrů s poznávanými zákonitostmi, uvědomovat si, že vlastně znovu objevujeme poznatky,

15 18 název 1. kapitoly 1.7 nechat žáky obhajovat své závěry a svá rozhodnutí, 1.8 ověřovat prakticky správnost řešení problému a osvědčené postupy aplikovat při řešení obdobných nebo nových problémových situacích. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme výuku tak, aby žáci řešili problémové situace, rozpoznali a pochopili daný problém a nalezli vlastní řešení (necháme žáky samostatně měřit a pozorovat, připravit si různé materiály a jednoduché pomůcky k přírodovědným experimentům), 2. ve slovních úlohách žáci nacházejí případné varianty řešení a vyhodnocují je, provádějí odhady výsledků a zkoušku, ověřují výsledky řešení vzhledem k daným podmínkám, 3. vytváříme žákům prostor pro definování a pojmenování problému, na který při učení narazili, necháme žáky vyjadřovat a obhajovat své závěry i rozhodnutí, 4. směřujeme žáky tak, aby při řešení problému využívali dosavadních znalostí, dovedností, byli samostatní a zodpovědní. Tabulka 1.4 Kompetence komunikativní 3. Kompetence komunikativní Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 3.1 vyjadřovat svoje názory, třeba ve formě domněnek k probíraným přírodním jevům, 3.2 obhajovat a argumentovat vhodnou formou svůj vlastní názor a zároveň se učit naslouchat názorům jiným, 3.3 porovnávat svoje výsledky pozorování se závěry spolužáků, argumentovat, obhajovat, poučit se od druhých, 3.4 popisovat situace při experimentování, dotazovat se na vzniklé nejasnosti, diskutovat se spolužáky, sledovat jejich závěry, 3.5 poznávat nové odborné názvy veličin, jejich jednotek a začít se o přírodovědných jevech postupně vyjadřovat odborně správně, začít využívat informační a komunikační prostředky a technologie pro komunikaci se spolužáky, rodinou a okolním světem, porozumět různým typům textů a záznamů včetně grafů. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky k vyjadřování ve správných pojmech a slovních vazbách, 2. vyžadujeme na žácích pojmenování problémů nebo vyjádření vlastních názorů na konkrétní téma, vytváření si vlastních názorů, využívání dostupných informačních a komunikačních prostředků, 3. vedeme žáky k porovnávání svých výsledků se závěry spolužáků, k argumentaci a k obhajobě, 4. vedeme žáky k popisu situace při experimentování, dotazování se na vzniklé nejasnosti, k diskusi se spolužáky.

16 název 1. kapitoly 19 Tabulka 1.5 Kompetence sociální a personální 4. Kompetence sociální a personální Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 4.1 podílet se společně s učitelem na vytvoření pravidel pro práci v malé skupině až (4 až 5 žáků), 4.2 spolupracovat v malé skupině při řešení úloh, problémů a experimentů, 4.3 pracovat v malé skupině a přijímat různé role ve skupině, 4.4 vzájemnou pomoc při učení. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky ke spolupráci při skupinové práci, k odpovědnému přístupu ke své práci i k práci druhých, k zodpovědnosti za výsledky své činnosti, k přijímání názorů druhých, 2. vedeme žáky k zapojení se do určitých rolí při skupinové práci a odpovědnosti za ni (např. jeden žák připraví materiál, druhý sestavuje experiment, třetí vede záznam o měření nebo pozorování apod.). Tabulka 1.6 Kompetence občanské 5. Kompetence občanské Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 5.1 přirozeně respektovat práva a povinnosti (svá i ostatních), 5.2 přejímat zodpovědnost za svou práci, 5.3 dodržovat jasná pravidla slušného a bezpečného chování, 5.4 orientovat činnost k ochraně životního prostředí, k chápání environmentálních problémů, 5.5 zapojovat se do aktivit směřujícím k šetrnému chování k přírodním systémům, k vlastnímu zdraví i zdraví ostatních lidí, 5.6 rozhodovat se zodpovědně podle dané situace a chovat se zodpovědně v krizových situacích. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. u žáků utváříme dovednost vhodně se chovat pří kontaktu s objekty či situacemi potenciálně či aktuálně ohrožující život, zdraví, majetek nebo životní prostředí lidí, 2. vyžadujeme dodržování jasných pravidel, respektování práv a povinností svých i druhých, přejímání zodpovědnosti za svou práci, 3. podporujeme tvořivé nápady žáků. Tabulka 1.7 Kompetence pracovní 6. Kompetence pracovní Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 6.1 seznamovat se a prakticky pracovat s různými pomůckami a materiály, které mohou využívat v praxi, 6.2 objektivní sebehodnocení a posouzení reálných možností při profesní orientaci,

17 20 název 1. kapitoly 6.3 plnit povinnosti a dodržovat vymezená pravidla, učit se reagovat bez obav ze změny nebo neúspěchu, 6.4 bezpečnou manipulaci s pomůckami, nástroji, přístroji a materiály při jejich používání ve výuce, 6.5 získané poznatky aplikovat do praxe. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky ke konstrukci různých typů grafů, 2. učíme žáky správnému zacházení se svěřenými pomůckami, přístroji apod., 3. učíme žáky správně zapojit měřicí přístroje do obvodu, 4. necháme žáky některé pomůcky sami vytvořit (v rámci vyučování, doma), 5. necháme žáky navrhnout další provedení experimentů a měření. Ve výuce dbáme na variabilitu vyučovacích metod, a to jak při zvládání nového učiva, tak při jeho procvičování a prověřování znalostí žáků. Volíme často experimentování, ústní vyjadřování, praktické zkoušení. Využívání dosavadních zkušeností žáka, dobré porozumění učivu za pomoci konkrétních činností s předměty, vytváření správných představ a rozvíjení schopnosti logicky myslet jsou základními předpoklady pro rozvoj klíčových kompetencí, ale i pro to, aby se žák mohl a chtěl dále technicky vzdělávat. Shrnutí kapitoly V Rámcových vzdělávacích programech pojmem kompetence označujeme ohraničené struktury schopností a znalostí a s nimi související postoje a hodnotové orientace, které jsou předpokladem pro výkon žáka absolventa ve vymezené činnosti (vyjadřují jeho způsobilost nebo schopnost něco dělat, jednat určitým způsobem). Klíčové kompetence představují soubor předpokládaných znalostí, dovedností, schopností, postojů a hodnot důležitých pro osobní rozvoj jedince, jeho aktivní zapojení do společnosti a budoucí uplatnění v životě. Jejich pojetí vychází z obecně sdílených představ společnosti o tom, které kompetence jedince přispívají k jeho spokojenému a úspěšnému životu, a z hodnot společností obecně přijímaných. V RVP Z se jedná o tyto klíčové kompetence: - kompetence k učení, - kompetence k řešení problémů, - kompetence komunikativní, - kompetence sociální a personální, - kompetence občanské, - kompetence pracovní. Kontrolní otázky a úkoly: Uveďte obsah pojmu kompetence absolventa. Uveďte obsah pojmu klíčová kompetence. Uveďte klíčové kompetence absolventa základního vzdělávání. Vysvětlete obsah jednotlivých klíčových kompetencí.

18 název 1. kapitoly 21 Otázky k zamyšlení: Zamyslete se, které klíčové kompetence ve vašem přírodovědném předmětu zejména rozvíjíte. Zkuste si je vypsat a přiřadit k nim činnosti žáka. Korespondenční úkoly KÚ 1 a) Rozvoj kterých klíčových kompetencí, které uvádí Lisabonská definice z roku 2003, budete především u žáka dále podporovat ve vašem přírodovědném předmětu? b) Uveďte způsob, jak budete jejich rozvoj u žáka podporovat Citovaná a doporučená literatura - BALCAŘÍKOVÁ, J., HALŠKOVÁ, M., KONÍČEK, L., SPUSTOVÁ, R., ŠAMAJ, J. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ. Fyzika. 1. vyd. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - BALCAŘÍKOVÁ, J., OLŠOVSKÝ, P., PŘINOSILOVÁ, J., ROSÍK, M. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ. Environmentální výchova. 1. vyd. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - BELTZ, H., SIEGRIEST, M. Klíčové kompetence a jejich rozvíjení. Praha: Portál, DELORS, J. aj. Učení je skryté bohatství (formulovala Mezinárodní komise UNESCO Vzdělávání pro 21. století ). Praha: ÚIV, 1997, s Doporučení Evropského parlamentu a rady ze dne 18. prosince 2006 o klíčových schopnostech pro celoživotní učení (2006/962/ES). Úřední věstník Evropské unie , L394/10. - DROZDOVÁ, M. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ. Přírodopis. 1. vyd. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - DVOŘÁK, L. Rámcové vzdělávací programy a klíčové kompetence (vše)lék, hrozba nebo příležitost. In NEZVALOVÁ, D. Kompetence a standardy ve fyzikálním vzdělávání učitele a žáka. Olomouc: UP, 2004, s ISBN Employ-ability skills an employer perspective getting what employers want out too hard basket. ACCI Rewiew, No 88 Australian Chamber of Commerce and Industry, June GEJGUŠOVÁ, I., METELKOVÁ SVOBODOVÁ, R., HYPLOVÁ, J., MECHLOVÁ, E., MALČÍK, M. Rozvíjení klíčových kompetencí žáka ve vzdělávací oblasti Jazyk a jazyková komunikace. Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. ISBN HALŠKOVÁ, M., KONÍČEK, L. Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ. Fyzika. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách

19 22 název 1. kapitoly CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - HAVLENA, J. Kompetenční model MS kraje. Anketa mezi velkými zaměstnavateli. Ostrava: RPIC VIP, HILTON, M. Exploring the intersection of Science Education and 21st Century Skills. A Workshop Summary. Washington: The national Academy Press, ISBN HAUSENBLAS, O. Modelové rozpracování klíčových kompetencí. In Metodický portál RVP, HUČÍNOVÁ, L. Identifikace klíčových kompetencí. In Výzkumný ústav pedagogický v Praze: oficiální stránky organizace, VÚP Praha, HUČÍNOVÁ, L. Klíčové kompetence v Lisabonském procesu. In Výzkumný ústav pedagogický v Praze: oficiální stránky organizace. Praha: VÚP, HUČÍNOVÁ, L. aj. Klíčové kompetence v základním vzdělávání. Praha: VÚP, ISBN HUČÍNOVÁ, L., SVOBODA, Z. Lisabonský proces vzdělávání a odborná příprava v Evropě do roku In Metodický portál RVP, JEZBEROVÁ, R. aj. Nová koncepce klíčových kompetencí v RVP odborného vzdělávání. Praha: NÚOV, Key Competencies. A developing concept in general compulsory education. Survey 5. Brussel, Eurydice, p. ISBN Klíčové kompetence. Vznikající pojem ve všeobecném a odborném vzdělávání. Praha: UIV, Kompetenční model pro Moravskoslezský kraj. Metodika identifikace kompetencí a návrh klíčových kompetencí. Ostrava: RPIC-VIP, KONÍČEK, L., HALŠKOVÁ, M. Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ. Obecná část. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - KONÍČEK, L.. MECHLOVÁ, E. ICT ve fyzice a klíčové kompetence. In Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 3. Plzeň: ZČU, 2007, s ISBN KVĚTOŇ, P., MECHLOVÁ, E., MALČÍK, M. aj. Rozvíjení klíčových kompetencí žáka ve vzdělávací oblasti Matematika a její aplikace. Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. ISBN Lisabonské cíle vzdělávání v evropském a národním kontextu. Praha: MŠMT ČR, Manuál pro učitele K1 kompetence k efektivní komunikaci. Modul pro učitele střední školy. Metodické materiály z edice EQUAL Kompetence pro trh práce školské moduly. Ostrava: RPiC-ViP/ Ostravská univerzita v Ostravě / KVIC, s. - Manuál pro učitele K1 kompetence k efektivní komunikaci. Modul pro učitele základní školy. Metodické materiály z edice EQUAL Kompetence pro trh práce školské moduly. Ostrava: RPiC-ViP/ Ostravská univerzita v Ostravě / KVIC, s. - MECHLOVÁ, E., KONÍČEK, L., SMYČEK, P. Klíčové kompetence učitele fyziky v oblasti aplikace ICT ve vyučování. In NEZVALOVÁ, D. Kompetence a standardy ve fyzikálním vzdělávání. UP v Olomouci/ JČMF, 2004, s

20 název 1. kapitoly 23 - MECHLOVÁ, E., MALČÍK, M. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ. Obecná část. 1. vyd. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - MERTENS, D. Schlűsselqualifikationen. In Mitteilungen der Arbeitsmarkt und Berufsforschung, 7 (1974), s MURRAY-HARWEY, R., et all. Enhancing Teacher Education Students Generic Skills Through Problem-based Learning. Teaching Education, 16, No 3, 2005, Národní program rozvoje vzdělávání v České republice. (Bílá kniha.) Praha: MŠMT ČR, NEZVALOVÁ, D. Kompetence a standardy v počáteční přípravě učitelů přírodovědných předmětů a matematiky. Olomouc: UP, (Dostupné na - OECD. Defining and Selecting Key Competencies. Paris: OECD, Průvodce kompetencí k efektivní komunikaci. Metodické materiály z edice EQUAL Kompetence pro trh práce školské moduly. Ostrava: RPiC-ViP/ Ostravská univerzita v Ostravě / KVIC, s. - Rámcový vzdělávací program pro gymnázia. Praha: Výzkumný ústav pedagogický, s. ISBN Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání. Praha: VÚP, s. - Rámcový vzdělávací program odborného vzdělávání. Praha: NÚOV, Recommendation of the European Parliament and The Council of 18 December 2006 on key competences for lifelong (2006/962/EC) In Official Journal of the European Union (EN), L 394/10, RICHTER, CH. Schlüsselqualifikationen. Alling, ROSÍK, M. Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ. Environmentální výchova. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - ROSÍK, M. Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ. Přírodopis. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - Second Report on the Activities of the Working Group on Basic Skills, Foreign Language Teaching and Entrepreneurship. DeSeCo. European Commision: SINGULE, F. K problému pojmu dovednosti a návyku v teorii vyučování. Pedagogika, 11 (1961), č. 3, s SOLÁROVÁ, M., MECHLOVÁ, E., MALČÍK, M., VEŘMIŘOVSKÝ, J. Rozvíjení klíčových kompetencí žáka ve vzdělávací oblasti člověk a příroda. Ostrava: Ediční středisko OU, s. ISBN ŠVEC, V. Klíčové dovednosti ve vyučování a výcviku. Brno: MU, ISBN TRNOVÁ, E. Vývoj přírodovědných experimentálních dovedností žáků základních a středních škol. In DIDFYZ Inovation of Contents of Physics Education. Nitra: UKF, 2003, s ISBN

21 24 název 1. kapitoly - TUPÝ, J. Proč měnit vzdělávání. In Metodický portál Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, ISSN: On-line verze: - VACULOVÁ, I., TRNA, J. Role fyzikálních dovedností v RVP ZV. In Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky 3. Plzeň: ZČU, 2007, s ISBN VEŘMIŘOVSKÝ, J. Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ. Chemie. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - VEŘMIŘOVSKÝ, J. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ. Chemie. 1. vyd. Projekt Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na základních školách CZ.1.07/1.1.07/ Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, s. - WILLIAMS, J. et all. The Skills for Life Survay: A national needs and impact survey of literacy, numeracy and ICT skills. DfES Reserarch Report 490. London: Department for Education and Skills, pp. - Zákon č. 561 o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělávání (školský zákon) ze dne 24. září In Sbírka zákonů, částka 190. Česká republika,

22 název 1. kapitoly 9 2 Cíle přírodovědného vzdělávání V této kapitole se dozvíte: co jsou vzdělávací cíle, jak vymezovat vzdělávací cíle v jednotlivých oblastech osobnosti žáka, o taxonomiích vzdělávacích cílů, o kompetencích absolventa. Po jejím prostudování byste měli být schopni: vymezit vzdělávací cíle přírodovědného předmětu ve výkonu žáka, použít taxonomie vzdělávacích cílů pro vymezování cílů žáka v kognitivní, afektivní a psychomotorické oblasti jeho osobnosti, rozvíjet klíčové kompetence žáka ve vyučování přírodovědným předmětům. Průvodce studiem Zkusíme s Vámi stručně zopakovat vzdělávací cíle tak, abyste je uměli přesně vymezit z pozic žáka, tj. co má žák umět udělat například na konci vaší vyučovací hodiny. Dobře prostudujte taxonomii učebních úloh podle složitosti myšlenkových operací, kterou vytvořila psycholožka prof. Dana Tollingerová spolupracující s pracovníky v přírodovědném vzdělávání, hodně Vám pomohou při rozhodování o obtížností vašich zadávaných úloh. Na konci kapitoly jsou uvedeny vzdělávací cíle a činnosti žáků ve vazbě na informační a komunikační technologie, přesněji řečeno jazykem současné doby na digitální technologie. 2.1 Vzdělávací cíle a jejich vymezování V projektování vzdělávání hrají klíčovou roli vzdělávací cíle, viz M. Pasch (1998). Vzdělávací cíle jsou vlastně anticipované (předjímané) výsledky vzdělávání. Proto musejí být vzdělávací cíle stanovovány operacionálně, tzn. v pojmech výkonu žáka. Vzdělávací cíle a výsledek vzdělávání tvoří dvojici, která je základem skutečně řízeného vzdělávání. Vzdělávací cíl je určujícím strukturním prvkem ve vzdělávání a promítá se do všech činností lidí projektujících vzdělávání nebo hodnotících průběh a výsledky vzdělávání. Stanovení cílů vzdělávání je důležité při řízení vzdělávání, zejména pro řízení vlastního učení se žáka.

23 10 název 1. kapitoly 2.2 Vzdělávací cíle pro žáka Cíl obecně je představa o stavu, kterého má být dosaženo v určitém časovém intervalu. Úkol k textu: Co je vaším osobním cílem při studiu této příručky? Zkuste odpovědět. Odpověď zapište. Pro člověka je velmi důležité, aby znal cíle svých zamýšlených činností, aby věděl, co chce a hlavně, aby věděl, co nechce, aby se tomu vyvaroval. Bude se mu lehčeji žít. Každé vzdělávání je záměrný proces, jehož výsledkem je dosažení relativně trvalých změn vzdělávaného, tj. žáka. Změny navozované vzděláváním jsou v souladu s potřebami a možnostmi dané společnosti a vzdělávaných jedinců. Definice: Cílem vzdělávání je zamýšlená změna žáka, které má být dosaženo, když žák vzděláváním projde. Pokud se týká změny žáka, musí se tato změna odrazit ve všech složkách jeho osobnosti, tj. v kognitivní oblasti, afektivní oblasti a psychomotorické oblasti. Na základě uvedeného vzdělávací cíle členíme podle toho, kterou oblast osobnosti žáka chceme ovlivňovat: - Kognitivní vzdělávací cíle (poznávací cíle) zahrnují osvojování znalostí a intelektových dovedností. - Afektivní vzdělávací cíle (výchovné cíle; postojové a emocionální) zahrnují osvojování postojů, vytváření hodnotové orientace. - Psychomotorické vzdělávací cíle (výcvikové cíle) zahrnují osvojování psychomotorických dovedností. Vzdělávací cíle vyjadřují, jakých změn v kvalitě osobnosti, jakých změn v chování a prožívání žáků má být vzděláváním dosaženo ve stanoveném časovém období. Všechny tyto změny nastávají v osobnosti žáka tím, že žák se učí, čili sám žák je aktivní. Učení znamená získávání zkušeností, utváření a pozměňování jedince v průběhu jeho života. Lidské učení zahrnuje změny a formování osobnosti v nejširším smyslu (celoživotní). Naučené je opakem vrozeného. Formy lidského učení podle toho, které výsledky v něm převažují, jsou tyto: - znalosti, tj. soustavy představ a pojmů, - senzorické a senzomotorické dovednosti zdokonalení procesu vnímání: koordinace vnímání a pohybů, - intelektové dovednosti a rozvíjení intelektových schopností vyučování matematice a jazykům, - návyky, postoje, rozvíjení vlastností osobnosti, např. vytrvalost, svědomitost apod. Budeme vycházet z osobnostního pojetí vzdělávání. Vzdělání je potom ta složka vybavenosti žáka, která se zformovala prostřednictvím vzdělávacích procesů: - osvojené znalosti, - osvojené dovednosti, - osvojené postoje, - osvojené hodnoty a

24 název 1. kapitoly 11 - osvojené normy. Uvedené pojmy budeme muset alespoň rámcově definovat, protože u žáka v závěru jeho učení budeme diagnostikovat právě výsledky učení. Podrobněji viz J. Čáp a J. Mareš (2001) Znalosti Znalosti jsou systémy představ a pojmů, které si žák osvojil. Provedeme rozbor uvedené definice: - Představa je vždy názorná, je spojena s realitou. - Pojem je nenázorný, abstraktní, vzniká zobecněním. - Osvojování vědomostí je možné jen činnostmi žáka, nestačí pouhé převzetí. - Systém znamená vždy základní prvky systému a zejména vazby mezi nimi. Osvojování vědomostí proto nutně vyžaduje, aby žák prováděl činnosti a procesy a vyučování by mělo navozovat následující operace: - vnímání, - tvorbu názorných představ (pozorování, experiment), - myšlenkové procesy a operace, - formování pojmů a jejich systémů (v rámci tematického celku, v rámci předmětu, v rámci oblasti Člověk a příroda atd., pojmové mapy), - užití znalostí při řešení úloh a problémů. Při osvojování znalostí hrají hlavní roli myšlenkové procesy: - analýza, - syntéza, - porovnávání (nedostatečně prováděno ve škole), - abstrakce, - konkretizace, - zobecnění. Pro provádění těchto myšlenkových procesů je třeba žákovi nabídnout vhodné učební úlohy, které vyučující vybere nebo převážně sám vytvoří, aby u žáka tyto procesy skutečně proběhly. Vzdělávací program při osvojování znalostí žákem by měl plnit následující role: - Podněcovat žáka, do čehož patří: - vybízet žáka, - kladně hodnotit, - působit na motivaci. - Regulovat (řídit) žáka, do čehož zahrnujeme: - poskytovat návod, instrukci, ukázku žákovi, - kontrolovat a opravovat práci žáka, - ovlivňovat sebekontrolu žáka Dovednosti Dovednosti jsou učením získané předpoklady pro vykonávání určité činnosti nebo její části postup či strategie určité činnosti (dispozice pro užití znalostí pro řešení problémů, vykonávání činností určitého druhu). Příklady dovedností:

25 12 název 1. kapitoly řešení úloh určitého druhu, změření nějaké veličiny, nakreslení schématu, zapojení podle schématu, sestavení aparatury, dovednost jednat s lidmi, dovednost organizovat práci, dovednost demokraticky diskutovat Návyky Návyky jsou učením získané předpoklady, které pobízejí člověka v určité situaci k určitému chování, získané dispozice podněcující k vybavení určitých pohybů nebo úkonů v určité situaci. Příklady návyků: - návyk zkontrolovat dokončenou práci, - návyk uklidit po dokončené práci, - návyk práce s knihou, - návyky určitého druhu chování například zdravení apod., - návyky vzniklé denním režimem, - návyky vyrovnávání se s náročnou životní situací. 2.3 Model cílů pyramida cílů Člověk se vzdělává v nějakém vzdělávacím systému. V České republice je tímto systémem Vzdělávací soustava České republiky (1999, V rámci vzdělávací soustavy se tento cíl postupně konkretizuje v cílech jednotlivých stupňů a druhů škol. V každém vzdělávacím systému jsou nejdříve definovány vzdělávací cíle, z nichž nejobecnější je profil absolventa. V profilu absolventa jsou uvedeny jeho základní kompetence, které má na základě vzdělávání získat, protože při definování profilu absolventa jsou současně uvedeny možnosti uplatnění absolventa na trhu práce. Vzdělávací cíle jednotlivých předmětů z profilu absolventa vyplývají. Co je v předmětech navíc vzhledem k profilu absolventa, není nezbytně nutné, nebude patřit k základnímu učivu předmětu, tedy dokonce nemusí být v předmětu obsaženo. Z profilu absolventa se odvozují cíle jednotlivých skupin předmětů, potom předmětů, jejich tematických celků, témat a až nakonec základní vzdělávací jednotky, např. jedné vyučovací hodiny nebo cvičení.

26 název 1. kapitoly 13 Obr. 2.1 Pyramida cílů pro vzdělávací program (kurz = předmět) Postupně takto vzniká hierarchická struktura vzdělávacích cílů, kterou si můžeme představit jako pyramidu vzdělávacích cílů, viz obr. 2.1., v níž jsou uspořádány cíle různé náročnosti vzhledem k jejich obecnosti. Na vrcholu pyramidy je nejobecnější cíl profil absolventa, směrem k základně pyramidy jsou cíle konkrétnější. Obr. 2.2 Pyramida cílů pro vzdělávací předmět (kurz = předmět) V tomto strukturovaném modelu vzdělávacích cílů pyramidě vzdělávacích cílů ve stěně pyramidy vytvoříme výseč, viz obr. 2.2, která bude představovat jeden vzdělávací předmět. Nejblíže vrcholu budou obecné cíle předmětu, to znamená cíle tematických celků, níže v hierarchii budou cíle jednotlivých témat a u základny pyramidy cíle základních vzdělávacích jednotek a jejich částí. Vymezení cílů umístěných nejblíže k základně pomyslné pyramidy cílů, tj. cílů tematických celků, dílčích témat a základních vzdělávacích jednotek, bývá většinou úlohou učitele. Při vymezování těchto nejnižších cílů musí učitel brát v úvahu předcházející historii svých konkrétních žáků, tj. jejich připravenost cíle přijat za vlastní (anticipovat je). dovednosti.

27 14 název 1. kapitoly Význam vymezení vzdělávacích cílů a) Význam vymezení vzdělávacích cílů pro učitele Úkoly k zamyšlení: - Proč má učitel fyziky nebo chemie nebo biologie vůbec uvažovat o vzdělávacích cílech? - Proč má učitel formulovat cíle? - Jak má učitel formulovat cíle? Teprve když si učitel uvědomí, čeho konkrétně má žák dosáhnout, může smysluplně volit cestu k dosažení tohoto stavu, tj. zdůvodněně rozhodnout o rozsahu a uspořádání učiva, o učebních činnostech žáků, o metodických postupech, kterými bude tyto činnosti navozovat. Stanovení konkrétních cílů vzdělávání je předpokladem účinného zjišťování stavu a hodnocení výsledků vzdělávání, což dnes nazýváme evaluace vzdělávání. Mohou být na tomto základě konstruovány testy, kontrolní práce, otázky a úlohy při zkoušení, hodnoceny odpovědi a výkony zkoušeného. b) Význam vymezení vzdělávacích cílů pro žáka Vzdělávací cíle vyjadřují plánovaný stav výsledků vzdělávání. Výsledky vzdělávání hodnocené na základě konkrétních cílů vzdělávání jsou reálným stavem výsledků vzdělávání. Nové vzdělávací cíle lze vymezit až na základě zhodnocení, jak byly splněny cíle přecházející. Bez tohoto nelze racionálně řídit vzdělávání, ale stále jen dále a dále probírat učivo. Proto pro každou vzdělávací jednotku by měly být vymezeny vzdělávací cíle v takové formě, aby na konci vzdělávací jednotky mohlo být stanoveno, zda žák cílů dosáhl a zda mohou být vymezeny další vzdělávací cíle pro další jednotku. Žák by měl mít pocit jistoty, že dosáhl stanovených cílů. To jej také povzbudí k další studijní činnosti. Vzdělávací cíl a jeho formulace vhodně upravená pro žáka významně ovlivňuje učební činnosti žáka. Žák se učí tím lépe, čím přesněji ví, co se od něj v závěru tématu očekává, jakého výkonu má být schopen, čím důsledněji je veden k tomu, aby porovnával své dosavadní výkony s cílem, hodnotil své výkony, nacházel nedostatky a chyby a na základě toho si kladl další cíle. Žák se učí tím lépe, čím více se jeho učení opírá o sebeřízení (autoregulaci) Požadavky kladené na vzdělávací cíle Z předcházející části vyplývá, že vzdělávací cíle by se měly stát neformálním účinným pomocníkem řízení vzdělávání z pozic vzdělavatele a pomocníkem žáka při autoregulaci vlastní učební činnosti. Proto by měly být a) komplexní, b) konzistentní, c) přiměřené a d) kontrolovatelné. Úkol k zamyšlení: Jak chápete komplexnost vzdělávacích cílů? Vzdělávací cíle mají zahrnovat změny týkající se celé osobnosti žáka. Měly by zahrnovat jeho oblast poznávací (kognitivní), citově volní (afektivní) a psychomotorickou.

28 název 1. kapitoly 15 Vzdělávací cíle, které směřují ke kognitivní oblasti žáka, jsou nejčastěji uváděny vzdělavatelem, protože jsou nejsnáze dosažitelné a kontrola jejich dosažení je nejjednodušší. Příklady postupně náročnějších cílů v kognitivní oblasti: - Žák si má zapamatovat a umět reprodukovat určitou definici, pravidlo, zákonitost; má uvést vlastní příklady situací, v nichž se pravidlo, zákonitost atd. projevuje. - Žák má umět osvojené pravidlo použít podle předloženého vzoru řešit úlohy stejného typu, které byly vysvětleny v učivu nebo i úlohy jiného typu. - Žák má umět řešit nové, nezvyklé situace, formulovat a řešit problémy, potom zdůvodnit postup svého řešení. - Žák má umět vyjádřit svou myšlenku graficky. Vzdělávací cíle, které směřují k afektivní oblasti žáka, vzdělavatel poněkud obtížněji určuje. Příklady cílů v afektivní oblasti: - V žákovi má být vzbuzen zájem o předkládané učivo, o určité téma nebo problém. - Žák má prožít radost z úspěšného řešení učební úlohy, z kladného sebehodnocení vlastního výkonu nebo i z výkonu skupiny, ve které pracoval. - Žák má vyjadřovat svůj vlastní názor na určitý problém a postupně získávat potřebu zaujímat a formulovat vlastní stanoviska ke sporným otázkám. Vzdělávací cíle, které směřují k výcvikovým cílům v psychomotorické oblasti žáka, nesmějí být opomenuty. Jedná se o způsob, kterým bude žák vyjadřovat výsledky svých učebních činností. Žák se má například naučit zacházet s určitými přístroji a pomůckami, má umět narýsovat, má umět nakreslit, má umět napsat apod. Většinou žák bude prokazovat tímto způsobem výsledky svých učebních činností a tyto výsledky budou zpravidla hodnoceny vnějším hodnotitelem. Úkol k zamyšlení: Jak chápete konzistentnost vzdělávacích cílů? Jak již bylo uvedeno, vzdělávací cíle tvoří hierarchickou strukturu, jsou uspořádány podle míry své obecnosti, viz obr. 2.1 a 2.2 model pyramidy vzdělávacích cílů. Přitom nižší, konkrétnější vzdělávací cíle jsou podřízeny vyšším, obecnějším vzdělávacím cílům. Splnění určitých obecnějších vzdělávacích cílů žákem je vázáno na dosažení řady dílčích konkrétnějších vzdělávacích cílů. Příklad: Má-li si žák osvojit řešení např. fyzikálních úloh, nemůže přeskočit fázi řešení úloh na prosté dosazení daných veličin do fyzikálního vztahu. Přeskočí-li tuto fázi, má trvalé nedostatky při řešení úloh. Neúspěch v této oblasti způsobí trvalý odpor žáka nejen k řešení úloh ve fyzice, ale obecně k řešení jakýchkoli úloh a k celé fyzice. Stačí však, aby tato jednodušší nižší fáze řešení úloh byla dodatečně se žákem provedena a žák je schopen úspěšně

29 16 název 1. kapitoly řešit i náročnější úlohy. Uvedené bylo v rámci výzkumu provedeno a publikováno v různých zemích v oblasti matematiky a fyziky v období, kdy bylo módní řešit hlavně problémové úlohy s cílem rozvíjet tvořivost žáků. Zde splnění vyššího nadřazeného cíle je dokonce psychologicky podmíněno splněním nižšího cíle. Tuto vnitřní vazbu vzdělávacích cílů v cílové struktuře nazýváme konzistencí vzdělávacích cílů (soudržností cílů). Cíl, který nepomáhá dosažení hierarchicky vyššího cíle nebo dokonce jeho dosažení ztěžuje, není konzistentním cílem. Příklad: Výchovné působení některých akcí ve škole nebo v obci může mít negativní dopad cíl akce nebyl konzistentní s celkovou aktivitou školy nebo obce. Příklad: Je-li v rámcovém vzdělávacím programu uvedeno, že se má u žáků rozvíjet schopnost analyzovat a syntetizovat poznatky, zobecňovat poznatky z analýzy konkrétních dějů, potom cíle tematických celků a témat, mají-li být konzistentní, nemohou zahrnovat pouhé pamětní osvojení učiva a zobecnění sdělená žákovi v hotové podobě například formou zákonitosti nebo zákona. Žák ke splnění tohoto náročného cíle musí provádět učební činnosti v oblasti analýzy, syntézy a zobecňování sám nebo ve skupině žáků. Navozování těchto činností bývá zpravidla prováděno nově koncipovanými učebními úlohami. Úkol k zamyšlení: Jak chápat přiměřenost vzdělávacích cílů? Přiměřené cíle jsou reálně splnitelné žákem v příslušné etapě vzdělávání v daném časovém intervalu. Cíle mají být náročné, ale současně splnitelné. Měly by odpovídat podmínkám, v nichž se vzdělávání realizuje. Přitom je třeba respektovat vnitřní podmínky vzdělávání, tj. jak kvalitně byly splněny přecházející cíle, tj. co žák již umí, jakých výkonů je schopen, jaký je vztah žáka k předmětu a učení se, ale také, jaké předpoklady má i sám žák, což zahrnuje jeho předcházející vzdělávací historii a zkušenosti. Je třeba také respektovat vnější podmínky vzdělávání, tj. kolik času má žák k dispozici, jak je vybaven potřebnými materiálně didaktickými prostředky ke studiu, v jakých prostorách studuje. Z toho vyplývá, že by vyučující neměl mechanicky přebírat vzdělávací cíle, které se mu nabízejí v centrálně zpracovaných materiálech. Zejména cíle vzdělávacích jednotek by měl pokládat za návrh, inspiraci a vhodně je přizpůsobovat podmínkám, v nichž skutečně vzdělávání probíhá. Úkol k zamyšlení: Jak chápete kontrolovatelnost vzdělávacích cílů? Vymezené vzdělávací cíle mají být bezprostředně užitečné pro práci učitele a žáků. Proto musejí vedle obsahové složky, která odpovídá na otázku Co má být osvojeno?, obsahovat vždy i další složku, označenou jako psychočinnostní. Tou se vymezuje, s jakými změnami v psychice žáka má být obsah vzdělávání spojen v dané etapě jeho učení.

30 název 1. kapitoly 17 O psychických změnách v osobnosti žáka lze usuzovat jen na základě jeho pozorovatelné činnosti a navíc k těmto změnám dochází jen v konkrétní předmětné činnosti žáka. Proto má vymezení cíle vždy vyjadřovat činnosti žáka, tj. jakého výkonu má být žák v určité etapě svého učení schopen v souvislosti s předem vymezeným obsahem učiva. 2.4 Způsoby vymezování vzdělávacích cílů Předmět nebo jeho tematický celek přispívá zpravidla k dosažení několika vzdělávacích cílů v jednotlivých oblastech osobnosti žáka. Proto přesné vymezení vzdělávacích cílů má být přesným vodítkem pro práci učitele i pro autoregulaci (sebeřízení) žáka již při návrhu vzdělávání. Na konci předmětu či tematického celku je třeba zkontrolovat, zda žák cílů dosáhl a to těch, které byly předem stanoveny. Každý vzdělávací cíl, má-li být kontrolovatelné jeho dosažení žákem a také hodnoceno jeho dosažení, musí přesně a jednoznačně vymezovat požadavky na žáka. Toto jednoznačné vymezení cíle učitelem, které bude sděleno žákovi, by mělo zpravidla obsahovat: 1. požadovaný výkon žáka, 2. podmínky výkonu žáka, 3. rozsah výkonu žáka a 4. normu výkonu žáka. Řečeno jednodušeji: vzdělávací cíle musejí být stanovovány z pozic žáka v přesně vymezených činnostech žáka, aby žák jednoznačně věděl, co má na konci učení se umět udělat. Cíle mají zahrnovat zejména změny v činnostních složkách osobnosti žáka Požadovaný výkon žáka Prvním krokem při vymezování vzdělávacích cílů je stanovení požadovaného výkonu žáka. Požadovaný výkon je definován soupisem všech činností, které by měl žák na konci svého učení ovládat. Jedná se o hledání odpovědi na otázky: - Co má žák umět? - Co má žák vykonat? - Co má žák znát? - Co má žák si osvojit? Poznámka k pojmu osvojení : O tom, že část učiva, například definice, byla osvojena, můžeme tvrdit až tehdy, když učivo umí žák použít v praxi ať odborné, či v praxi každodenního života. Příklady na stanovení požadovaného výkonu žáka ve fyzice: - Žák má poznat rovnoměrný pohyb tělesa. - Žák má umět vysvětlit, jaký je rozdíl mezi rovnoměrným pohybem tělesa a nerovnoměrným pohybem tělesa. - Žák má umět reprodukovat vztahy pro rychlost a dráhu rovnoměrného pohybu tělesa. Má umět vysvětlit obsah těchto vztahů. - Žák má umět vyřešit jednoduché úlohy na výpočet dráhy, rychlosti a doby pohybu u rovnoměrného pohybu tělesa. - Žák má umět graficky vyjádřit závislosti v = f (t), s = f (t ), s = f (v). Má umět z grafu odečítat další veličiny. Žák má z grafu poznat, o který druh pohybu se jedná. Má z grafu určit základní charakteristiky pohybu.

31 18 název 1. kapitoly Požadovaný výkon je v uvedených příkladech vyjádřen slovesnou vazbou, která jednoznačně vyjadřuje činnosti žáka, například reprodukovat, tj. uvést pamětně osvojené příklady z učebnice, vyjádřit vlastní názor, zdůvodnit. Obecně vyjádřené činnosti žáka bez dalšího zpřesnění, které mohou být různě interpretovány, jako je například žák má osvojit si, pochopit, porozumět atp. je účelné nahradit aktivními slovesy ve vazbě s konkrétní činností, viz další text. Úkol k zamyšlení: Zřejmě Vás napadl problém: Jak poznám, že při projektování vzdělávání byly vzdělávací cíle stanoveny jednoznačně v činnostech žáka? Příklad: Při formulaci cíle Žák pochopí Ohmův zákon vás zřejmě napadne, že když žák pochopí, ještě vůbec to neznamená, že bude umět řešit úlohy z praxe, tzv. autentické úlohy, v nichž využije pochopení Ohmova zákona Podmínky výkonu žáka Druhým krokem je vymezení podmínek, za kterých musí být již stanovený výkon žáka proveden, aby mohl být ještě považován za vyhovující kromě již dříve podrobně popsaného cílového výkonu žáka. Jedná se o hledání odpovědi na otázku: - Za jakých podmínek má žák umět vykonat?" Příklady odpovědí: - Samostatně. - Bez pomoci učitele. - Ve spolupráci v malé skupině. - S použitím vyhledávání na internetu. - S pomocí učebnice. - Pomocí tabulek. - S pomocí slovníku. - Pomocí speciálního programu Rozsah výkonu žáka Jedná se o vymezení očekávaného výkonu žáka tak přesně vzhledem k jeho operační struktuře, aby měl pro co největší okruh uživatelů přibližně tentýž význam a výklad. Jedná se o hledání odpovědí na otázky: - Co to znamená umět? - Co to znamená vykonat? - Co to znamená znát? - Co to znamená osvojit si? - Jak poznám, že umí? - Jak poznám, že vykoná? - Jak poznám, že zná? - Jak poznám, že si osvojil? Příklady jednoznačných výsledků žáka: - Žák umí nakreslit funkční schéma - Žák umí postihnout smysl - Žák umí zapojit větvený elektrický obvod podle předloženého

32 název 1. kapitoly 19 schématu Norma výkonu žáka Čtvrtým krokem je vymezení normy výkonu žáka. Jedná se o určení míry očekávaného výkonu žáka: o jeho přesnost, rychlost, pohotovost, automatizovanost. Jedná se odpověď na otázky: - Do jaké míry musí umět? - Jak dokonale musí umět vykonat? - Jak dokonale musí znát? Odpovědi jsou vyjádřeny časovým intervalem, počtem, procentem správných řešení, povolenou odchylkou atp. Příklad normy výkonu žáka: - Za 5 minut. - 8 správných odpovědí z 10 možných % úspěšných odpovědí. - S 5 % odchylkou od správné hodnoty. - Vždy, i kdybych Tě o půlnoci probudil. Poznámka: Je třeba uvést, že takto přesně kontrolovatelné a jednoznačně stanovené vzdělávací cíle je možné vymezovat a také žákovi sdělovat jen v kognitivní a psychomotorické oblasti osobnosti žáka. Vzdělávací cíle v oblasti afektivní nemůžeme takto jednoznačně stanovit a také je žákovi nesdělujeme. Ve skutečnosti jsou to cíle pro učitele, které vyjadřují, jakým způsobem má na osobnost žáka působit, jaké strategie zvolit, jak žáka podporovat, aby těchto cílů žák dosáhl. Příklad: Jedná se o cíle formulované takto: - Vzbudit u žáka zájem o - Navodit u žáka prožitek z dobře vyřešeného úkolu. - Navodit u žáků prožitek z úspěšně provedené práce v malé skupině. Ve vymezení každého cíle je složka obsahová (týká se konkrétního odborného obsahu předmětu) a psychočinnostní, tj. činnosti žáka, výkon žáka, v němž se v souvislosti s obsahem utvářejí a projevují změny v jeho osobnosti, viz shrnutí v tabulce 2.1. V praxi se však často setkáváme se dvěma nesprávnými extrémy: - bezcílovostí obsahu, kde cíl je vymezen názvem tématu, např. "Gravitace" nebo Hlodavci. - bezobsahovostí cíle, kde cíl je vymezen například "Rozvíjet tvořivé myšlení". Z praxe lze zobecnit, že čím je cíl konkrétnější, tj. čím je na nižší úrovni hierarchické struktury cílů (viz pyramida cílů), tím větší počet složek by mělo jeho vymezení mít, aby bylo pro učitele i žáka neformálně užitečné. Hierarchická struktura cílů v jednotlivých složkách osobnosti žáka bude přehledně uvedena v následující podkapitole 2.5. Tabulka 2.1 Vymezování cílů - shrnutí Vymezení cíle Otázka Požadovaný výkon žáka jednoznačně Co má žák umět, vykonat, znát, stanovené činnosti Podmínka výkonu žáka samostatně, ve spolupráci s někým, s pomocí osvojit si? Za jakých podmínek má žák umět vykonat?

33 20 název 1. kapitoly učebnice nebo skripta Rozsah výkonu žáka žák má umět vyjmenovat, rozlišit, sestrojit, umět vypočítat, umět vyřešit problém určitého druhu Norma výkonu žáka přesnost, rychlost, pohotovost, automatizovanost čas, počet správných odpovědí 80 % správných odpovědí, za pět minut, vždy, povolená odchylka Co to znamená umět, vykonat, znát, osvojit si? Jak poznám, že umí, zná, osvojil si? Do jaké míry má žák umět, vykonat, znát, osvojit si? Jak dokonale to musí umět vykonat? 2.5 Taxonomie vzdělávacích cílů Didaktická analýza obsahu učiva Vzdělávací cíle učitel vymezuje na základě didaktické analýzy obsahu učiva. Začíná vždy analýzou tematického celku, od něhož přechází k jednotlivým dílčím tématům a vyučovacím jednotkám, aby byl splněn požadavek konzistentnosti cílů. Klade si přitom otázky: - Jaké vzdělávací možnosti učivo poskytuje v oblasti kognitivní? - Jaké vzdělávací možnosti učivo poskytuje v oblasti afektivní? - Jaké vzdělávací možnosti učivo poskytuje v oblasti psychomotorické? Nelze například předpokládat, že žák samostatně vyřeší problémovou úlohu, jestliže si předtím pamětně neosvojil základní fakta daného tématu, neporozuměl jejich vazbám (souvislostem) při řešení jednodušších úloh. Neměly by však být opomíjeny i náročné cíle, například řešení problémů, problémových úloh ve spolupráci v malých skupinách při opakování většího celku, kdy nižších cílů již žák dosáhl. Vzhledem k časové náročnosti realizace těchto vyšších vzdělávacích cílů je možno je plnit jen úměrně k podmínkám vnitřním i vnějším a teprve po osvojení příslušného učiva žákem na nižších úrovních. V další části uvedeme odpovědi na následující otázky: - O jaké nižší úrovně vzdělávacích cílů se jedná? - Jaká je hierarchie vzdělávacích cílů? - Odkud a kam má učení studujících postupovat? Taxonomie vzdělávacích cílů v jednotlivých oblastech Na předcházející otázky, tj. - O jaké nižší úrovně vzdělávacích cílů se jedná? - Jaká je hierarchie vzdělávacích cílů? - Odkud a kam má učení studujících postupovat? odpovídá taxonomie vzdělávacích cílů. Taxonomie je hierarchicky zpracovaná klasifikace, kde následující stupeň vyžaduje splnění předcházejícího stupně. A právě velmi vhodnou pomůckou pro vymezování konzistentních vzdělávacích cílů může být hierarchicky uspořádaný model cílů, který

34 název 1. kapitoly 21 abstrahuje od obsahu vzdělávání. Hierarchicky uspořádaných taxonomií vzdělávacích cílů byla zpracována ve světě celá řada. Největší počet taxonomií byl vytvořen v kognitivní oblasti. Uvedeme tři taxonomie v oblasti kognitivní, dvě z oblasti afektivní a jednu z oblasti psychomotorické Taxonomie vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti Kognitivní oblast zahrnuje učení se znalostem, jejich pamětné znovuvybavování a znovupoznání, zahrnuje i intelektové dovednosti ústící ve schopnost logicky myslet. Tato oblast vzdělávacích cílů je rozpracována nejvíce. Nejčastěji jsou používány tři taxonomie vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti, jejichž autory uvádíme: - Benjamin S. BLOOM, americký psycholog (1956), nejstarší taxonomie, 6 základních kategorií; - Bołesław NIEMIERKO, polský pedagog (1979), dvě základní kategorie: znalosti, dovednosti (umět použít ve stejné situaci, umět použít ve změněné situaci); - Dana TOLLINGEROVÁ, česká psycholožka (1969), taxonomie učebních úloh podle složitosti myšlenkových operací žáka vycházející z Bloomovy taxonomie, 5 základních kategorií, které jsou konzistentní. a) Niemierkova taxonomie vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti Niemierkova taxonomie vzdělávacích cílů je ve srovnání s Bloomovou taxonomií mnohem jednodušší taxonomii vzdělávacích cílů v oblasti kognitivní. Zpracoval ji polský pedagog Boleslaw Niemierko (1975). Jednoduchost taxonomie, její srozumitelnost pro učitele i žáky, byla příčinou, že se stala dobře využitelnou pomůckou pro vymezování konzistentních vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti žáka. Hierarchie cílů je zde budována na vzrůstající komplexnosti vzdělávacích procesů. Při vymezování cílů bude učitel spojovat jednotlivé obecné úrovně osvojení učiva žákem s konkrétním učivem. Uvádíme tuto taxonomii v překladu: 1. úroveň: ZNALOSTI A Zapamatování znalostí - připravenost žáka vybavit si určitá fakta, pojmy, zákonitosti, zákony, teorie nebo zásady činnosti; - zapamatování je spojeno s elementárním porozuměním znalostem, žák je nesmí mezi sebou zaměňovat a zkreslovat. B Porozumění znalostem - žák dovede zapamatované znalosti uvést v jiné formě než v té, ve které si je zapamatoval; - žák dovede znalosti - uspořádat, - zestručnit je a - učinit základem jednoduchých závěrů. 2. úroveň: DOVEDNOSTI C Používání znalostí v typových situacích - žák ovládl dovednost používat znalostí podle dříve předložených vzorů, - cíl použití znalostí však nesmí být příliš vzdálen od jejich používání při procvičování učiva.

35 22 název 1. kapitoly D Používání znalostí v problémových situacích - žák ovládl dovednost: - formulovat problémy, - provádět analýzu a syntézu pro něj nových jevů, - formulovat plán činnosti, - vytvořit originální předměty nebo řešení, - hodnotit podle určitých kritérií. Uvedená Niemierkova taxonomie charakterizuje různé úrovně osvojení znalostí a dovedností. Přitom znalosti a dovednosti lze považovat za opravdu osvojené žákem teprve tehdy, je-li žák připraven k jejich aplikaci v různých, tj. známých i neobvyklých situacích a vytváří-li si k nim pozitivní vztah. Je tedy podstatný rozdíl mezi znát určitý zákon, tj. umět jej reprodukovat, a umět zákon využít v praxi. b) Taxonomie učebních úloh podle Dany Tollingerové Další taxonomie vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti vychází z Bloomovy taxonomie a pro naše české poměry ji zpracovala formou učebních úloh Dana Tollingerová (1970). Jedná se o pedagogicky velmi účinnou transformaci vzdělávacích cílů v kognitivní oblasti do operacionalizované podoby jakou jsou učební úlohy, čili jsou zaměřeny na učení se žáka. Taxonomie je známa pod názvem taxonomie učebních úloh podle jejich operační struktury, protože je uspořádána podle náročnosti na myšlenkové operace, které se uplatňují při jejich řešení. Učební úloha plní v činnostech žáka čtyři významné funkce: - navozuje činnost žáka, funguje jako příčina činnosti žáka, - vytváří prostor pro činnost žáka a do určité míry vymezuje operace, které má žák při řešení úlohy použít, - vystupuje jako podmínka utváření činnosti žáka, umožňuje dosažení jistého výsledku žákem a navíc vede i k osvojování činnosti, která k výsledku směřuje, - vystupuje jako prostředek, kterým lze činnost žáka řídit. Taxonomie učebních úloh podle jejich operační struktury zahrnuje celkem pět kategorií s postupně vzrůstající náročností na myšlenkové operace. Jednotlivé kategorie jsou rozpracovány do subkategorií, které mají také postupně vzrůstající nároky na složitost myšlenkových operací. Do první kategorie patří úlohy, které se převážně opírají o pamětní procesy a jejichž obsahem je znovupoznání nebo reprodukce jednotlivých faktů i jejich skupin a celků. Do druhé kategorie jsou zařazeny úlohy, jejichž řešení se neobejde bez určitých myšlenkových operací. Jsou to úlohy na zjišťování, vyjmenovávání, porovnávání, zobecňování atd. Do třetí kategorie jsou zařazeny úlohy, jejichž řešení vyžaduje složité myšlenkové operace. Jsou to úlohy na překlad nejen z jednoho cizího jazyka do druhého, ale obecně také z reálné situace do symbolických jazyků a naopak. Příklad úloh na překlad: - překlad slovního vyjádření do matematického vztahu a naopak, - překlad z reálného zapojení do schématu zapojení a naopak, - překlad z reálného optického zobrazení do schématu zobrazení a naopak,

36 název 1. kapitoly 23 - obecně překlad z každé reálné situace do schematického zobrazení a naopak. Vyšší subkategorie v této třetí kategorii zahrnují úlohy na indukci, dedukci, interpretaci, verifikaci apod. Úlohy čtvrté kategorie vyžadují delší a systematické zpracování znalostí a dovedností, které ústí například ve vypracování přehledu, zprávy, referátu až do vypracování projektu. Do páté kategorie jsou zařazeny úlohy vyžadující tvůrčí myšlení. Pro učitele, který se připravuje na vyučovací hodinu, může taxonomie učebních úloh sloužit třem cílům: - Pomáhá učiteli, který není odborný psycholog, udělat si představu o tom, jak operačně náročné jsou úlohy, které zadává, co vlastně těmito úlohami od žáka vyžaduje. - Pomocí uvedené taxonomie úloh může učitel určit, jak náročně vzdělávací cíle v oblasti kognitivní žákovi předkládá, jak složité myšlenkové operace od žáka bude vyžadovat. - Úlohami daného typu může učitel ověřit, zda žáci dosáhli vzdělávacího cíle v kognitivní oblasti. Uvádíme taxonomii učebních úloh podle složitosti myšlenkových operací podle Dany Tollingerové: 1.0 Úlohy vyžadující pamětní reprodukci poznatků 1.1 úlohy na znovupoznání, 1.2 úlohy na reprodukci jednotlivých faktů, čísel, pojmů apod., 1.3 úlohy na reprodukci definic, norem, pravidel apod., 1.4 úlohy na reprodukci velkých celků, básní, textů, tabulek apod. 2.0 Úlohy vyžadující jednoduché myšlenkové operace s poznatky 2.1 úlohy na zjišťování faktů (měření, vážení, jednoduché výpočty apod.), 2.2 úlohy na vyjmenování a popis faktů (výčet, soupis apod.), 2.3 úlohy na vyjmenování a popis procesů a způsobů činnosti, 2.4 úlohy na rozbor a skladbu (analýzu, syntézu), 2.5 úlohy na porovnávání a rozlišování (komparace a diskriminace), 2.6 úlohy na třídění (kategorizace a klasifikace), 2.7 úlohy na zjišťování vztahů mezi fakty (příčina, následek, cíl, prostředek, vliv, funkce, užitek, nástroj, způsob apod.), 2.8 úlohy na abstrakci, konkretizaci a zobecňování, 2.9 řešení jednoduchých příkladů (s neznámými veličinami). 3.0 Úlohy vyžadující složité myšlenkové operace s poznatky 3.1 úlohy na překlad (translaci, transformaci), 3.2 úlohy na výklad (interpretaci), vysvětlení smyslu, vysvětlení významu, zdůvodnění apod., 3.3 úlohy na vyvozování (indukci), 3.4 úlohy na odvozování (dedukci), 3.5 úlohy na dokazování a ověřování (verifikaci), 3.6 úlohy na hodnocení. 4.0 Úlohy vyžadující sdělení poznatků 4.1 úlohy na vypracování přehledu, výtahu, obsahu apod., 4.2 úlohy na vypracování zprávy, pojednání, referátu apod., 4.3 samostatné písemné práce, výkresy, projekty apod.

37 24 název 1. kapitoly 5.0 Úlohy vyžadující tvořivé myšlení 5.1 úlohy na praktickou aplikaci, 5.2 řešení problémových situací, 5.3 kladení otázek a formulace úloh, 5.4 úlohy na objevování na základě vlastního pozorování, 5.5 úlohy na objevování na základě vlastních úvah. Příklad: Ve sbírkách úloh většinou nejsou uspořádány úlohy podle složitosti myšlenkových operací. Vyučující však většinou v prezenční výuce sami hierarchickým způsobem uspořádávají úlohy. Při analýzách některých středoškolských přírodovědných učebnic z hlediska složitosti úloh, které jsou v nich žákům předkládány, bylo zjištěno, že převažují úlohy 2. kategorie, vyšší kategorie jsou zvláštností. V provedených analýzách scházely například úlohy subkategorie 2.5 na porovnávání a rozlišování. Výsledkem u žáků bylo v tomto případě zaměňování blízkých pojmů. Úkol k zamyšlení: Zamyslete se, zda ve vašem přírodovědném předmětu jsou obsaženy úlohy všech kategorií. V případě, že některé kategorie a subkategorie scházejí, vymyslete vhodné úlohy tak, aby efektivnost předmětu byla vyšší Taxonomie vzdělávacích cílů v afektivní oblasti Hodnotová oblast vzdělávacích cílů zahrnuje vytváření zájmů, názorů a postojů. Dále zahrnuje vytváření morálních hodnot jako výsledků dovednosti hodnotit, dovednosti kritického myšlení, jako předpoklad k osobní a společenské aktivitě, k jednání a chování v dané společnosti. Hodnotová oblast vzdělávacích cílů předpokládá znalosti a intelektuální dovednosti, které jsou obsahem kognitivní oblasti vzdělávacích cílů. Takže dosažení kognitivních vzdělávacích cílů žákem je nutným předpokladem pro jeho následné jednání, které spadá již do afektivní oblasti. O taxonomii vzdělávacích cílů v afektivní oblasti se pokusil D. R. Krathwohl se spolupracovníky. Vytvořil následující taxonomii: 1. Přijímání (vnímavost) žák je ochoten přijímat či vnímat. 2. Reagování zvýšená aktivita žáka, zainteresovanost. 3. Oceňování hodnoty pociťování závazku k hodnotě, která začíná ovlivňovat jednání žáka, uvedené cíle vyvolávají zájem a vytvoření kladného postoje. 4. Integrování hodnot (organizace) žák integruje hodnoty do svého systému hodnot, určuje vztah mezi nimi a stanoví základní, dominantní hodnoty ve svém systému. Postupně si takto vytváří systém hodnot. Cíle v této kategorii znamenají začátek vytváření hodnotového systému žáka. 5. Internalizace (zvnitřnění) hodnot v charakteru hodnoty získávají pevné místo v hodnotové hierarchii žáka, vytvářejí vnitřně ucelený systém, který dlouhodobě ovlivňuje jeho jednání. Systém hodnot se včleňuje do charakteru žáka, žák zobecňuje své postoje a vytváří si životní filozofii a svůj názor na svět. Oblast jednání zahrnuje schopnost společenské a osobní orientace, schopnost uplatňovat své názory a postoje v souladu s cíli společnosti, zahrnuje i uvědomělou společenskou tvořivou angažovanost.

38 název 1. kapitoly Taxonomie vzdělávacích cílů v psychomotorické oblasti a) Davyho taxonomie vzdělávacích cílů v psychomotorické oblasti První taxonomii vzdělávacích cílů v psychomotorické oblasti vytvořil R. H. Davy (1967). Vycházel přitom z fází utváření pohybových dovedností od plné vědomé kontroly až k úplné automatizaci: 1. imitace, 2. manipulace, 3. zpřesňování, 4. koordinace, 5. automatizace. b) Taxonomie vzdělávacích cílů A. J. Harrowové (1972) v psychomotorické oblasti vychází z analýzy ontogenetického vývoje motoriky: 1. reflexní pohyby, 2. základní pohyby, 3. percepční schopnosti, 4. fyzické schopnosti, 5. adaptivní pohybové dovednosti, 6. výrazově neverbální komunikace. U mnoha oborů se uplatňuje hlavně 3. kategorie, ke které patří pohybová, zraková, sluchová a hmatová diskriminace a koordinace zraku a rukou. Diskriminační (rozlišovací) dovednosti lze plánovitě rozvíjet prostřednictvím laboratorních činností ve vyučování přírodovědným předmětům. c) Taxonomie E. J. Simpsonové v psychomotorické oblasti 1. vnímání smyslová orientace v motorické činnosti, 2. zaměřenost připravenost k psychomotorické činnosti, 3. řízení pohybové reakce imitace a zkoušky experimentem a omylem, 4. automatizace jednodušších pohybových dovedností, 5. automatizace komplexních pohybových dovedností, 6. schopnost motorické adaptace, 7. motorická tvořivost. 2.6 Znalost žáka versus vědomost žáka V poslední době do pedagogiky pronikl termín znalost. Je to dáno společenskou praxí, kde termín a obor znalostní management je běžně používán. Jaký vztah má pojem znalost ke dříve používanému pojmu vědomost? První význam termínu znalost je totožný s významem pojmu vědomost. Znalosti jsou teoretické poznatky osvojené učením, především ve škole. Mohou být tříděny například podle vzrůstající kognitivní náročnosti na základě Bloomovy taxonomie cílů takto: - znalost termínů, - znalost dat, událostí, míst, osob, dějů, - znalost konkrétních zásad, pravidel, norem, - znalost trendů a posloupností, - znalost třídění, - znalost třídicích kritérií, - znalost metodologických postupů,

39 26 název 1. kapitoly - znalost zákonů a zobecnění, - znalost teorií a celých poznatkových struktur. Druhý význam termínu znalost v širším významu (Tondl, 2002) postupně proniká do pedagogiky. a) Znalosti zahrnují nejen poznatky, ale také dovednosti a schopnosti k vykonávání určitých činností. Například: Znalost cizího jazyka zahrnuje nejen vědomosti o příslušném jazyce, ale také dovednost vykonávat s těmito vědomostmi určité řečové činnosti. b) Někdy se znalosti v tomto smyslu označují jako znalosti praktické nebo pracovní. Ty jsou nezbytné pro vykonávání různých profesních a tvůrčích činností. c) Podle jiné klasifikace se rozlišuje - deklarativní znalost, - kontextová znalost, - procedurální znalost. 2.7 Typy učebních přírodovědných činností při tvorbě znalostí ve vazbě na ICT Za znalosti žáků, které získávají v přírodovědných předmětech, jsou odpovědny činnosti žáků, které provádějí v těchto předmětech. Do dneška bylo identifikováno asi 40 typů přírodovědných činností (Blanchard, Harris, 2011). Znalosti jsou zde chápány v rozšířeném slova smyslu, viz podkapitola 2.6. Z těchto 40 typů činností je 28 typů činností zaměřeno na pomoc žákům při tvorbě jejich znalostí přírodovědných pojmů a procesů. Z těchto 28 typů činností sedmnáct zdůrazňuje pojmové učení a jedenáct z nich zahrnuje procedurální znalosti používané v učení přírodním vědám. Ze 40 typů činností pouze 12 typů popisuje činnosti, které podporují vyjádření znalostí žákem. Budeme se zabývat třemi skupinami přírodovědných činností žáků zaměřených na tvorbu znalostí žáků, tj. a) tvorba znalostí pojmů pojmové znalosti (deklarativní), b) tvorba procedurálních znalostí procedurální znalosti, c) vyjádření znalostí deklarativní znalosti. V dnešní době je nutno do činností žáků v přírodovědných předmětech začlenit také digitální technologie, protože žáci trvale s nimi pracují doma mimo vyučování. Ve využívání sociálních sítí jsou žáci nesrovnatelně dále, než jejich rodiče a často i než jejich učitelé Proto v následujících třech tabulkách jsou uvedeny tři skupiny typů činnosti při osvojování daného typu znalostí žáky v přírodovědném učení žáka. První sloupec obsahuje příkaz navozující typ činnosti žáka, druhý sloupec udává stručný popis činnosti žáka často v malé skupině spolužáků nebo v celé třídě a třetí sloupec doporučuje vhodné digitální technologie, které mohou být použity pro podporu jednotlivých typů učební činnosti. U digitálních technologií není úmyslně uváděn konkrétní firemní software nebo webové stránky. Inspirací pro nás byla práce autorů Blanchard, Harris a Hoffer (2011).

40 název 1. kapitoly 27 a) Typy činností budující pojmové znalosti (deklarativní znalosti) Učitelé mají mnoho možností k tomu, aby žákům pomohli při tvorbě znalostí přírodovědných pojmů, jak je uvedeno v tabulce činností č Tabulka 2.2 Typy činností při tvorbě znalostí pojmů Typ činnosti Stručný popis činnosti Dostupné digitální technologie Čti text! Zúčastni se prezentace/demonstrace! Dělej si poznámky! Prohlížej si obrázky/předměty! Diskutuj! Účastni se simulace! Prozkoumej zadané téma/realizuj souběžný výzkum! Žáci získávají informace z učebnic, laboratoří, atd.; jak v tištěné, tak i v elektronické formě Žáci získávají informace od učitelů, pozvaných hostů a spolužáků, osobně nebo pomocí videa, ústně nebo z multimédií. Žáci si zaznamenávají informace z přednášky, prezentace nebo skupinové práce. Žáci si prohlížejí statické a dynamické (např. video, animace) obrázky/předměty; v tištěné nebo v elektronické formě. Žáci se zapojují do rozhovoru s jedním nebo s více spolužáky nebo s celou třídou synchronně/asynchronně Žáci pracují s fyzickou nebo elektronickou simulací, která umožní žákům prozkoumat přírodovědný obsah. Žáci shromažďují informace/realizují souběžný výzkum, Webové stránky, elektronické učebnice, online databáze, časopisy Prezentační software, digitální vizualizér, video Textový editor, wikipedie, software pro tvorbu pojmových map Digitální vizualizér, digitální mikroskop, digitální fotoaparát, video (např. dokumentární filmy nebo diskuse), webové stránky Online diskusní fórum, , chat, blog, videokonference, interaktivní tabule Software na podporu výuky ve třídě, simulace na webových stránkách, systémy na zasílání odpovědí ( clickers ) Webové vyhledávače, elektronické

41 28 název 1. kapitoly Studuj! Pozoruj jevy! Rozlišuj pozorování od usuzování! Rozvíjej předpovědi, hypotézy, otázky, proměnné veličiny! Vyber postupy! Urči pořadí postupů! Uspořádávej/klasifikuj data! Analyzuj data! využívají informační zdroje v tištěné nebo elektronické formě. Žáci studují terminologii, klasifikace, výsledky testů, atd. Žáci pozorují jevy, které vzbuzují vědecké otázky, které se týkají fyzických objektů, organismů nebo elektronických médií. Žáci rozlišují mezi přímým smyslovým vnímáním a usuzováním, které vyžaduje určité znalosti zkoumané oblasti. Žáci rozvíjejí/přemýšlejí o předpovědích a vybírají odpovídající hypotézy, testovatelné otázky a proměnné veličiny. Žáci si vyberou postupy a vhodné nástroje na testování hypotéz a/nebo odpovídají na otázky. Žáci seřadí postupy za účelem sběru odpovídajících dat. Žáci vytvářejí strukturu pro uspořádání sebraných dat. Žáci zkoumají zákonitosti, popisují vztahy, rozumí vztahu příčina a následek, archivy Webové stránky, software na vytváření kvizů, online doplňky textu, wikipedie Videoklipy, digitální mikroskop, digitální vizualizér, prezentační software Interaktivní tabule, digitální vizualizér, videoklipy, audionahrávky Textový editor, interaktivní tabule, software pro tvorbu pojmové mapy, wikipedie Probeware, digitální směšovače, video/audio záznamník, digitální fotoaparát, grafické kalkulátory Simulace, třídní software, textový editor Databáze, tabulkový procesor, software pro tvorbu pojmové mapy Tabulkový procesor, dynamická

42 název 1. kapitoly 29 Porovnej výsledky s předpověďmi/s hypotézami! Vytvoř propojení mezi výsledky a vědeckými pojmy/znalostmi! stanovují priority v důkazech, určují možné zdroje chyb/nesrovnalostí, atd. Žáci hodnotí své výsledky ve vztahu ke svým předpovědím/hypotézám. Žáci spojují své výsledky s pojmy v textu/v publikacích z výzkumu. platforma na výzkum dat, grafický kalkulátor, statistický software Tabulkový procesor, dynamická platforma na výzkum dat, online grafický organizér Webové vyhledávače b) Typy činností budující žákovy procedurální dovednosti (procedurální znalosti) Při budování znalostí pojmů v přírodovědných předmětech je často vyžadováno, aby žáci používali materiály a procesní dovednosti (Milar, Driver, 1987), protože si vytvářejí vědecké znalosti. Podstatné rysy bádání ve třídě je podporováno RVP ZŠ, protože často cíle pro žáka (výstup žáka v RVP ZŠ) vyžadují určité procedury a použití vědeckých zařízení. Tento druh porozumění je nazýván procedurální znalosti, které jsou v tabulce č Tabulka 2.3 Typy činností budující žákovy procedurální dovednosti (procedurální znalosti) Typ činnosti Stručný popis činnosti Dostupné digitální Uč se a procvičuj bezpečné postupy! Měř! Procvičuj! Připravuj se/ujasni si! Žáci se učí, jak bezpečně a vhodně zacházet se zařízením. Žáci se učí, jak provádět měření s použitím specifických nástrojů (např. zkumavka, senzor pohybu). Žáci procvičují používání zřízení, software, měření, testování toho, co navrhli, atd. Žáci připravují zařízení nebo informace pro práci v laboratoři. Videoklipy, digitální vizualizér technologie Probeware, interaktivní nástroje zaměřené na specifickou oblast (např. Explore Science ) Software fungující přímo z webových stránek nebo manuály pro software, probeware, digitální vizualizér Digitální vizualizér, dataprojektor

43 30 název 1. kapitoly Prováděj procedury! Pozoruj! Zaznamenávej data! Generuj data! Sbírej data! Sbírej vzorky! Počítej! Žáci opakují zkoušky nebo jinak realizují kroky ve výzkumu (např. používají elektronické Žáci provádějí váhy). pozorování reálných nebo elektronických experimentů. Žáci zaznamenávají pozorovaná a dříve získaná data v tabulkách, grafech, obrázcích a v laboratorních záznamech. Žáci generují data (např. tepová frekvence, teplota ochlazované vody) pomocí práce se zařízením nebo pomocí animace. Žáci sbírají data pomocí reálných objektů nebo pomocí simulace. Žáci získávají vzorky/položky ke studiu (např. půda, zpěv ptactva, filmový záznam). Simulace, software na podporu výuky ve třídě Digitální vizualizér, webové kamery, digitální video kamery, digitální mikroskopy Tabulkový kalkulátor, textový editor, databáze, kapesní PC, tablet Software na podporu výuky ve třídě, grafické kalkulátory, probeware, digitální Grafické váhy kalkulátory, video, audio, digitální fotoaparáty, digitální mikroskopy, datové Digitální soubory fotoaparáty, dostupné videa, z webu diktafon Žáci počítají výsledky z dat. Kalkulačka na složitější výpočty, tabulkový kalkulátor c) Typy činností budující u žáka sdělování poznatků (deklarativní znalosti) Učitelé převážně chtějí, aby jejich žáci vyjadřovali obdobná pochopení obsahu daného tématu. Někdy však učitelé budou chtít povzbudit žáky, aby vytvořili a vyjádřili své vlastní pochopení danému tématu. Následující typy činnosti sdělování poznatků dávají žákům možnost ke sdílení a dalšímu rozvoji běžného porozumění pojmům, procedurám a vztahům, viz tabulka 2.4 Tabulka 2.4 Typy činností budující u žáka sdělování poznatků Typ činnosti Stručný popis Dostupné technologie Odpovídej na otázky! Žáci odpovídají na otázky učitele Software na podporu nebo na napsané otázky svých spolužáků v tištěné nebo výuky ve třídě, textový editor, software na tvorbu elektronické formě (např. otázky kvizů, webové stránky, vyžadující pouze krátké online diskusní fórum odpovědi, krátká vysvětlení nebo spolupráci).

44 název 1. kapitoly 31 Napiš zprávu! Vytvoř obrázek! Prezentuj nebo názorně ukaž! Odpověz na otázky kvizu nebo testu! Žáci píší laboratorní nebo výzkumnou zprávu. Žáci tvoří obrázek, v němž prezentují svou znalost přírodovědného pojmu a/nebo procesu. Žáci prezentují nebo názorně ukazují laboratorní výsledky nebo výsledky z výzkumu nebo jiné části učení (např. ústrojí lidského těla). Žáci odpovídají na otázky v kvizu nebo testu. Textový editor, prezentační software, software na tvorbu videa, wikipedie, zvukový podkasat Software na kreslení, digitální fotoaparát, software na tvorbu komiksů Prezentační software, software na tvorbu videa, digitální vizualizér, zvukový podkast, Glogster Software na podporu výuky ve třídě, textový editor, software na tvorbu kvizů nebo testů, webové stránky, školní software pro odpovědi žáků Diskutuj! Vymysli nebo vytvoř model! Žáci diskutují o protichůdných názorech obsažených v obsahu přírodovědných znalostí, které se týkají etiky, povahy přírodních věd, osobních preferencí, politiky Žáci atd. reálně nebo elektronicky vytvářejí modely pro předvedení obsahu znalosti, provádějí experimenty atd. (např. model buňky, model auta na gumičku). Kresli/tvoř obrázky! Žáci kreslí nebo vytvářejí obrázky v reálné nebo elektronické formě (z laboratoří, z pozorování atd. Vytvoř pojmovou mapu! Hraj hru! Vytvoř hru! Žáci se podílejí nebo sami vyvíjejí grafické organizéry, sémantické mapy atd. Žáci se účastní her, individuálně nebo skupinově, fyzicky nebo elektronicky, originálních nebo předem připravených. Žáci vytvářejí fyzickou nebo elektronickou interaktivní hru. Videokonference, elektronická diskusní platforma, systém pro osobní odezvu žáků. Software pro modelování, software pro kreslení, software pro tvorbu pojmových map Software pro kreslení, digitální fotoaparát, software na úpravu obrázků Software pro tvorbu pojmové mapy, interaktivní tabule, software na kreslení Software na podporu výuky ve třídě, školní systém pro osobní odezvu žáků, hry dostupné z webu Textový editor, software pro vytváření (dynam.) webových stránek, software pro vývoj videoher MIT MediaLab MediMediaMedia Lab)

45 32 název 1. kapitoly Vytvoř/předveď! Žáci vytvářejí a/nebo předvádějí: projev, píseň, báseň, sbírku, plakát, vynález, výstavu, atd. Video, diktafon, digitální fotoaparát, digitální vizualizér, textový editor, Glogster, software na vytváření videa, wikipedie, software pro vytváření webových stránek, prezentační software Shrnutí kapitoly V projektování vzdělávání hrají klíčovou roli vzdělávací cíle. Vzdělávací cíle jsou vlastně anticipované (předjímané) výsledky vzdělávání. Proto musejí být vzdělávací cíle stanovovány operacionálně, tzn. v pojmech výkonu žáka. Stanovení cílů vzdělávání je důležité jak pro řízení vzdělávání učitelem, tak i pro řízení vlastního učení se žáka. Vzdělávací cíle ve formě výkonu žáka: Co má žák na konci vzdělávací jednotky umět, definovat, co má umět porovnat, vypočítat? Vzdělávací cíle v oblasti kognitivní a psychomotorické musejí být pro žáka explicitně vyjádřeny, aby žák k jejich splnění mohl orientovat své učení. Žák musí předem vědět, jaký výkon se od něj na konci očekává. Vzdělávací cíle, tj. co má žák umět na konci vzdělávací jednotky udělat, nesmějí být žákovi zatajeny, protože slouží k autoregulaci jeho učení. K vymezování cílů v jednotlivých oblastech osobnosti žáka, tj. v oblasti kognitivní, v oblasti afektivní a v oblasti psychomotorické jsou vhodnou pomůckou taxonomie. Taxonomie je hierarchicky zpracovaná klasifikace, kde následující stupeň vyžaduje splnění předcházejícího stupně. Při vymezování cílů v kognitivní oblasti je používána - Bloomova taxonomie, - Niemierkova taxonomie, - Taxonomie učebních úloh D. Při vymezování cílů v afektivní oblasti, která předpokládá již vědomosti a intelektuální dovednosti, je nejpoužívanější - Krathwohlova taxonomie přijímání, reagování, oceňování hodnoty, integrování hodnot, internalizace hodnot v charakteru. Při vymezování cílů v psychomotorické oblasti je používána - Davyho taxonomie od plné vědomé kontroly až k úplné automatizaci imitace, manipulace, zpřesňování, koordinace, automatizace. - Taxonomie Harrovové vychází z analýzy ontogenetického vývoje motoriky. Při tvorbě znalostí v obecném slova smyslu bylo rozlišeno 40 typů učebních přírodovědných činností. Na konci kapitoly jsou uvedeny ve vazbě na ICT tabelární formou, kde první sloupec obsahuje příkaz navozující typ činnosti žáka, druhý sloupec udává stručný popis činnosti žáka často v malé skupině spolužáků nebo v celé třídě a třetí sloupec doporučuje vhodné digitální technologie, které mohou být použity pro podporu jednotlivých typů učební činnosti.

46 název 1. kapitoly 33 Úkoly k textu ÚL 1 Co je vaším osobním cílem při studiu této opory? Zkuste odpovědět. ÚL 2 a) Uveďte dovednosti, které by měl získat učením žák vašeho předmětu. b) Jak budete podporovat rozvoj těchto dovedností u žáka? ÚL 3 a) Uveďte návyky, které by měl získat žák vašeho předmětu. b) Jak budete podporovat vytváření těchto návyků u žáka? ÚL 4 a) Rozvoj kterých klíčových kompetencí, budete především u žáka dále rozvíjet ve vašem předmětu? b) Uveďte způsob, jak budete jejich rozvoj u žáka podporovat. Otázky k zamyšlení: 1. Zamyslete se nad novým pojetím pojmu znalost v pedagogice. Co nového pro vás osobně přináší? 2. Zamyslete se nad skupinami typů činností žáků pro tvorbu znalostí pojmů, tvorba procedurálních znalostí a vyjádření znalostí ve vašem předmětu. Korespondenční úkoly KÚ 1 Formulujte pro vámi vybraný tematický celek (modul) pro žáky cíle v kognitivní oblasti tak, aby jejich splnění vyžadovalo od žáka stále složitější a složitější myšlenkové operace (činnosti). KÚ 2 Formulujte pro vámi vybraný tematický celek (modul) pro žáka cíle v psychomotorické tak, aby se žák v psychomotorické oblasti postupně rozvíjel. KÚ 3 Pro jeden tematický celek zpracujte, na základě nového pojetí pojmu znalost, činnosti ve třech skupinách tvorby znalostí včetně konkrétního software, které máte k dispozici. Citovaná a doporučená literatura - BLANCHARD, M. R., HARRIS, J., HOFER, M. Science learning activity types. Retrieved from College of William and Merry, School of Education, Learning Activity Types Wiki: BYČKOVSKÝ, Petr, KOTÁSEK, Jiří, MAZÁK, Eduard. Klasifikace a vymezování výukových cílů. Studijní zpráva výzkumného úkolu V Racionalizace zjišťování výsledků výuky. Publikace VÚIST č Praha : VÚIST, s. - KLOPFER, Leopold E. Evaluation of Learning in Science. In BLOOM, Benjamin S., HASTINGS, J. Thomas, MADAUS, George, F. Handbook on Formative and Summative Evaluation of Student Learning. Ch. 18. New York : McGraw-Hill, 1971, p. - KURELOVÁ, M. aj. Pedagogika II. Kapitoly z obecné didaktiky. Ostrava: PdF OU, ISBN MALACH, J. Didaktika pro doplňující pedagogické studium. Studijní opora. Ostrava: PdF OU, MILLAR, R., DRIVER, R. Beyond processes. Studies in Science

47 34 název 1. kapitoly Education, 14, 1987, Národní program rozvoje vzdělávání v České republice. Praha: MŠMT ČR, NIEMIERKO, B. ABC testów ośiagniac szkołnych. Warszawa : Wydawnictwo szkolne i pedagogiczne, s. - Rámcový vzdělávací program gymnaziálního vzdělávání. Praha: VUP, Rámcový vzdělávací program odborného vzdělávání. Praha: NUOV, Rámcový vzdělávací program základního vzdělávání. Praha: VUP, TOLLINGEROVÁ, D. a MALACH, A. Metody programování. Úvod do teorie a praxe programované výuky a výcviku. Příloha časopisu. Odborná výchova, XXI, No 2-5, TONDL, L. Znalost a její lidské, společenské a epistemické dimenze. Praha: Filosofia, 2002.

48 název 2. kapitoly 35 3 Vyučovací metody z hlediska aktivity žáka V této kapitole se dozvíte: o dělících kritériích vyučovacích metod, o vyučovacích metodách se stupňující se aktivitou žáka, o projektovém vyučování v přírodovědných předmětech, o badatelsky orientovaném přírodovědném vyučování. Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit, jak postupně zvyšovat nárok na činnosti žáka ve vyučovacích hodinách, začlenit projektové vyučování do svých metod, objasnit žákům smysl projektu a jeho etapy, charakterizovat badatelky orientované přírodovědné vyučování a začlenit je včetně digitálních prvků do své výuky. Průvodce studiem Vyučovací metody lze členit z několika hledisek, zajímavé je zaměření na rostoucí aktivitu žáka. Z tohoto hlediska nejvyšší úroveň zaujímá projektové vyučování a z hlediska metodologie badatelsky orientované přírodovědné vyučování s podporou ICT. 3.1 Vyučovací metody v přírodovědném vyučování Vyučovací metody jsou cesty dosahování vzdělávacích cílů. Cíle vyučovací hodiny vyjadřují znalosti (viz kapitola 2 a zejména podkapitoly 2.5 a 2.6), kterým by se měl žák v rámci vyučovací hodiny naučit. Každá znalost v širším slova smyslu musí být žákovi vysvětlena, předvedena, procvičována a kontrolována. Vyučovací metody stanovují konkrétní činnosti učitele a žáků, kteří formou vzájemné interakce, interakce žáka s učivem, dospějí k osvojení si vědomostí a dovedností žákem, k získání zkušeností žákem, k formování žákových kompetencí, ke změně postojů a hodnot žáka. Existuje mnoho třídění vyučovacích metod podle různých kritérií, např. podle: - etap procesu vyučování, - pramene poznání, - logických postupů, - míry aktivity a samostatnosti žáků při osvojování učiva, - podílů dvou hlavních subjektů na procesu poznání, - oborové a předmětové specializace metod atd. Pro výuku přírodovědných předmětů je vhodná klasifikace vyučovacích metod podle Lernera (1986), která vychází z charakteru poznávací činnosti žáka při osvojování obsahu vzdělání a se zaměřením na činnosti učitele, který tuto činnost žáků organizuje klasifikace metod podle aktivity žáka a učitele při osvojování obsahu vzdělání. Analýzu této klasifikace provedeme poněkud podrobněji.

49 36 název 2. kapitoly 3.2 Vyučovací metody v přírodovědném vzdělávání z hlediska aktivity žáka a učitele Vyučovací metoda předpokládá stálou součinnost učitele a žáků, v jejímž průběhu učitel organizuje práci žáků při vyučování a v důsledku toho se realizuje osvojování vzdělávacího obsahu žáky. Každá metoda předpokládá předem stanovené cíle pro žáka, činnosti žáka odpovídající těmto cílům, přiměřené materiální didaktické prostředky a nakonec dosažené cíle žáka, tj. výstupy žáka. Z hlediska současných potřeb je vhodná klasifikace, která vychází z charakteru poznávacích činností při osvojování obsahu vzdělání žákem a ze zaměření činností učitele, který tuto činnost žáků organizuje (Lerner, 1986). Uvedené metody mohou být rozděleny do dvou skupin (Nezvalová, 1988): A. reproduktivní metody, při nichž si žák osvojuje hotové vědomosti a reprodukuje je, B. produktivní metody, které se vyznačují tím, že žák získává subjektivně nové poznatky jako výsledek tvořivé činnosti. Problémový výklad patří k přechodné skupině metod, protože předpokládá ve stejné míře jak osvojování hotových informací, tak i prvky tvořivé činnosti. Přehled metod je v následující tabulce 3.1. Tabulka 3.1 Vyučovací metody Skupiny vyučovacích metod A Reproduktivní metody B Produktivní metody Vyučovací metody 1. Informačně receptivní metoda 2. Reproduktivní metoda 3. Metoda problémového výkladu 4. Heuristická metoda 5. Výzkumná metoda Budeme podrobněji charakterizovat a analyzovat jednotlivé metody. Nejdříve uvedeme činnosti učitele a následně činnosti žáka. U každé skupiny bude navíc uvedena i forma činnosti. 1. Informačně receptivní metoda Svou didaktickou podstatou je předáváním hotových poznatků žákům, viz tabulka 3.2. Tabulka 3.2 Informačně receptivní metoda Činnosti Učitel předává hotové informace žákům formou Formy činnosti - ústního výkladu (vysvětlování, přednáška) - tištěného textu učebnice - názorných pomůcek obrazy, multimediální neinteraktivní programy - praktických ukázek způsobů činnosti demonstrační experiment Žák předávané informace - pozorně poslouchá - pochopí - zapamatuje si

50 název 2. kapitoly Reproduktivní metoda Učitel konstruuje systém cvičení na reproduktivní činnosti, které byly žákům předány prostřednictvím informačně receptivní metody. Žák, který plní tyto úlohy, provádí reproduktivní činnosti formou ústní reprodukce, řešením typových přírodovědných úloh, postupem při řešení laboratorní úlohy podle přesného návodu A. Shrnutí o reproduktivních metodách Žák si v rámci reproduktivních metod osvojuje poznatky na úrovni aplikace podle vzoru. Reproduktivní metody ve školní praxi převažují. Pozitiva reproduktivních metod: nejekonomičtější, nejúčelnější, nejrychleji vedou k cíli, nejméně náročné na činnosti učitele. Negativa reproduktivních metod: nemohou naučit žáka tvůrčí činnosti. Reproduktivní metody jsou nutné, aby si žák vytvořil: poznatkovou bázi, základní dovednosti, základní návyky. 3. Metoda problémového výkladu Učitel uvádí problém, sám řeší problém, odhaluje své myšlenkové postupy, uvádí konečné řešení problému. Takto ukazuje příklad vědeckého řešení problému. Žák kontroluje přesvědčivost a logiku tohoto postupu učitele. 4. Heuristická metoda objevitelská Heuristická metoda v přírodovědné oblasti spočívá v řešení problémové situace. Žák si osvojuje zkušenosti tvořivé činnosti řešením dílčích problémů, na které je problémová situace rozčleněna. Problémová situace je vytvořena z okruhu učiva a životních zkušeností žáků tak, aby navozovala nějaký rozpor nebo představovala nějakou obtíž. Každá problémová situace působí žákům obtíže, které si uvědomují. Způsob odstranění těchto obtíží si však žáci musejí sami najít. Ne každá situace však bývá problémovou situací. Příklady: Navozování problémových situací ve vyučování fyzice (Mechlová, 1988): problémovou situací z praxe, tzv. autentická úloha, demonstračním experimentem, který provádí učitel, frontálním žákovským experimentem, historickým experimentem, minulou zkušeností žáka, problémovou úlohou - s chybějícími údaji,

51 38 název 2. kapitoly - s nadbytečnými údaji, - na konstrukci zařízení, - výpočtovou úlohou, - experimentální úlohou, - na zjištění nějakého vztahu, - na konstrukci a zjištěni funkce nějakého zařízení. Tabulka 3.3 Etapy procesu řešení problémové situace v přírodovědné oblasti Etapy procesu řešení problémové situace: Učitel Žáci 1. Problémová situace, kterou uvede učitel, klade otázky X 2. Analýza (rozbor) problémové situace X X 3. Formulace dílčích problémů převážně žáky X X 4. Vyslovování hypotéz řešení (domněnek řešení) dílčích X problémů žáky a jejich zápis na tabuli 5. Zdůvodňování hypotéz řešení X 6. Výběr hypotéz řešení X 7. Ověření hypotéz řešením úloh, reálným experimentem X 8. Konečné ověření řešení X 9. Zhodnocení výsledků řešení, porovnání s hypotézami X 10. Objevení obecnějšího závěru, tj. přírodovědné zákonitosti X nebo zákona Je nutno, aby 4. etapa, tj. vyslovování hypotéz řešení dílčích problémů žáky a jejich zápis na tabuli, byla oddělena od dalších etap, aby žáci mohli tvořivě myslit (divergentní myšlení) a nezaměřovali se na to, aby neudělali chybu. Aktivita žáků při heuristické metodě je větší, než aktivita učitele. Věcný obsah problémové situace nemusí u každého žáka ústit v problém pro svou přílišnou obtížnost nebo naopak pro svou přílišnou snadnost, samozřejmost. 5. Výzkumná metoda Učitel sestavuje a zadává učební úlohy, které by u žáků měly zajistit tvořivé aplikace vědomostí a osvojování rysů tvořivé činnosti. Žáci provádějí činnosti z větší části nebo zcela samostatně. Učební úlohy, které učitel zadává, z časového hlediska se mohou lišit: časově nenáročné úlohy řešení vyplní jen část vyučovací hodiny, časově náročnější úlohy řešení vyplní celou vyučovací hodinu nebo i delší časový úsek. B. Shrnutí o produktivních metodách Pozitiva žáci si při produktivních metodách osvojují zobecněné poznatky: pojmy, zákony, principy, teorie, zobecněné činnosti: rozpoznání podstaty jevů, objevování vztahů mezi pojmy, zákony, principy a teoriemi. Negativa žáci si méně osvojují konkrétní znalosti: fakta, názvy, konstanty, kvantitativní údaje. Ve školní praxi hledáme optimální propojení reproduktivních metod (tradičních metod) a produktivních metod (aktivizujících metod). Ve vyučovací hodině učitel nevyužívá jedné metody, ale jejich vhodné kombinace.

52 název 2. kapitoly 39 Při konkretizace produktivních metod na základních školách učitel postupuje v následujících etapách: 1. stanovení cílů vyučovací hodiny z pozic žáků, 2. organizace činností žáků prostřednictvím učebních úloh formulovaných učitelem, 3. řízení dialogu se žáky, korekce případných odchylek řešení, 4. systematizace, shrnutí vyvozených závěrů, zobecnění poznatků. Pokud se týká výběru metod, učitel přírodovědného předmětu volí vhodné metody podle cílů vyučovací hodiny (zpravidla je jich několik) a podmínek vyučovacího procesu ve škole. Proto ve vyučovací hodině učitel přírodovědného předmětu zpravidla nepoužívá pouze jednu metodu, ale v každé části hodiny jinou metodu. Učitel přírodovědného předmětu hledá optimální propojení reproduktivních metod, kterým se také říká tradiční metody, a produktivních metod, kterým se také říká aktivizační metody. Obě skupiny mají své oprávněné místo ve vyučování přírodovědných předmětů, jak vyplynulo ze shrnutí pozitiv a negativ těchto dvou skupin metod a z pedagogické praxe. 3.3 Projektové vyučování v přírodovědném vzdělávání Existují metody, které přesahují rámec výše uvedených metod, protože se jedná o celkovou strategii vyučování. Mezi tyto metody patří problémové vyučování, programované vyučování, které dnes vyústilo v e-learning (Mechlová, 2006) a projektové vyučování (Valenta, 1993). Projektové vyučování má blízko k výzkumné metodě. Projektové vyučování integruje jednotlivé přírodovědné vyučovací předměty do jedné činnosti, kterou přibližuje reálnému životu. Projekty, které jsou východiskem metody, jsou autentické (původní), protože vycházejí ze zkušeností žáků, ze života žáků, ze zajímavostí, na které žáci narazí a chtějí je pochopit. Projekt je potom částí učiva, která směřuje k dosažení určitého konkrétního cíle, například ke zlepšení něčeho (ušetření nákladů za elektrickou energii rodiny, ušetření nákladů za všechny energie rodiny, školy), zdokonalení něčeho, naučení se něčemu, zhotovení něčeho, vypracování něčeho. Žáci jsou vedeni k samostatnému zpracování určitých projektů a získávají zkušenosti praktickou činností a experimentováním. Projektové vyučování podporuje motivaci žáků a kooperativní učení. Projekty jsou výrazem školy, která je dílnou poznání a ne chrámem poznání (Onderová, 2000). Podat přesnou definici projektu není jednoduché. Vzhledem na vztah mezi projektem a vyučovacím procesem je možno charakterizovat projekt, jako práci na dané téma, o jehož obsahu a úpravě rozhoduje jen žák, tj. autor projektu. Učitel nebo učebnice uvedou jen dané téma projektu. Někdy se nevhodně rozumí projektovou metodou vyučovací metoda, při níž jsou žáci vedeni k řešení komplexnějších problémů a získávají zkušenosti praktickou činností a experimentováním (Turek, 1997). Podle Pedagogického slovníku projektová metoda je vyučovací metoda, v níž jsou žáci vedeni k samostatnému zpracování určitých projektů a získávají zkušenosti praktickou činností a experimentováním (Průcha, 2001). Projekty žáků mohou mít formu integrovaných témat, praktických problémů ze životní reality nebo praktické činnosti vedoucí k vytvoření

53 40 název 2. kapitoly nějakého výrobku nebo produktu. Vhodné je zaměření projektů na průřezová témata v rámcových vzdělávacích programech. V Rámcovém vzdělávacím programu pro základní vzdělávání jedním z průřezových témat je environmentální výchova, která přímo vybízí k tvorbě projektů. Projekty žáků nejsou nic nového v našem školství S. Vrána (1936) v publikaci Učebné metody o projektu uvádí: Projekt je totéž co podnik. Projekt ve škole je podnik žáka nebo skupiny žáků. Je to podnik, za jehož výsledky převzal žák odpovědnost. Je to podnik, který jde za určitým cílem. Práce třídy se při projektu velmi přibližuje práci reálného výzkumného týmu. V průběhu řešení projektu žáci objevují řadu souvislostí a informací, učí se spolupracovat, získávají lásku k objevování nepoznaného. Úkol k zamyšlení: Proč je práce na projektu pro žáka motivující? Část pro zájemce: Konference Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice (Nezvalová, 2005) byla dobrým impulsem v oblasti teorie a zejména praxe projektů zaměřených jak do vzdělávací oblasti Člověk a příroda v rámcových vzdělávacích programech, tak zejména uvedením příkladů dobré praxe, které zde byly publikovány. V teoretické oblasti Dana Nezvalová (2005) v rámci projektu GAČR se zaměřila na Konstruktivismus a jeho aplikace v integrovaném přírodovědném vzdělávání, Oldřich Lepil (2005) položil otázku, zda Jsou projekty integrované přírodovědy cestou vývoje fyzikálního vzdělávání v 21. století a Renata Holubová (2005) teoreticky uvedla Projekty ve vyučovací praxi. Mezi příklady dobré praxe patří bezesporu referát Evy Müllerové (2005) Projekty ve vyučování fyzice, v němž uvedla řadu dobrých a ověřených námětů pro projekty, Petra Smyčka a Adama Dragona (2005) Projektové vyučování fyzice, kde navíc autoři uvedli skutečně problematiku projektového vyučování jako strategii učitele s náměty a praktickou ukázkou vzorového projektu Pryž (guma) i jako pracovní látka tepelného stroje, Vojtěcha Žáka (2005) Jaderné přeměny versus proměny v nás, kde uvádí vlastní zkušenost a dokládá tímto, že motivace žáků vlastní prací na projektu je dlouhodobá, Perly Buryšové (2005) Aplikace biomechaniky do výuky fyziky na ZŠ, kde je v rámci projektu integrace předmětu velmi oblíbeného žáky tělesné výchovy a předmětu z opačné strany žebříčku oblíbenosti fyziky a dva projekty Františka Špuláka (2005), které ověřoval s debrujáry Živá fyzika a Voda a její svět. 3.4 Pedagogické a psychologické důvody pro projektové vyučování Jedním z hlavních důvodů použití strategie projektového vyučování je motivace. Kladná motivace je předpokladem úspěšného zvládnutí učiva a práce na projektu je velmi užitečným prostředkem pro vytvoření kladné motivace. Osobní zkušenosti žáka jsou nejdůležitější příčinou kladné motivace. Žák vkládá do projektu mnoho vlastního, často v něm píše o svých vlastních zkušenostech, vyjadřuje své názory. Učení se prostřednictvím činnosti. Žák v rámci řešení projektu sbírá informace, kreslí diagramy, grafy, tabulky nebo obrázky, provádí výzkumy a

54 název 2. kapitoly 41 rozhovory, graficky upravuje texty, tabulky, grafy a obrázky, navrhuje a tvoří modely, reálné předměty nebo videozáznamy. Ctižádost. Projektová metoda je vhodná pro běžnou třídu, ve které jsou žáci různých úrovní. Každý žák může pracovat svým vlastním tempem a na své úrovni. Vyspělejší žáci mohou být hrdi na to, že mohou ukázat, co nastudovali. Slabší žáci jsou hrdi na své projekty například vzhledem k neobvyklému zpracování, grafické nebo výtvarné úpravě. Projektové vyučování může být využito nezávisle na kvalitě a kvantitě vědomostí žáků, protože obsah a formu projektu si žák přizpůsobuje svým znalostem, dovednostem a schopnostem. Spojitost s reálným světem (autentičnost) je významným přínosem projektového vyučování. Pro žáka je důležité, když nově získané vědomosti může uplatnit ve svém vlastním okolí. Zejména ve fyzice si žáci často myslí, že učivo obsahuje pouze teorii, která jim nikdy k ničemu nebude, protože nevidí uplatnění toho, co se učí, v praxi. Navíc projektové vyučování podněcuje žáky k uplatnění vědomostí ne pouze z fyziky, ale i z jiných přírodovědných předmětů. Umožňuje jim hovořit a psát o věcech, které jsou důležité pro jejich vlastní život. Vzdělávací hodnoty jsou dalším kladem projektového vyučování. Dnešní společnost vyžaduje od učitele fyziky, aby rozvíjel aktivitu žáků, jejich nezávislost, jejich sebedisciplínu, spolupráci, kritické myšlení, schopnost učit se a řešit problémy. Projektové vyučování vše toto umožňuje a navíc přispívá k rozvoji tvořivosti (Pišút, 2000), protože projekty jsou tvořivé obsahem i formou. Samotné projekty žáka přinutí sáhnout po literatuře vhodné pro věk žáka, nebo sbírat informace z různých zdrojů včetně internetu a digitálních knihoven. Při zpracování projektů se projeví vědecké typy žáků stejně, jako žáci výtvarně nadaní nebo žáci, kteří jsou schopni projekt zajímavě graficky upravit. Rozvíjení mezipředmětových vztahů je zcela přirozenou součástí projektového vyučování. Projektové vyučování umožňuje integraci předmětů, které jsou při tradičním vyučování odděleny. Při tvorbě projektů žáci potřebují využívat znalostí a dovedností, které získali v jiných vyučovacích předmětech, přičemž často dochází k prohloubení a upevnění učiva v dané oblasti ve všech použitých předmětech Postup a úloha učitele přírodovědného předmětu při projektovém vyučování Zpravidla se postup při projektovém vyučování skládá ze tří po sobě následujících etap: přípravné fáze, realizační fáze a hodnotící fáze. 1. Přípravná fáze Volba tématu projektu, jeho specifikace a určení cílů projektu Zvolení tématu projektu vyžaduje dlouhodobou přípravu učitele přírodovědného předmětu, který potom žákům nabídne vhodná témata pro školní práci. Učitel musí uvážit, zda projekt odpovídá psychickému a fyzickému rozvoji žáků, zda vyvolává a stupňuje zájem žáků, cvičí a rozvíjí jejich schopnosti a dovednosti, zda žákům dá něco užitečného pro život a jejich budoucnost. Plánování projektu

55 42 název 2. kapitoly V plánování projektu jsou rozvíjeny organizační schopností učitele i žáků. Je nutno zpracovat postup, plán řešení projektu, jeho rozdělení na dílčí úlohy, které budou řešit jednotlivé malé skupiny, rozdělení žáků do skupin, přidělení úloh skupinám, určení časových limitů atd. Když žák ví, co má dělat, musí také vědět, jak to má dělat. Učitel přírodovědného předmětu by měl v této etapě prodiskutovat se žáky pomůcky a materiály, které budou žáci potřebovat. V případě, že je součástí projektu experiment, graf, tabulka, rozhovor, měl by učitel fyziky zjistit, zda žáci vědí, jak postupovat. Je však třeba si uvědomit, že nejlépe rozumíme plánu, který jsme si sami vymysleli, což se týká také žáků. Žáci mají často dobré nápady, lepší a pružnější představivost nebo fantazii, než učitel. Mají-li se žáci naučit plánovat, musejí to zkusit sami. Učitel zde sehrává spíše roli manažera a pomocníka současně. Jeho hlavní úlohou při plánování projektu je upozornit žáky na nutnost plánování a řídit co nejméně. Žák, který plánuje, si navyká uvažovat nad prováděnou činností, hodnotit cesty k její realizaci, postupovat trpělivě krok za krokem, být připraven na problémy a nebát se jich. 2. Realizační fáze Řešení projektu Při řešení projektu se jedná o realizaci plánu, při kterém rozhodující roli hrají žáci, zatímco učitel přírodovědného předmětu je spíše v pozadí. Jedině v případě potřeby hraje učitel roli pomocníka, oponenta, zprostředkovatele, rozhodčího, organizátora. Učitel přírodovědného předmětu podporuje aktivity a odpovědnost žáků a zajišťuje jejich vhodné chování. Zároveň se však v jednotlivých fázích řešení sám učí, protože nemůže vědět všechno předem. Aktivity žáků a jejich samostatnost neřídí autoritativně, jeho úlohou je spíše být zvědavým, povzbuzujícím pomocníkem a partnerem žáků. 3. Hodnotící fáze Zveřejnění výsledků řešení projektu, zhodnocení práce na projektu Prezentace projektu před třídou je důležitou součástí projektového vyučování. Je vhodné vyčlenit projektovou nástěnku, kde výsledky řešení projektu mohou vidět i žáci jiných tříd. Je to současně prvek motivace, hlavně pro žáky nižších tříd, kteří se s daným učivem teprve setkají. Nejcennějším je však představení projektu ve své třídě. Žák, který má se svým projektem seznámit třídu, je výrazně motivován, aby pracoval co nejlépe při řešení projektu. Projekt i jeho prezentaci by měl učitel přírodovědného předmětu ohodnotit. Doporučuje se hodnotit projekt kladně, protože výsledek řešení projektu jako výsledek žákovy činnosti ve většině případů odpovídá maximu jeho schopností a dovedností. Projekt představuje pro žáka výsledek práce, do něhož vložil mnoho námahy a času. Hodnocení projektu by mělo být hodnocením projektu jako celku, hodnocením úrovně tvořivosti, kterou žáci projektem prokázali, hodnocením úrovně prezentace a hlavně hodnocením úsilí, které žáci vyvinuli při řešení projektu. Aby se předešlo chybám v oblasti hodnocení, je třeba přesné zadání projektu učitelem a zároveň jeho interpretace žáky na začátku projektu a průběžná kontrola práce žáků na projektu.

56 název 2. kapitoly 43 Úspěšné vyřešení projektu závisí na mnoha předpokladech, z nichž nejpodstatnější jsou následující: - potřeby a zájmy žáka místo toho, co považuje za důležité učitel, - interdisciplinarita místo izolovaných znalostí a dovedností, které jsou důsledkem vyučování izolovaných předmětů, nabízí projektové vyučování celistvé poznání určitých oblastí, - seberegulace žáka při učení řídicí role učitele se mění na roli konzultační, - aktuálnost podnětem k práci na projektu může být zpráva v médiích nebo událost z okolí žáka, - orientace na produkt žákovský projekt míří co nejvíce do života, v němž činnost a práce přinášejí také produkt, - skupinová realizace projektové vyučování znamená vzájemné propojení činností žáků v týmové práci, - společenská relevance (závažnost) projektové vyučování může být jedním z můstků spojujících život školy se životem obce, města i širší komunity Využití projektové metody v přírodovědném předmětu na základní škole Přednosti projektové metody byly ověřovány ve vyučování fyzice na základní škole (Onderová, 2000). Při ověřování byl zvolen dvojí přístup: dobrovolné samostatné domácí projekty a malé krátkodobé projekty uplatňované v rámci vyučovacích hodin, případně jako dobrovolné domácí úkoly. Uvádíme stručně zjištění Ľ. Onderové. a) Dobrovolné samostatné domácí projekty Cílem těchto projektů byla aktivizace žáků a získávání nových informací vlastní aktivitou žáků. Příklady fyzika: Projekty na základní škole byly většinou zaměřeny na vyhledávání a zpracovávání informací. Na začátku probírání tematického celku učitelka fyziky vypsala několik témat, ze kterých si žáci vybírali podle vlastního zájmu. Takto zpracovávali projekty z meteorologie Počasí, Oblaka, Vítr a z astronomie Mars, Merkur, Zamění Slunce, Zatmění Měsíce pod. Systematické využívání projektové metody se odrazilo na stoupající úrovni vyřešených projektů. Od prvních projektů žáci pracovali stále lépe a tvořivěji, čerpali z různých zdrojů informací, encyklopedií, časopisů i z internetu. Žáci si projekty rychle oblíbili, protože si vybírali témata blízká jejich zájmům, projekty jim umožnily realizovat se, prožívat radost z vlastní práce, těšit se z objevování nových věcí a jevů. b) Malé krátkodobé projekty uplatňované v rámci vyučovacích hodin, případně jako dobrovolné domácí úkoly (fyzika) Učitel, který chce začít s projektovým vyučováním, by měl pokusně zařadit do vyučování malé projekty nebo jen jejich části, aby se zredukovala rozmanitost cílů, které by byly pro začátečníka-žáka nezvládnutelné. Realizace takových projektů, jejichž cílem by byla integrace, zopakování a prohloubení poznatků, připravila by žáky na zvládnutí náročnějších a produktivnějších projektů. Takto byly navrženy a ve vyučování zpracovány projekty k tématům základní školy. Pro 6. ročník se jednalo a témata: Látky a tělesa, Měření délky, Měření objemu

57 44 název 2. kapitoly a hmotnosti tělesa, Měření teploty, Magnetické vlastnosti látek, Jednoduchý elektrický obvod, Elektrospotřebiče. V 7. ročníku byly navrženy a zpracovány projekty k tématům: Pohyb tělesa, Těžiště tělesa, Třecí síla, Archimedův zákon v kapalinách a v plynech. Pro 8. ročník se jednalo o projekty k tématům: Změna vnitřní energie při tepelné výměně, Měrná tepelná kapacita, Využití pístových spalovacích motorů, Elektrický příkon. Návrhy projektů začínaly motivačními příběhy ze života, které měly přivést žáky k problému, k otázce a z toho vyplývající úloze. Příběhy vycházely z každodenního života a zkušenosti žáků. Někdy se jednalo o úryvky z dobrodružné literatury, což zároveň některé žáky motivovalo ke čtení. Žáci si vyučovací hodiny fyziky s projektovým vyučování rychle oblíbili a již dopředu se na ně těšili. Projekty ve fyzice umožnily žákům všímat si a poznávat věci a jevy, se kterými přicházeli do styku v běžném životě a objevovat fyzikální principy, které s nimi souvisejí. Takto realizované vyučovací hodiny fyziky však obohatily i učitele fyziky, umožnily mu lépe poznat schopnosti a zájmy žáků a zároveň jej inspirovaly k dalším nápadům pro pedagogickou činnost. V projektu je důležitá kolektivní spolupráce, do které by měl každý žák přispět svým dílem podle talentu a schopností. Všichni žáci pracují na stejné výzkumné úloze, ale z různých pohledů. Při práci na projektu jsou nejcennější právě činnosti žáků, které jsou tvořivější, než klasické plnění návodu laboratorní práce. Žáci si totiž jen za minimální pomoci učitele, která spočívá v technické pomoci, musejí navrhnout: - Co budou pozorovat nebo měřit? - Jaké pomůcky a metody použijí? - Kde získají základní materiál a měřicí přístroje? - Jak budou prezentovat své výsledky? Průběh projektu: 1. Setkání všech žáků daných předmětů za účelem vybrání tématu projektu formou brainstormingu. 2. Práce na projektu v rámci předmětů. 3. Společná prezentace a vyhodnocení výsledků projektu. Brainstorming: Téma projektu si žáci vybírají v průběhu jedné až dvou vyučovacích hodin. V těchto hodinách je zpravidla rušná pracovní atmosféra. Výběr tématu je důležitý. Učitel i žáci musejí mít na paměti, že zvolené téma projektu musí být mezipředmětové, tj. musí být řešitelné prováděním experimentů z biologie, chemie i fyziky. Při výběru společného projektu vzniká nebezpečí tím, že některé téma je nevhodné pro některý z předmětů nebo téma nevede k týmové spolupráci. Když se podaří vybrat téma projektu, které žáky skutečně zajímá, jsou potom schopni i ochotni na projektu pracovat i ve svém volném čase a šířit nadšení z vědeckého výzkumu do svého okolí, což dodává práci neopakovatelnou atmosféru. Činnosti v projektu v rámci předmětu: Definování aktivit: Tato fáze již probíhá jen v rámci jednoho předmětu. Po výběru tématu musejí být přesně definovány výzkumné činnosti. Žáci si určí dílčí úlohy, sestaví pracovní skupiny a rozdělá dílčí úlohy skupinám. Většinou sami žáci přijdou na to, že potřebují nějakého koordinátora činností. Nemusí to být nutně žák výborný v daném předmětu, ale spíše dobrý manažer,

58 název 2. kapitoly 45 jehož slovo má v kolektivu váhu. Mohou vzniknout i jiné funkce jako například: teoretik, zručný expert, zapisovatel, fotograf, kameraman, specialista na počítač, internet atd. Žáci dokáží provést toto rozdělení rolí velmi rychle, protože se dobře znají a vědí, kdo je v čem dobrý. Sběr dat (údajů) a příprava prezentace: Fáze probíhá v běžných vyučovacích hodinách a to diferencovaně tak, že fyzikální výzkum je prováděn ve vyučovacích hodinách fyziky, přírodovědný výzkum v hodinách přírodopisu, chemický výzkum v chemii atd. Projekt se provádí v rámci všech předmětů dané skupiny předmětů, např. jsou v něm tedy zapojeni všichni žáci daného ročníku, nejen žáci jedné třídy. Žáci proto mohou o tématu diskutovat i mimo vyučovací hodiny, což přináší velmi dobré výsledky. Časový interval v rámci vyučování jednoho přírodovědného předmětu věnovaný projektu je dva týdny až měsíc. Je to nutné proto, aby dozrály myšlenky žáků, aby byly zajištěny materiály, ke vzájemné komunikaci žáků, ke komunikaci žáků i se žáky jiných předmětů, k analýze dat, k přípravě a technickému zajištění prezentace, apod. Vzájemné předávání informací mezi žáky může být různé, např. přímý osobní kontakt, nástěnka a velmi často využívaný a sociální sítě (blog). Během této fáze je důležité, aby žáci dodržovali bezpečnostní pravidla, řídili se etickými a environmentálními principy. Po naměření a zpracování údajů, jejich analýze, přichází na řadu příprava prezentace výsledků. Ta by měla především uzavírat společně téma z hlediska všech předmětů zapojených do projektu. Je vhodné, když se prezentace výsledků projektu účastní i další žáci školy (motivace a vzor pro jejich práci na projektu), učitelé (budou překvapeni, co vše jejich žáci dokáží), rodiče (budou hrdi na své úspěšné děti) a další. V této fázi je možno využít a ukázat talent a schopnosti žáků, kteří ve fyzice, v chemii nebo v přírodopise běžně příliš nevynikají. Tito žáci mohou být například vynikající v oblasti fotografování, videozáznamu, přípravy webových stránek projektu, nástěnky projektu, přípravy posterů, napsání fyzikálního nebo přírodopisného nebo chemického příběhu o projektu nebo pohádky z prostředí projektu, nakreslení vtipů s danou tematikou nebo vtipů z procesu sbírání dat v projektu atd. Shrnutí a prezentace: Velmi důležitá část projektu, musí jí být věnována náležitá pozornost. Příklady integrovaných přírodovědných témat: prací prášky, čisticí prostředky, koka-kola, beton, netopýři, lyžování, věda v divadle, faktory ovlivňující výkon v běhu na 400 m, přeprava žáků do školy, automobilová sedadla, tiskařské technologie, vlivy a efekty na pobřežní zvětrávání, dětská výživa, jídlo ze školní jídelny, rozdíl mezi máslem a margarínem, šetření vody ve škole a jejím okolí, školní bazén, znečišťování ve městě, produkování bioplynu z organického materiálu, vlasy. Na vlasech například žáky zajímala: tloušťka, pevnost (před umytím, po umytí, po zamrazení), pevnost uložení vlasu v pokožce, barva, maštění vlasů, růst vlasů, povrch vlasů snímek z elektronového mikroskopu, elektrostatický náboj vlasů, hustota vlasů, elektrická vodivost vlasů, tepelně izolační vlastnosti vlasů.

59 46 název 2. kapitoly 3.5 Badatelsky orientované vyučování přírodním vědám Badatelsky orientované vyučování patří mezi aktivizující metody učení. Úzce souvisí s činnostním učením, při kterém žáci objevují zákonitosti a principy pozorovaných jevů. Žáci vytvářejí za pomoci učitele hypotézy, které se snaží vlastními silami buď ověřit, že platí, nebo vyvrátit. Žáci získávají pro sebe nové poznatky a praktické zkušenosti díky vlastní práci s různými pomůckami. V průběhu vlastního bádání a poznávání jevů z běžného života se žáci učí sebehodnotit sami sebe, spolupracovat v malé skupině a prezentovat své vlastní výsledky, které sami získali a kterým v průběhu činnosti porozuměli Činnostní učení Činnostní učení je založeno na metodě objevování, která je základem pro badatelsky orientovanou výuku. Žáci se postupně a systematicky připravují na vlastní bádání (výzkum), které je v činnostním učení zastoupeno jako daný postup činností, kterými žáci procházejí. Činnostní učení je podle Tvořivé školy ( v praxi ověřený soubor činnostních metod a forem učení, který dává žákům prostor ke konkrétním činnostem, samostatným úvahám a tvorbě vlastních otázek. Základním principem je získávání nových poznatků a dovedností žáky jejich vlastní činností a prožíváním pomocí vhodných učebních materiálů a pomůcek. Činnostní učení v sobě zahrnuje tyto postupy (Stuchlíková, 2010): Samostatná činnost všech žáků. Každý žák má svou pomůcku, se kterou za asistence učitele pracuje. Pozorování, rozhovor žáků o pozorovaném a vyvozování závěrů. Učitel vede žáky k uvažování a rozhovoru o pozorovaných jevech, k vyjadřování názorů, závěrů a formulaci otázek. Činnostní procvičování učiva. Postup, kdy žáci jsou vedeni k samostatné práci s různými didaktickými pomůckami a procvičují si získané znalosti a dovednosti Badatelsky orientovaná výuka s podporou ICT Badatelsky orientovaná výuka je v oblasti přírodovědných předmětů často používaný pojem. Badatelsky orientovaná výuka má čtyři úrovně (Eastwell, 2009). Jsou to tyto úrovně: 1. potvrzující bádání, 2. strukturované bádání, 3. nasměrované bádání, 4. otevřené bádání. Jednotlivé úrovně bádání (výzkumu) navzájem na sebe navazují, jedná se o žákem postupně získávané dovednosti v procesu činnostního učení. Příklady jednotlivých úrovní bádání v přírodovědných předmětech Zdrojem informací je reálný experiment, který je v přírodovědném bádání nezastupitelný. Eastwell (2009) navrhl obsah následujících čtyř úrovní bádání takto:

60 název 2. kapitoly 47 Potvrzující bádání. Otázka i postup jsou žákům poskytnuty, výsledky jsou známy. Žáci uvedené výsledky mají ověřit vlastním experimentálním bádáním. Žáci znají postup práce a vědí, k čemu mají dospět. Příklad: Žákům je popsán experiment s oxidem uhličitým jako skleníkovým plynem. Žáci vědí, které pomůcky si mají připravit, co se stane v průběhu experimentu a jaký bude výsledek. Výsledek ověří vlastním reálným experimentem. Strukturované bádání. Otázku i možný postup uvádí učitel, žáci na základě znalostí formulují vysvětlení studovaného jevu. Žáci musejí sami přijít na to, proč daný experiment mají provádět, mají uvést, co pozorovali během experimentu, vyvodit závěry z experimentu, a uvést, co z daného výsledku vyplývá. Žáci mají k dispozici všechny pomůcky, vědí, co si mají připravit, uvažují o výsledku, jsou předem teoreticky připraveni. Z pozorovaných skutečností musí vyvodit závěr. Poznámka: Žáci většinou neumějí popsat, co pozorovali, potom je nutno experiment znovu provést. Nasměrované bádání. Učitel klade výzkumnou otázku (problém), žáci vytvářejí metodický postup a realizují jej. Učitel se zeptá na to, co se stane v případě, když daný experiment provedou. Žáci navrhují postupy experimentu, stanovují hypotézy (výsledky experimentu, tj. co se stane), sami experimenty realizují, učitel jim poskytne potřebné pomůcky, v případě potřeby jim pomůže a usměrní jejich postupy. Žáci nevědí, jak experiment dopadne, pro žáky se jedná o metodu experiment omyl. Otevřené bádání. Žáci si kladou sami problémovou otázku, promýšlejí postup, provádějí výzkum a formulují výsledky. Tj. žáci v rámci probíraného tématu kladou sobě otázky a uvádějí různé hypotézy (výsledky jejich řešení), sami uvažují o jejich provedení a navrhují metodiku experimentu a realizují jej. Badatelsky orientovaná výuka ve čtyřech úrovních poskytuje možnost zvolit učiteli tu nejvhodnější formu, která je v dané chvíli, pro danou skupinu žáků a dané téma nejvhodnější (Bell, Smetana, 2005). Učení cestou samostatného objevování neboli bádání představuje neobyčejně významný způsob poznávání a osvojování znalostí. Pro jeho úspěšnost v podmínkách školy je nezbytné, aby žáci byli vybaveni předběžnými výchozími znalostmi a dovednostmi a aby cíl, kterého chtějí dosáhnout, jim byl jasný, ale aby byl také přiměřený jejím schopnostem (Maňák, Švec, 2003) ICT v jednotlivých úrovních badatelsky orientované výuky Budeme se podrobněji zabývat badatelsky orientovanou výukou s podporou ICT, která je didakticky méně propracována (Mechlová, Přinosilová, 2012). Bádání na čtyřech úrovních má svá jasná specifika a pravidla včetně podpory ICT. Ne každá úroveň bádání je vhodná pro všechny žáky nebo skupinu žáků. Každá úroveň badatelsky orientované výuky se může lišit prostředky ICT, které se zde dají využít. Tyto prostředky jsou ovšem na každé škole jiné a značně variabilní, ale v dnešní době již se dá říci, že jsou žákům k dispozici. 1. Potvrzující bádání a) Internet vyhledávání informací žákem a kontrola vlastních odpovědí žáka, popřípadě doplnění dalších informací k zadanému tématu. Učitel poskytne žákovi internetové stránky, na kterých informace nalezne. Žák informace v e- textu nalezne. b) Výukové programy procvičování již probraného tématu.

61 48 název 2. kapitoly c) Práce s čidly žáci postupují podle návodu, znají výsledek. Jedná se o to, aby se žáci seznámili s technologiemi, které mohou být v experimentu použity a ověřili správnost prováděného postupu podle předem známých výstupů experimentu. 2. Strukturované bádání a) Práce s čidly podle zadání úlohy výsledky experimentu musí žák sám na základě měření vyvodit. Žák musí nad výsledky přemýšlet a vyslovit závěr konkrétně formou odpovědí na otázky: Proč experiment prováděl? Co zjistil na základě experimentu? b) Příprava prezentací vlastních výsledků a jejich zdůvodnění vyhledávání informací k experimentu na internetu s cílem potvrdit vlastní zjištěné výsledky. 3. Nasměrované bádání a) Práce na internetu vyhledávání informací potřebných k provedení experimentu, sledování různých simulací a animací souvisejících s experimentem, snaha přizpůsobit experiment podmínkám ve školní laboratoři nebo i mimo ni jako reálný vzdálený experiment nebo virtuální experiment. b) Prezentace celého experimentu žákům celé třídy, zdůvodnění postupu. c) Práce s čidly žáci na základě úlohy zadané učitelem provádějí experiment. Žáci sami zvolí vhodná čidla. Předem promyslí strategii postupu experimentu, provedou reálný počítačem podporovaný experiment. Závěrem uvedou: vlastní cíl experimentu, zdůvodní způsob provádění experimentu. d) Využití všech dostupných technologií na škole i mimo školu návrhy řešení problémové úlohy jednotlivými žáky, do jisté míry i novátorské postupy práce. Publikování výsledků práce a diskuse k nim (sociální sítě, školní www síť), příprava materiálů pro interaktivní tabuli doplňování výsledků reálného počítačem podporovaného experimentu. 4. Otevřené bádání a) Vlastní návrhy experimentů žáky na téma, které učitel uvede ve výuce. Žáci navrhují vlastní experimenty. Snaží se využít dostupná čidla na škole, ale snaží se rovněž navrhnout, která čidla by byla ještě potřebná. Snaží se zjistit, zda vůbec jimi navržená čidla existují pomocí učitele, internetu apod. b) Využití všech dostupných technologií na škole i mimo školu návrhy řešení problémové úlohy jednotlivými žáky, novátorské postupy práce. Publikování výsledků práce žáky. Diskuse k výsledkům práce s ostatními žáky (sociální sítě, školní www síť). Příprava materiálů pro interaktivní tabuli doplňování výsledků reálného počítačem podporovaného experimentu ICT ve výuce při řešení problémových úloh Při řešení problémových úloh jsou používány tyto metody a formy práce žáků s ICT: - práce s měřicími čidly a vhodným softwarem, pomocí něhož je reálný počítačem podporovaný experiment nebo reálný vzdálený experiment realizován, - příprava prezentací žáků s výsledky reálného počítačem podporovaného experimentu, - sdílení výsledků reálného počítačem podporovaného experimentu s ostatními žáky na sociálních sítích a různých blozích, - příprava prezentací žáky a učiteli k danému tématu, - příprava materiálů pro interaktivní tabuli žáky a učiteli, - vyhledávání informací a práce s informacemi,

62 název 2. kapitoly 49 - publikování materiálů na různých portálech souvisejících s výukou (např. DUMy digitální učební materiály). Tabulka 3.3 Návrh míry zastoupení ICT aktivit na čtyřech úrovních badatelsky orientované výuky (0 nikdy, 5 velmi často) Úroveň bádání ICT aktivity 1. potvrzující 2. strukturované 3. nasměrované 4. otevřené Práce s internetem Práce s výukovými programy Práce s čidly provádění experimentu (reálný, virtuální, vzdálený) Příprava prezentací k danému tématu Prezentace provedeného experimentu s použitím dostupného software, nástrojů a aplikací Publikování výsledků experimentů a diskuse k nim (sociální sítě, školní www síť atd.) Příprava materiálů pro interaktivní tabuli Informační a komunikační technologie mají v badatelsky orientované výuce své nezastupitelné místo. S příchodem nových technologií mohou učitelé i žáci různými způsoby řešit problémové úlohy a provádět experimenty, které tímto získávají zcela nový rozměr. Aktéři vyučovacího procesu mají tedy několik způsobů, jak k technologiím přistupovat a to z pohledu aktivit ICT a z pohledu různých úrovní badatelsky orientované výuky. V praxi žáci uplatňují informační a komunikační technologie, a to velmi významně. V současné době jsou částečně připraveny didaktické materiály pro využití ICT ve výuce v oblasti přírodovědným předmětům. Žáci díky konkrétnímu využívání badatelsky orientované výuky získají dovednosti, jak využívat ICT v jednotlivých úrovních bádání a to v bádání potvrzujícím, strukturovaném, nasměrovaném a zejména otevřeném, které je pro jejich život nejdůležitější. Badatelsky orientovaná výuka je jedním ze způsobů, jak přiblížit a vysvětlit žákům jevy, se kterými se setkávají v běžném životě. Příprava žáků v jednotlivých procesech činnostního učení je nezbytnou součástí následné badatelsky orientované výuky, se kterou se v rozdílných úrovních setkávají v přírodovědném vzdělávání. Shrnutí kapitoly Při výběru vyučovacích metod v přírodovědném vyučování vycházíme z výchovně vzdělávacích cílů, tj. z očekávaných výstupů žáka v daném tematickém celku. V rámcovém vzdělávacím programu jsou uvedeny

63 50 název 2. kapitoly minimální požadavky na žáka, tzn. minimální výstupy žáka. Podle cílů uvedených ve školním vzdělávacím programu, který je přizpůsoben místním podmínkám školy, přesně vymezíme výstupy pro žáka. Na tomto základě začneme řešit otázku návrhu vyučovacích metod, které použijeme, aby každý žák mohl na konci výuky prokázat své alespoň minimální výstupy, tj. znalosti tří typů: pojmové, procesuální a expresívní. Projektové vyučování je spíše strategií, než metodou. Je realizováno ve třech fázích v přípravné fázi, v realizační fázi a v hodnotící fázi. Badatelsky orientovaná výuka může být realizována ve třech úrovních: v potvrzujícím bádání, ve strukturovaném bádání a v otevřeném bádání. Je doporučeno, jak v jednotlivých úrovních bádání lze používat ICT, zejména reálné počítačem podporované experimenty. Kontrolní otázky a úkoly: 1. Uveďte kritéria členění vyučovacích metod. 2. Proveďte analýzu členění metod podle aktivity učitele a žáka. 3. Na základě čeho volíte vyučovací metodu? 4. Které fáze má projektové vyučování? Jakým způsobem budete jednotlivé fáze podporovat? 5. Jaký je obsah jednotlivých úrovní badatelsky orientované výuky? Otázky k zamyšlení: 1. Uveďte metodiku použití vybraného multimediálního digitálního objektu v rámci zvolené vyučovací metody. 2. Může být multimediální digitální objekt ve výuce zneužit? Uveďte jak. Korespondenční úkoly KÚ 1 Připravte návrh projektu. Vycházejte z předpokladů úspěšného vyřešení projektu. Uvažujte o uplatnění projektového vyučování ve škole, v obci. Diferencujte projekty podle doby trvání na 12 až 60 hodin. - KÚ 2 Navrhněte badatelsky orientovanou výuku s podporou ICT ve svém předmětu. Stačí navrhnout alespoň jednu úroveň bádání žáků. Které prostředky vám scházejí? Citovaná a doporučená literatura - BELL, R., L. SMETANA, I. BINNS. Simplifying inquiry instruction. The Science Teacher. 2005, 72(7): BERTRAND, Y. Soudobé teorie vzdělávání. Praha: Portál, ISBN BURYŠOVÁ, P. Aplikace biomechaniky do výuky fyziky na ZŠ. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN DROZD, Z., BROKMEYEROVÁ, J. Experimenty z volné ruky. Praha: Prometheus, EASTWELL, P. Inquiry learning: Elements of confusion and frustration. The American Biology Teacher, vol. 71(5), 2009, s HOLUBOVÁ, R. Projekty ve vyučovací praxi. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN KASÍKOVÁ, H. Kooperativní učení, kooperativní škola. Praha: Portál, 1997.

64 název 2. kapitoly 51 - KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. Studijní opora. Ostrava: OU, ISBN KONÍČEK, L. Počítačem podporované experimenty v přírodních vědách. Studijní opora. Ostrava: OU, KUBICOVÁ, S., PŘINOSILOVÁ, J. Inquiry-Based Science Education with the support of ICT in Environmental Education. In Information and Communication Technology in Education: Ph.D. student s section. Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, LEPIL, O. Jsou projekty integrované přírodovědy cestou vývoje fyzikálního vzdělávání v 21. století? In NEZVALOVÁ, D. (Editor) v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN LERNER, IJ. Didaktické základy metod výuky. Praha: SPN, Maňák, J., Švec V. Výukové metody. PAIDO, 2003, Brno, ISBN: MECHLOVÁ, E. Problémové vyučování ve fyzice. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Vyučovací metody ve fyzice. Olomouc: KPÚ, 1988, s MECHLOVÁ, E., PŘINOSILOVÁ, J. ICT on four levels of Inquiry-Based science environmental education. In Information and Communication Technology in Education. Ostrava: University of Ostrava, 2012, s ISBN MÜLLEROVÁ, E. Projekty ve vyučování. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN NAHODIL, J. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, ISBN NEZVALOVÁ, D. Projekt GAČR: Konstruktivismus a jeho aplikace v integrovaném pojetí přírodovědného vzdělávání. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN NEZVALOVÁ, D. Vyučovací metody ve fyzice. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Vyučovací metody ve fyzice. Olomouc: KPÚ, 1988, s ONDEROVÁ, Ľ. Projektové vyučovanie jako prostriedok plněnka cieľov vyučovanie. In DIDFYZ2000 Ciele vyučovanie v novom miléniu. Nitra: FPV UKF, 2001,s PETTY, G. Moderní vyučování. Praha: Portál, ISBN PIŠÚT, J., JURČOVÁ, DOHŇANSKÁ. Rozvíjanie tvorivosti žiakov a studentov. Bratislava: UKo, SMYČEK, P., DRAGON, A. Projektové vyučování ve fyzice. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN STUCHLÍKOVÁ, I. In DiBi 2010: didaktika biologie v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování. Sborník příspěvků semináře 25. a 26. března vyd. České Budějovice: Jihočeská univerzita, ISBN

65 52 název 2. kapitoly - STUCHLÍKOVÁ, I. O badatelsky orientovaném vyučování. Didaktika biologie v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování. České Budějovice: JČU, ISBN ŠPULÁK, F. Voda a její svět. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN ŠPULÁK, F. Živá fyzika. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii a praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, 2005, s ISBN Tvořivá škola. - VALENTA, J., aj. Pohledy. Projektové metody ve škole i za školou. Praha: Ipos Artama, 1993.

66 název 3. kapitoly 53 4 Organizační formy ve vyučování přírodovědným předmětům V této kapitole se dozvíte: o organizačních formách vyučování, o skupinovém vyučování. Po jejím prostudování byste měli být schopni: navrhnout a použít skupinové vyučování ve vašem předmětu, vytvořit heterogenní skupiny žáků pro skupinové vyučování. Průvodce studiem Výběr organizačních forem učitelem závisí na cílech vyučovací hodiny z hlediska žáka. Nejefektivnější výuka v přírodovědných předmětech je při použití skupinového vyučování, přičemž skupiny jsou heterogenní, čtyř až pětičlenné a v každém přírodovědném předmětu trvalé. Při tvorbě skupin je třeba brát v úvahu sociální vazby ve třídě. Organizační formy vyučování jsou chápány jako vnější stránka vyučovacích metod. Progresivní je komplexní systémové pojetí řízení a uspořádání výuky v určité vzdělávací situaci. Organizační formy vyučování můžeme chápat jako systém pravidel a postupů, podle kterých vedení školy a učitelé organizují průběh vyučování se záměrem naplnit výchovně vzdělávací cíle příslušného vzdělávacího předmětu. Konkrétně se jedná o způsob organizace vyučovacího procesu, tj. jeho uspořádání z hlediska - času vyučovací hodina, - prostředí výuka ve třídě, v učebně přírodovědného předmětu, v laboratoři přírodovědného předmětu, mimo školu, - počtu žáků a jejich uspořádání frontální vyučování, skupinové vyučování, individualizované vyučování, - závaznosti výuky povinné, volitelné, nepovinné s ohledem na obsah a metody vyučování. 4.1 Vyučovací hodina ve třídě, v laboratoři, exkurze Základní organizační formou je vyučovací hodina, která trvá 45 minut. Alespoň jedna vyučovací hodina přírodovědného předmětu by měla být realizována ve speciální učebně přírodovědného předmětu, kde jsou kvalitní podmínky pro provádění demonstračních experimentů učitelem a provádění frontálních žákovských experimentů. Laboratorní práce v přírodovědných předmětech by žáci měli provádět v laboratoři přírodovědného předmětu nebo v učebně přírodovědného předmětu. Vzhledem k bezpečnostním předpisům pro laboratoře, musí se třída žáků dělit na tyto práce na dvě skupiny. Proto je nutné, aby polovina žáků mohla buď přijít o jednu hodinu později do školy, nebo odejít poslední hodinu z vyučování. Proto je nutno zajistit předem v rozvrhu, aby uvedeným

67 54 název 3. kapitoly přírodovědným předmětem jednou týdně začínal nebo končil rozvrh hodin žáků. Exkurze žáků z přírodovědných předmětů jsou žádoucí formou. Každou exkurzi je třeba kvalitně připravit, realizovat a zhodnotit. Příprava exkurze učitelem spočívá ve výběru místa exkurze, návštěvou místa exkurze a absolvováním exkurze s jasným stanovením cíle exkurze. Příprava žáků před exkurzí je založena na instrukci učitele poslední hodinu přírodovědného předmětu před exkurzí, seznámení s cílem exkurze, zadáním úkolů na exkurzi, poučením o bezpečnosti práce, o vhodném oblečení na exkurzi a oznámením, že odchod na exkurzi je z místa školy. V případě, že někteří žáci chtějí přijít na místo exkurze z domova, musí učitel dopředu sdělit rodičům místo srazu a předpokládaného ukončení akce a sám učitel musí být na tomto místě alespoň 15 minut předem. V praxi to znamená alespoň den dopředu napsat rodičům upozornění do žákovských knížek. Doporučení: žáci musejí ještě před exkurzí přinést potvrzení od rodičů, že s tímto souhlasí, protože učitel je odpovědný za žáky po celou dobu vyučování. Při provedení exkurze je nutno stanovit první dvojici žáků, před kterou nikdo nesmí jít a poslední dvojici žáků, za kterou nikdo nesmí jít. Výklad průvodce na exkurzi musí učitel dopředu domluvit tak, aby odpovídal věku a úrovni žáků. Po exkurzi učitel i žáci se zpět vrátí do školy. Zhodnocení exkurze provede učitel přírodovědného předmětu se žáky následující vyučovací hodinu. Zhodnotí, zda exkurze splnila cíle, a jaký přínos měla exkurze pro žáky. V případě písemného plnění úkolů žáků, vyhodnotí učitel s celou třídou této úkol. Vhodná místa pro exkurze z přírodovědného předmětu: volba závisí na nejbližším okolí školy nebo snadno dosažitelném místě. Například vhodná je meteorologická stanice, elektrárna, planetárium, zoologická zahrada. Z hlediska bezpečnosti práce by každý učitel podle Vyhlášky Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu č. 50/78 Sb., o odborné způsobilosti v elektrotechnice, měl absolvovat školení o tom, že může pracovat s elektrickými spotřebiči a zdroji. 4.2 Mimotřídní a mimoškolní organizační formy Mimotřídní a mimoškolní organizační formy tvoří soutěže a olympiády. Jako příklad uvádíme fyzikální olympiádu, chemickou olympiádu a přírodovědnou olympiádu. Každá olympiáda nebo soutěž má svá specifická pravidla, která bývají zveřejněna na internetu, stačí zadat do vyhledávače název soutěže. 4.3 Hromadné, skupinové a individuální vyučování Hromadné vyučování je převažující formou výuky ve vyučování přírodovědným předmětům. Jeden učitel učí větší počet žáků. Aby bylo při hromadném vyučování zajištěno efektivní využití času a aktivity žáků, je třeba volit v průběhu vyučovací hodiny různé metody výuky. Výhodou hromadného vyučování je ekonomičnost výuky a možnost navázání a rozvíjení osobních vztahů mezi žáky navzájem. Nevýhodou je menší možnost vedení dialogu se všemi žáky, udržení kázně a nedostatku času na ústní zkoušení žáků. Skupinové vyučování umožňuje žákům spolupracovat v malých skupinách čtyř až pětičlenných. Učitel vytváří pro výuky přírodovědnému předmětu stálé

68 název 3. kapitoly 55 skupiny. Pro výuku jsou vhodné heterogenní skupiny, tzn., že ve skupině jsou žáci všech prospěchových kategorií. Ve třídě může být maximálně 8 skupin. Tvorba skupin: Ve výzkumu bylo zjištěno, že nejefektivněji pracují skupiny čtyřčlenné až pětičlenné. Efektivnost byla měřena testem na konci školního roku a testem trvalosti vědomostí po uplynutí tří měsíců při řešení problémových úloh, přičemž učivo nebylo opakováno. Ve skupině by měli být žáci všech prospěchových kategorií. a) Je vhodné vycházet ze sociogramu třídy, prospěchu jednotlivých žáků v daném nebo podobném předmětu. Součet známek z daného předmětu žáků ve skupinách by měl být přibližně shodný, aby byly skupiny výkonnostně rovnocenné. Tvorba takových skupin trvá učiteli den až dva. b) Osvědčila se však rychlejší a jednodušší forma, jejíž výsledky byly shodné. Učitel vybral předpokládané vedoucí skupin, tj. žáky s dobrými organizačními schopnostmi a lepším výkonem v daném předmětu o počtu celkem 8, nechal je postavit k tabuli. Potom vyzval žáky s klasifikací 4 z daného předmětu, ať si vyberou, s kým chtějí spolupracovat v daném předmětu a to tak, aby k jednotlivým žákům u tabule se rovnoměrně rozmístili. Potom totéž opakoval u žáků s prospěchem 3, následně 2 a nakonec 1. Fáze skupinového vyučování: Skupinové vyučování má tři fáze: úvodní fázi formou hromadné práce celé třídy, fázi práci ve skupinách a hromadnou práci celé třídy. V úvodní fázi formou hromadné práce celé třídy učitel provádí motivaci a zadává úkoly skupinám. Fáze práce v malých skupinách probíhá podle předem zadaných pokynů, kdy žáci většinou řeší problémové úlohy, problémové experimentální úkoly nebo projekty. Práce skupin v jedné vyučovací hodině je časově omezena, od 10 minut do 30 minut. Spolupráci ve skupině se žáci postupně učí. Učí se komunikovat tak, aby byl dán prostor všem žákům diskuse ve skupině je demokratická a řídí ji vedoucí skupiny. I nesmělí žáci v malé skupině začnou vyjadřovat své názory. Žáci se učí odpovědnosti za vyřešení úlohy, organizaci a dělbě práce. Po ukončení práce skupin následuje závěrečná fáze formou celotřídní diskuse, kdy skupiny seznamují s výsledky své práce celou třídu, výsledky práce skupiny uvádí mluvčí skupiny, kteří se střídají. Skupinové vyučování v přírodovědném předmětu je efektivní a prokazuje vysokou efektivnost zejména vzhledem k trvalosti znalostí a dovedností a při řešení problémových úloh (Mechlová, 1984, 1986, 1989). Zahrnuje kooperativní učení, které je založeno na spolupráci žáků při řešení složitějších úloh (Kasíková, 1997). Individuální vyučování přírodovědnému předmětu je realizováno tehdy, když jednoho žáka učí jeden učitel. Ve školní praxi se toto děje při dlouhodobé neúčasti žáka ve výuce nebo při přípravě žáka na soutěž nebo olympiádu. Do individuálního vyučování bychom mohli zařadit individualizované vyučování, kdy v rámci hromadného vyučování se učitel snaží co nejvíce respektovat individuální zvláštnosti žáků a jejich styl učení. Mezi možné

69 56 název 3. kapitoly způsoby individualizace vyučování ve přírodovědných předmětech patří samostatná práce žáků a daltonský plán. Shrnutí kapitoly Organizační formy vyučování můžeme chápat jako systém pravidel a postupů, podle kterých vedení školy a učitelé organizují průběh vyučování se záměrem naplnit výchovně vzdělávací cíle příslušného vzdělávacího programu. Konkrétně se jedná o způsob organizace vyučovacího procesu, tj. jeho uspořádání z hlediska času, prostředí, počtu žáků a jejich uspořádání, závaznosti výuky s ohledem na obsah a metody vyučování. Při výběru organizační formy vyučování vycházíme z výchovně vzdělávacích cílů, tj. z očekávaných výstupů žáka ve školním vzdělávacím programu, který je přizpůsoben místním podmínkám školy, přesně vymezíme výstupy pro žáka. Na tomto základě začneme řešit otázku organizačních forem, které použijeme, aby každý žák mohl skutečně na konci výuky prokázat své výstupy. Kontrolní otázky a úkoly: 1. Které organizační formy vyučování jsou nejčastěji používány v přírodovědných předmětech? Zdůvodněte proč. 2. Které organizační formy vyučování jsou nejméně používány v přírodovědných předmětech. Zdůvodněte proč. 3. Na základě čeho volíte organizační formy vyučování v přírodovědných předmětech? Korespondenční úkoly KÚ 1 Připravte návrh hodiny skupinového vyučování ve vašem přírodovědném předmětu. Připravte návod pro práci skupin tak, aby skupiny žáků používaly multimediální vzdělávací objekty. KÚ 2 Připravte návrh hodiny skupinového vyučování ve vašem přírodovědném předmětu, ve které žáci ve skupinách mají za úkol provádět autentická měření pomocí počítačem podporovaných experimentů a stanovit závěry z měření. Citovaná a doporučená literatura - KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. Studijní opora. Ostrava: OU, ISBN MECHLOVÁ, E. Problémové vyučování ve fyzice. In NEZVALOVÁ, D. (Editor) Vyučovací metody ve fyzice. Olomouc: KPÚ, 1988, s MECHLOVÁ, E. Výzkum skupinového vyučování ve fyzice na základní škole. Spisy Pedagogické fakulty v Ostravě, sv. 51. Praha: SPN, s. - MECHLOVÁ, E., HORÁK, F. Skupinové vyučování na základní a střední škole. Praha: SPN, s. - MECHLOVÁ, E. Skupinové vyučování ve fyzice na základní a střední škole. Praha: SPN, s. - NEZVALOVÁ, D. (Editor) Projekty v teorii praxi vyučování fyzice. Olomouc: UP, ISBN PETTY, G. Moderní vyučování. Praha: Portál, 1996, str ISBN

70 název 4. kapitoly 57 5 Experimenty v přírodovědném vzdělávání V této kapitole se dozvíte: o roli experimentů v přírodovědném vzdělávání, o typech demonstračních experimentů v přírodovědném vzdělávání, o reálných žákovských experimentech v přírodovědném vzdělávání, o reálných počítačem podporovaných žákovských experimentech v přírodovědném vzdělávání, o vzdálených žákovských experimentech v přírodovědném vzdělávání. Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit žákům, proč provádějí experimenty, objasnit zaměření na reálné experimenty, charakterizovat etapy experimentální činnosti žáků. Průvodce studiem Žák by se měl na základní škole naučit zkoumat a objevovat základní jevy a zákonitosti přírody. K tomu přispívá badatelsky orientovaná výuka přírodovědným předmětům, kde nezastupitelnou roli v dnešní době hraje žákovský reálný experiment a zejména reálný počítačem podporovaný experiment. Úvod do problematiky reálných počítačem podporovaných experimentů je zpracován pro úplně laiky, i když jste nikdy takto neměřili, začněte dnes! Potom můžete navázat na vzdálený experiment prováděný z počítače ve škole nebo doma, žáci zejména doma rádi používají vzdálené experimenty, i když mnohdy učitel pro tuto formu nemá pochopení. Simulované experimenty (pomocí software), které jsou interaktivní, jsou důležité pro hlubší pochopení jevů a podmínek, za jakých mohou probíhat. Základem vyučování přírodovědných předmětů je experimentování, které je založeno na zkoumání jevů a odhalování jejich zákonitostí nebo na ověřování toho, co žák zná již z teorie. V každé škole existují specializované učebny pro jednotlivé přírodovědné předměty nebo pro dvojice těchto předmětů, například pro fyziku a chemii. V těchto učebnách mohou provádět experimenty nejen učitelé, ale zejména žáci. Reálný přírodovědný experiment je hlavní a vedoucí prostředek názornosti ve vyučování přírodovědným předmětům. Ostatní názorné prostředky jako jsou např. obrazy, schémata, grafy, videozáznamy experimentu, jsou doplňkem reálného experimentu. Uvedené názorné prostředky slouží k interpretaci přírodovědného obsahu reálného experimentu. Žák se při reálném přírodovědném experimentu učí pozorovat a potom popisovat reálné přírodní děje. Přitom si osvojuje odbornou terminologii ve větných vazbách odborného jazyka. Přírodovědné reálné experimenty ať demonstrační, či žákovské, mohou mít různé funkce ve vyučovacím procesu. Mohou být

71 58 název 4. kapitoly - prostředkem při řešení problému viz přírodovědné experimentální problémové úlohy, - prostředkem při ověření hypotézy viz heuristická metoda vyučování, - prostředkem k získání určité dovednosti. Tentýž experiment může být použit v různých částech osvojování učiva, vždy však s jiným cílem. Proto by měl učitel přírodovědného předmětu vždy slovně formulovat cíl experimentu. Pro pochopení obsahu experimentu žáky je vhodné před experimentem načrtnout jednoduché schéma experimentu, aby žáci dopředu věděli, co mají při experimentu sledovat. Někdy je vhodné rozkreslit i jednotlivé fáze experimentu. 5.1 Demonstrační experimenty ve vyučování přírodovědným předmětům Demonstrační experimenty v přírodovědných předmětech koná převážně učitel Ilustrační demonstrační experimenty učitele Drobné ilustrační experimenty učitele jsou organickou částí výkladu učiva. - Motivace u těchto experimentů vyplývá z výkladu učiva, nemusí být zvlášť formulována učitelem. - Výsledek pozorování experimentu je nutno vždy společně se žáky slovně formulovat. - Jedná se i o improvizované experimenty s jednoduchými pomůckami. Příklad: Žák vidí to, co chce vidět. Provedeme nějaký jednoduchý experiment, aniž žákům sdělíme, o co se jedná. Potom požádáme postupně jednotlivé žáky, aby uvedli, co viděli. Každý žák popisuje něco jiného, každý vidí to, co chce vidět. Proto před každým experimentem nutno sdělit žákům, co mají pozorovat Problémové demonstrační experimenty učitele Problémové experimenty učitele mají logickou stavbu, která podporuje správnost a srozumitelnost výkladu učiva učitelem. Struktura problémového experimentu by měla mít následující etapy: - motivace žáků, - slovní vyjádření problému, - uvážení možnosti jeho experimentálního řešení spolu se žáky, - popis reálného experimentálního zařízení učitelem, - hypotézy výsledku experimentu žáci formulují a tipují, učitel zapisuje na tabuli, - provedení experimentu demonstračně učitelem, - slovní popis experimentu několika žáky příkaz: Popiš, co jsi viděl!, případné zopakování experimentu, jsou-li popisy příliš rozdílné, - výsledek experimentu slovně vyjádřený, - konfrontace výsledku experimentu s hypotézami o výsledku experimentu, které jsou napsány na tabuli, - vlastní řešení problému, byl-li experiment součásti řešení problému, - výsledek řešení problému vyjádřit vždy jednoduchou větou. Možná se vám zdá, že uvedený postup je příliš zdlouhavý, že žákům stačí pouze předvést experiment a říci jim Pozorujete! a popis experimentu a závěr vyjádřit sám. V tomto případě se však nejedná o objevování žáky, žáci nemají

72 název 4. kapitoly 59 pocit, že něco sami objevili, ale konstatují, že učitel dělal nějaký experiment. Podstatná je fáze, kdy žáci sami tipují výsledek experimentu a tím jsou vtaženi do záměrného pozorování, protože chtějí vědět, zda správně tipovali. Příprava demonstračního experimentu učitelem Demonstrační experiment musí učitel přírodovědného předmětu vyzkoušet před vyučovací hodinou na experimentálním stole se stejnými pomůckami, které bude používat ve vyučovací hodině. Ověří přitom průběh experimentu a výsledek experimentu. Experiment je nutno optimalizovat, to znamená měnit proměnné tak, aby co nejlépe bylo možno předvést závislost, kterou má experiment předvést. Žákovský experiment jako demonstrační experiment Žák může výjimečně předvádět experiment, který byl zadán jako domácí experiment, před celou třídou. Rovněž může opakovat demonstrační experiment, který prováděl učitel, za předpokladu, že experiment je zcela bezpečný zejména při opakování učiva následující vyučovací hodinu. Sama jsem tímto způsobem výuky fyziky jako žák prošla a experimenty a zejména jejich výsledky mně ovlivnily na celý život Požadavky na dobrou pozorovatelnost demonstračního experimentu Požadavky na demonstrační experiment z hlediska zajištění optimálních pozorovacích podmínek žáků jsou nutností, jestliže mají všichni žáci mít stejné pozorovací možnosti. Za tím účelem jsou upraveny učebny přírodovědných předmětů dvojím způsobem: - demonstrační stůl je na vyvýšeném stupínku, - učebna přírodovědného předmětu je stupňovitá. Demonstrační experimenty je nutno provádět takovými pomůckami, které jsou dobře viditelné z každého žákovského místa. Za tímto účelem jsou vyráběny speciální pomůcky pro demonstrace nebo celé demonstrační soupravy. Pozadí demonstračních experimentů má být jednolité kontrastní. Nejlepší je bílé nebo černé pozadí. Jednotlivé pomůcky při demonstraci podkládáme podstavnými hranoly. Odčítání velikosti veličin při kvantitativním experimentu může provádět žák tak, aby experiment byl věrohodný. Demonstruje-li učitel jev, který je těžce pozorovatelný ze žákovských lavic, potom je účelné pozvat jednotlivé řady žáků po sobě k demonstračnímu stolu a provést demonstrační experiment třikrát po sobě s výkladem. Další možností je použití videokamery s napojením na dataprojektor k pozorování experimentu. 5.2 Frontální žákovské experimenty ve vyučování přírodovědným předmětům Frontální žákovské experimenty jsou začleňovány tam, kde se ukáže jejich optimální potřeba. Při frontálních žákovských experimentech se jedná ze strany učitele přírodovědného předmětu o řízení experimentálních činností žáků. Žáci v těchto experimentech získávají nové znalosti, dovednosti, návyky i postoje.

73 60 název 4. kapitoly Z hlediska organizačních forem se jedná většinou o práci dvojic žáků nebo čtyřčlenných skupin žáků. Při frontálním žákovském experimentu všechny dvojice nebo heterogenní skupiny (viz skupinové vyučování) provádějí tentýž experiment. Všechny dvojice nebo skupiny současně začínají experiment, současně postupují v jeho jednotlivých fázích a současně jej končí. Hodnocení experimentu probíhá v rámci celé třídy, diskusi řídí učitel přírodovědného předmětu. Výsledek žákovského experimentu je třeba vyjádřit slovně. Příprava frontálních žákovských experimentů učitelem: Učitel přírodovědného předmětu vyzkouší frontální žákovský experiment, zjistí, časovou relaci na experiment a případné nesnáze při experimentu, které mohou u žáků vzniknout. Je vhodné mít připraveny jednotlivé pomůcky na paletách v takovém počtu, aby každá dvojice nebo skupina měla kvalitní pomůcky. Pomůcky pro žáky přinese služba na demonstrační stůl. Pomůcky si žákovské dvojice nebo skupiny rozeberou těsně až před prováděním experimentu. Je to nutné proto, že žáci by si s pomůckami hráli a nesledovali výuku, mnohé pomůcky mohou i poničit. Žáci s pomůckami pracují jen ve vymezené části vyučovací hodiny. Po slovním vyjádření výsledku experimentu uvedou dvojice žáků nebo skupiny pomůcky do původního stavu a odevzdají na demonstrační stůl. Provedení žákovského experimentu: Logická stavba žákovského experimentu je shodná s logickou stavbou demonstračního problémového experimentu. Učitel provádí experiment se žáky současně se stejnými pomůckami, když začíná nacvičovat žákovské dovednosti v oblasti experimentálních činností. Při experimentálních činnostech žáků je třeba nechat žákům dostatečný časový interval tak, aby žáci ve dvojici nebo skupině mohli experiment provést. Zorganizování úklidu pomůcek pro žákovské frontální experimenty je nutno zajistit kvalitně, vytvořit systém, aby mohly být žáky prováděny. Žákovské frontální experimenty je možno provádět i s improvizovanými pomůckami, s běžnými věcmi denní potřeby, s hračkami. Takové experimenty jsou nejúčinnější. Řídicí činnosti učitele při frontálních žákovských experimentech jsou velmi náročné. Je třeba je předem naplánovat a ve třídě dodržet. Práce žáků se soupravami pomůcek: Soupravy pro žákovské experimenty dodávají firmy zpravidla v kufřících nebo krabicích. Jedná se o soupravy pro jednotlivé přírodovědné předměty a tematicky zaměřené. Žáci se soupravou pracují opakovaně. Před první prací žáků se soupravou učitel přírodovědného předmětu podrobně žáky seznámí s jednotlivými částmi soupravy, s jejich názvy a jak s nimi je nutno pracovat. Výhodou těchto souprav je to, že každá pomůcka má v soupravě své místo, takže při odevzdávání pomůcek po práci je velmi snadná kontrola úplnosti soupravy učitelem. Skupinové experimenty ve vyučování přírodovědného předmětu: V rámci skupinového vyučování je velmi vhodné provádění žákovských experimentů ve skupinách, viz část skupinové vyučování.

74 název 4. kapitoly Reálný počítačem podporovaný experiment Provádět reálný přírodovědný experiment je možno dnes i s podporou počítače, jedná se o reálný počítačem podporovaný experiment. Jaká je role počítače? Počítač pomocí vhodného hardwarového a softwarového vybavení dokáže měřit, naměřené hodnoty zpracovat a prezentovat je různým způsobem (v tabulce, v grafu) a to velmi rychle, přesně a pro žáka pohodlně. Co je hardware? Je to interface, tj. měřicí panel (zpravidla krabička s výstupy na další zapojení) a senzory neboli česky čidla. Pro měření jednotlivých veličin existují jednotlivá speciální čidla, například čidlo pro měření teploty. Co je software? Je to počítačový program, který zprostředkovává spojení mezi čidlem, interfacem a počítačem. Hardware a software si musejí navzájem odpovídat. To znamená, že dnes existuje několik systémů pro počítačem podporované experimenty. V českých zemích nejstarší z těchto systémů je ISES vyvinutý Matematicko-fyzikální fakultou Karlovy univerzity v Praze, který je stále dále rozvíjen, viz další podkapitola 5.5 této opory. Z historického hlediska je dnes u nás stále v menším počtu používaný nizozemský Coach, dále Pasco, Vernier, Phywe, Leybold, Lego Dacta. V projektu budeme používat nově vyvinutý český systém EdLaB. Jak se budou prostředky reálného počítačem podporovaného experimentu používat? Odpovědi naleznete v následujících tabulkách 5.1 až 5.5, tj. - k přírodovědnému bádání, viz tabulka 5.1 a k badatelsky orientované výuce v části 3.5 této opory, - ke zpracování naměřených hodnot nebo jiných údajů, viz tabulka 5.2, - k provádění experimentů, viz tabulka 5.3, - ke vzájemné komunikaci, viz tabulka 5.4, - k práci s přírodovědnými znalostmi a myšlenkami, viz tabulka 5.5. Tabulky jsou částečně přejaty a upraveny na základě publikace (Feďák, 2010, s ). Tabulka 5.1 Přírodovědné bádání v rámci reálného počítačem podporovaného experimentu Cíle přírodovědného bádání žák by měl být schopen Proč reálný počítačem podporovaný experiment? - Vyslovit problém ve formě otázky, která má být zodpovězena experimentem. - Žáci pozorují reálný přírodovědný svět, učí se zkoumáním reálného světa, a ne manipulací se symboly a diskusí - Formulovat hypotézy, tj. o abstraktních pojmech. předpokládané výsledky experimentu. - Pomocí senzorů dokážou jednoduchým způsobem měřit - Testovat hypotézy v podmínkách řízení proměnných veličin, jedna veličiny, které bez pomocí těchto senzorů by byly na úrovní školy neměřitelné. je nezávisle proměnná, druhá závisle proměnná. - Okamžitá zpětná vazba k průběhu experimentu umožňuje

75 62 název 4. kapitoly - Plánovat vhodný experiment. - Vyjádřit závěr související s pozorováním, vyjádřit se k možným chybám měření. - Vyjádřit se k oprávněnosti závěrů založených na počtu pozorování. - Vyhodnotit celý experiment včetně použitých postupů při něm. rychle a pohodlně formulovat a testovat hypotézy. - Žák může měnit podmínky experimentu, sledovat vliv změn na průběh experimentu, hledat odpovědi na své otázky nebo na realizaci experimentů naplánovaných učitelem. Tabulka 5.2 Cíle zpracování údajů při reálném počítačem podporovaném experimentu Cíle zpracování údajů žák by měl být schopen Proč reálný počítačem podporovaný experiment? - Organizovat, prezentovat a vyhodnocovat údaje různými způsoby. - Analýza a zpracování informací získaných pozorováním, měřením a reálným experimentem je - Transformovat údaje prezentované jednou formou do jiné formy včetně matematických výpočtů, grafů, tabulek. v prostředí reálných počítačem podporovaných experimentů rychlejší a přehlednější v porovnání s prací bez použití počítače. - Identifikovat trendy v údajích. - Prostředky reálných počítačem podporovaných experimentů - Vytvářet předpovědi založené na údajích. umožňují efektivně prezentovat samotný proces měření, naměřené - Naznačovat závěry založené na údajích. údaje a závislosti mezi veličinami. - Použít znalosti pro vysvětlení závěrů. Tabulka 5.3 Cíle provádění reálného počítačem podporovaného experimentu Cíle provádění experimentu žák by měl být schopen Proč reálný počítačem podporovaný experiment? - Sledovat instrukce písemné i slovní. - Prostředky reálného počítačem podporovaného experimentu - Vybrat si a bezpečně použít experimentální sestavu, materiál a umožňují výrazně rychleji a pohodlněji měřit veličiny a vyhodnocovat naměřené údaje. techniku vhodnou pro měření. - Měření a zpracování údajů je zpravidla bez použití prostředků - Používat vhodné nástroje a techniku pro sběr údajů (dat). počítačem podporovaného experimentu méně přesné, zdlouhavé a často náročné na - Spolupracovat v malé finančně nákladnou aparaturu. skupině. - Zjednodušení samotného měření

76 název 4. kapitoly 63 veličin umožňuje věnovat více pozornosti samotným pozorovaným jevům a sestavě aparatury na vyvolání jevů, které chce žák zkoumat. - Při vhodné metodice experimentování je podpořena vzájemná spolupráce a komunikace mezi žáky. Tabulka 5.4 Cíle komunikativní při reálném počítačem podporovaném experimentu Komunikativní cíle žák by měl být schopen Proč reálný počítačem podporovaný experiment? Komunikovat myšlenky, pozorování, argumenty, praktické zkušenosti: - Prostředky počítačem podporovaného experimentu umožňují prezentovat výsledky - použitím vhodného slovníku a jazyka, měření ve formě tabulek, grafů, případně digitálních hodnot - použitím grafů a tabulek, měřené veličiny. - použitím vhodného formátu laboratorního protokolu, - použitím vhodného software. Tabulka 5.5 Cíle práce s přírodovědnými znalostmi a myšlenkami při reálném počítačem podporovaném experimentu Cíle práce s přírodovědnými Proč reálný počítačem podporovaný znalostmi a myšlenkami žák experiment? by měl být schopen Předvést znalosti a pochopení: - povahy a metodologie přírodních věd, - vědeckých faktů, definic, zákonů, teorií a modelů, - vhodného slovníku a terminologie, včetně použití symbolů, - jak se zákony, modely a názory měnily s časem, - systém jednotek SI. - Žák během experimentování s podporou prostředků reálného počítačem podporovaného experimentu simuluje činnost vědce, a tak se seznamuje s metodologií přírodních věd, která je založena na pozorování, experimentování a měření, které si ve vědě bez využívání informačních a komunikačních technologií málokdo umí představit. - K hlubšímu pochopení přírodovědných jevů prostředky reálných počítačem podporovaných experimentů výrazně napomáhá: - okamžité spojení a konfrontace

77 64 název 4. kapitoly grafické reprezentace s odpovídajícím přírodovědným jevem, - omezení časově náročné rutinní práce spojené se sběrem dat, čímž zůstává více času na komunikaci o podstatě přírodovědného jevu. 5.4 Reálný experiment vzdálený Vzdáleným experimentem rozumíme experiment, ve kterém žák sleduje a ovládá experiment prostřednictvím internetu z jiného místa, než kde je umístěna celá sestava experimentu. Například experiment je sestaven v laboratoři na Matematicko fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v Praze a žák je doma u počítače nalogovaný na uvedenou laboratoř a vybraný experiment. Žák prostřednictvím internetu může tento experiment ovládat, tj. nastaví měření, které chce provést, spustí zvolené měření v experimentu, zastaví měření, vyvolá si tabulku naměřených hodnot, tabulku převede do grafu apod. Co vše je v místě provádění vzdáleného experimentu? Je to - experimentální sestava s počítačem a s hardwarovým a softwarovým vybavením pro počítačem podporované měření (interface, senzory) a ovládání zařízení pomocí počítače, - web kamera ke snímání experimentu, - internetové spojení server žák. V podstatě se jedná o sledování ovládání skutečného experimentu v reálném čase prostřednictvím web kamery a internetu. Přitom žák má možnost nastavovat nebo měnit nezávisle proměnné v experimentu (např. měnit osvětlení, vzdálenost atd.) a sledovat změny závisle proměnné veličiny. Vše se zobrazuje na obrazovce žáka pomocí tabulek nebo grafů a naměřená data může žák použít k dalšímu zpracování nebo k dalším analýzám. 5.5 Vzdálený experiment se systémem ISES Vzdálené experimenty se systémem ISES vznikají postupně od roku 2002 na Matematicko fyzikální fakultě UK Praha, později též na Pedagogické fakultě Trnavské univerzity v Trnavě a též na Fakultě aplikované informatiky na Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Tato pracoviště uzavřela v r Smlouvu o spolupráci v oblasti vzdálených laboratoří a vzdálených experimentů, jak v oblasti technické a informatické, tak i při jejich propagaci jak na školách, tak ve vědecké komunitě. Vzdálené experimenty jsou vytvořené ze standardních souprav ISES (ISES- PCI a ISES-USB) a softwarové stavebnice ISES WEB Control. Pro odstranění programovací práce na kompilaci řídicích programů vzniklo v r na všech účastnických pracovištích Smlouvy prostředí EASY REMOTE ISES, které má přispět k snadné tvorbě řídicích programů pro vzdálené experimenty, a tím podpořit šíření vzdáleného experimentování na všechny typy škol. Vzdálené experimenty ISES mají podobné ovládání, podobné naměření dat a podobné stažení naměřených dat. Všechny experimenty mají online WEB kameru, která podtrhává reálnost sledovaných dějů. Pro přístup na tyto vzdálené experimenty

78 název 4. kapitoly 65 je nutný pouze prohlížeč, např. Internet Explorer, Mozila, Opera aj. a nainstalovaná Java, kterou pravděpodobně již ve svém počítači všichni máme. Experimenty jsou přístupny nonstop 24/7/365. Všechny experimenty jsou přístupny bez hesla a bez nutnosti registrace. Avšak experimenty mají připraven rezervační systém, který umožní rezervovat si danou úlohu na daný čas. Rezervační systém je zpřístupňován vážným zájemcům na požádání. Zájem o vzdálené experimenty se stále zvyšuje, viz statistiky přístupů. Počet přístupů na nejstarší úlohy na MFF UK Praha činí přes přístupů od roku 2007, kdy začali přístupy sledovat. Zajímavé jsou přístupy ze zahraničí, nejčastěji ze Slovenska a Polska, ale jsou i z Austrálie, Mexika, Číny, USA, celé Evropy aj. Experimenty jsou pohodlně přístupné z rozcestníků resp. případně je u každé úlohy uvedena i vlastní IP adresa. Hotové reálné vzdálené experimenty může využívat kdokoliv, kdykoliv a odkudkoliv. Soubor experimentálních úloh je výsledkem asi 15 projektů MŠMT, GAUK, FRVŠ, VEGA, KEGA aj. v České republice a ve Slovenské republice. Veřejnost, učitelé i žáci mají nonstop přístup do netradiční laboratoře, kde mají možnost pracovat s reálnými experimenty, s experimenty jednoduchými, ale někdy též složitějšími, pracnými na sestavení, mají možnost pracovat i s nebezpečnými vzdálenými experimenty. Volně přístupné reálné vzdálené experimenty vás mohou inspirovat při vlastní vaší tvorbě. Uvedené reálné vzdálené experimenty jsou součástí nové strategie výuky integrovaného e-learningu (INTe-L), viz podkapitola 5.6. Uvádíme popis některých vzdálených úloh se systémem ISES, které mají velmi podobné jednoduché ovládání. Vzdálené experimenty na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze (převzato se svolením Františka Lustiga) Elektromagnetická indukce V experimentu je možno vzdáleně otáčet cívkou v magnetickém poli. Snímá se indukované napětí při různých rychlostech otáčení. Naměřené průběhy indukovaného napětí lze stáhnout např. do Excelu a dále je zpracovávat. Lze určovat např. jenom pouze počet otáčet, určovat velikost indukovaného napětí a pro žáky středních škol počítat magnetický tok při různých rychlostech otáčení cívkou v magnetickém poli.

79 66 název 4. kapitoly Přeměna solární energie Voltampérová charakteristika fotovoltaického článku (fotodiody) Měříte voltampérové charakteristiky fotovoltaického článku při různých intenzitách osvětlení. Pokročilí experimentátoři mohou stanovit účinnost převodu solární energie na elektrickou. Pro žáky středních škol je možno určit faktor plnění článku FF, maximální elektrický výkon fotovoltaického článku, aj. Data z voltampérové charakteristiky si lze stáhnout např. do Excelu a dále je zpracovávat. Meteorologická stanice v Praze Meteorologická stanice v Praze trvale měří teplotu, tlak, intenzitu slunečního záření a radioaktivní pozadí. Hodnoty sledovaných veličin jsou zaznamenávány a ukládány v minutových intervalech. Lze si zadat data z libovolného zaznamenaného časového intervalu. Data jsou zaznamenávána od roku Data si lze stáhnout např. do Excelu a dále je zpracovávat. Experiment si neklade za cíl být v pravém slova smyslu meteorologickou stanicí, protože ta by musela splňovat přísné normy. Realizovaný experiment dokazuje možnost monitorování různých fyzikálních veličin prostřednictvím internetu s jednoduchými technickými hardwarovými a softwarovými prostředky. WEB kamera umožňuje živý pohled na sledovanou lokalitu. Poznámka: Podobná meteorologická stanice je i na PdF v Trnavě a PřF v Olomouci. Lze proto porovnávat průběh počasí ve třech lokalitách. Dále lze porovnávat data např. v období prázdnin v různých rocích aj. Jedná se o práci s reálnými datovými soubory, procvičování práce v Excelu.

80 název 4. kapitoly 67 Regulace výšky vodní hladiny Regulační úloha Řízení výšky vodní hladiny umožňuje ovládání přítoku vody a snímání výšky vodní hladiny pomocí dvou sond. Čerpadlo může současně ovládat několik připojených návštěvníků, potom se trochu "přetahují" o řízení. Úloha je hravá, je naší historicky nejstarší vzdálenou laboratorní úlohou z roku Mapování magnetického pole Experiment umožňuje interaktivní proměření magnetického pole Helmholtzových cívek. Magnetické pole se snímá v XY rovině pomocí dvojice Halových sond. Je možnost proměřit každou cívku samostatně, případně obě cívky v paralelním, či antiparalelním zapojení. Data v závislosti na XY poloze lze stáhnout např. do Excelu a dále je zpracovávat.

81 68 název 4. kapitoly Monitorování přirozeného radiačního pozadí Dlouhodobé monitorování radioaktivního pozadí je prováděno v budově MFF UK v Praze. Geigerovým-Műllerovým čítačem se zaznamenávají minutové, hodinové a celodenní četnosti. Lze si zadat data z libovolného zaznamenaného časového intervalu. Například jsou uložena data před a po havárii jaderné elektrárny Fukušima a únik radioaktivního chlóru v Maďarsku. Data si lze stáhnout např. do Excelu a dále je zpracovávat. Data jsou přirozená náhodná čísla. Zájemci mohou na nich ověřit Poissonovo rozdělení četností přirozeného radiačního záření. Radiační pozadí na různých místech v Google mapě Experiment měří přirozené radiační pozadí na několika různých místech (Praha, Olomouc, Sofie). Data se zaznamenávají v minutových, hodinových a denních intervalech. Data za zvolený časový interval lze zobrazit nebo stáhnout. Data v textové podobě lze přenést např. do MS Excelu a dále zpracovávat. Studium radioaktivity a základní způsoby ochrany před ionizujícím zářením Soubor tří úloh ochrana vzdáleností před radioaktivním zářením, ochrana stínicím materiálem před radioaktivním zářením a studium radiačního pozadí. Vzdálený experiment se skládá drobného zdroje záření gama o energii 60 kev ( 241 Am, 300 kbq; záření alfa je odstíněno) a ze dvou Geigerových- Müllerových čítačů. Jeden monitoruje přírodní radioaktivní pozadí, druhý je připevněn k XY polohovacímu zařízení, které uživateli umožňuje měnit jednak vzdálenost od zářiče, jednak stínicí vrstvy různých tlouštěk (0 mm až 2,5 mm po 0,5 mm, měď Cu) a navíc z různých materiálů (Al, Fe, Pb tloušťky 1,0

82 název 4. kapitoly 69 mm; vzduch) pro kvalitativní srovnání stínicích účinků jiných kovů. Uživatelé si mohou naměřit vlastní data (např. automatické měření opakuje měření v každém bodě třikrát), příp. stáhnout data z dlouhodobého měření, které server provádí automaticky a cyklicky ve všech pozicích v době, kdy není žádný uživatel přihlášen. Žáci se seznamují se zákonitostmi platnými pro radioaktivní rozpad jako příklad náhodného jevu a pro šíření záření v prostředí ve třech dílčích úlohách. Důležitou součástí úloh je využití statistického zpracování ke kvalitativnímu popisu a pochopení významu počtu opakování měření (velikosti statistického souboru) a významu aritmetických průměrů, které při větším počtu měření vytvoří takřka hladkou křivku, s níž můžeme srovnávat teoretickou závislost. Studium radioaktivity Ochrana vzdáleností V úloze se žáci mohou přesvědčit, jak klesá naměřený počet pulsů s rostoucí vzdáleností od zářiče. Zákon převrácených čtverců však nemůže souhlasit s naměřenou závislostí přesně, protože nejsou splněny podmínky jeho odvození terčík v zářiči není bodovým zdrojem a účinná plocha Geigerova-Müllerova čítače poblíž zářiče neodpovídá sférické ploše. Úloha je tedy vhodná pro pokročilejší zájemce o fyziku a vyžaduje diskusi nesouladu měření s teoretickou závislostí. 5.6 Integrovaný e-learning pro fyziku Nová strategie vzdělávání Integrovaný e-learning (INTe-L), kterou navrhli F. Schauer, M. Ožvoldová a F. Lustig a kterou realizují ve výuce. Nosnou ideou strategie je využívání experimentu a to laboratorního počítačem podporovaného experimentu, reálného vzdáleného experimentu a interaktivních simulací ve všech formách výuky. Interaktivní simulace jsou zde považovány za virtuální experiment. První slovenská přírodovědná e-laboratoř volně přístupná prostřednictvím internetu je vybudována na katedře fyziky Pedagogické fakulty Trnavské univerzity. Pro strategii INTe-L uvádějí autoři následující motivaci a pedagogické důvody: Prvá motivace byla ryze praktická klesající úroveň fyzikální výuky a jejich výsledků a rovněž i povážlivě ohrožená popularita fyziky jako předmětu mezi studenty. Fyzika je jedním z nejvíce obávaných předmětů na základních i