Interdisciplinární využití pojmu voda ve výuce chemie Doc. RNDr. Marie Solárová, Ph.D., Mgr. Jiřina Janišová KCH PřF Ostravské univerzity v Ostravě

Transkript

1 Interdisciplinární využití pojmu voda ve výuce chemie Doc. RNDr. Marie Solárová, Ph.D., Mgr. Jiřina Janišová KCH PřF Ostravské univerzity v Ostravě INTERDISCIPLINARITA A INTEGRACE Pojem interdisciplinarita není v pedagogické veřejnosti pojmem novým. Předcházel mu pojem mezipředmětové vztahy, o kterých se vedly sáhodlouhé diskuse bohužel výsledek času strávenému nad touto problematikou neodpovídal. Se zavedením RVP do praxe se tento pojem objevil v celé své naléhavosti a potřebě. Začalo se o něm diskutovat, nacházet konstruktivní řešení a dílčí kroky, jak inetrdisciplinaritu uvést do praxe. Co vlastně aplikace tohoto pojmu do praxe znamená? V RVP je uvedeno, že z jednoho vzdělávacího oboru může být vytvořen jeden vyučovací předmět nebo více vyučovacích předmětů, případně může vzniknout vyučovací předmět integrací více vzdělávacích oborů (integrovaný vyučovací předmět ). I když je RVP zaváděn na ZŠ a připravován na SŠ, má samotné zavádění interdisciplinarity do praxe ještě řadu nedostatků, ke kterým je nutno v současné době přihlížet, a to: Chybí vhodné učebnice, není dostatečně ujasněná struktura vzdělávacích výstupů. Pregraduální příprava studentů učitelství není dostatečná s ohledem na realizaci RVP a jeho rozpracování na ŠVP. Přetrvávají tradiční kopírování struktury vědy a vyučovacího oboru (chybí speciální tématická struktura učiva výstupů vhodná pro integrovanou přírodovědu), interdisciplinarita není samozřejmá a zatím se realizuje mnohdy uměle. Témata, která je možno zpracovat tak, aby splňovala podmínky interdisciplinarity, se musí bedlivě vybírat - musí být přiměřená věku dětí, jejich dosavadním vědomostem, musí poskytovat možnost využívat různé zdroje informací. Vyšším stupněm interdisciplinarity je integrace podobné skupiny vyučovacích předmětů (v našem případě předmětů přírodovědných). Současná učitelská veřejnost se k možnosti případné budoucí integrace přírodovědných předmětů do jednoho vyučovacího předmětu zatím staví skepticky. Učitelé argumentují tím, že v některých zemích (USA), kde integrovaná výuka v rámci jednoho předmětu již běží a poskytuje určité zkušenosti, se od integrovaných předmětů ustupuje. Tato skepse může vycházet i tradice našeho školství. Tradiční škola se opírá o systém vyučovacích předmětů. Vědomosti, které žáci v jednotlivých vyučovacích hodinách získávají, jsou většinou spojeny s přílišnou specifikací jednotlivých předmětů a žáci je nejsou schopni transformovat. Ukazuje se, že učitelská veřejnost se spíše přiklání k posílení interdisciplinárních vztahů jednotlivých pojmů, které se vyskytují v příbuzných vyučovacích předmětech. Tato myšlenka je velmi dobrá a má svou tradici (viz výše). Učitelé z praxe znají situace, kdy se učitel v dobré víře obrací na žáka s prosbou o vysvětlení pojmu, který byl již dříve probírán v předmětě jiném. Většinou se setkají s takovou reakcí žáků, že tito neumí pojem objasnit a zdůvodňují tento fakt tím, že o přece probírali v jiném předmětě. Dlouholeté zkušenosti ukazují, že žáci mají jednotlivé pojmy rozškatulkovány do příslušných předmětů a jejich transformace z jednoho do druhého je velmi obtížná (mnohdy nemožná). Proto je nutné začít se zaváděním interdisciplinarity do výuky pomalu, ale cíleně. MOŽNOSTI POSÍLENÍ INTERDISCIPLINARITY VE VÝUCE Posilovat interdisciplinaritu ve výuce (v našem případě přírodovědných předmětů) vyžaduje spolupráci všech učitelů, kteří danou skupinu předmětů vyučují. Spolupráce by měla být zaměřena na: - Výběr vhodných pojmů - Obsahové zařazení příslušných pojmů

2 - Časové zařazení pojmů - Možnost aplikace příslušných pojmů v příbuzném vyučovacím předmětě - Výběr vhodných vyučovacích metod VYUČOVACÍ METODY VYUŽÍVAJÍCÍ INTERDISCIPLINARITU POJMŮ Projektová metoda Pravděpodobně nejvýraznější metodou, ve které lze nenásilnou formou zařadit posílení interdisciplinarity, je projektová metoda. Tato patří v současné době k nejpreferovanějším metodám výuky. Projektová metoda nabízí neomezené množství možností využití interdisciplinarity. Nevýhodou projektové metody je její časová i obsahová náročnost a nemožnost frekventovanějšího využití. Projektová Metoda není metodou jedinou. Současná pedagogická veřejnost hledá i jiné možnosti posílení interdisciplinarity v jednotlivých předmětech. Jednou z takových možností je využití pojmové mapy. Metoda využití pojmové mapy Pojmová mapa obsahuje především odraz preference určitých vztahů dané problematiky mezi jejími základními pojmy. Žák si při tvorbě pojmové mapy učivo strukturuje, vytváří hierarchii pojmů a zároveň vztahy mezi nimi. Tvorba pojmové mapy je individuální záležitostí každého žáka a záleží na mnoha faktorech, jakou mapu vytvoří. Mezi základní faktory, které tvorbu pojmové mapy ovlivňují, patří např. dosavadní vědomosti žáka, styl jeho učení, dovednosti získané nácvikem tvorby pojmové mapy, vztah žáka k předmětu a k učiteli apod. Při tvorbě pojmových map může učitel naučit žáky pouze dovednosti strukturovat pojmy (přičemž jejich hierarchii je nutno nechat na uvážení každého žáka). Jednou z teorií, která poodhaluje důvody vytvoření určité pojmové mapy žákem, je Aushubelova teorie učení. Ta klade hlavní důraz na vliv předchozích znalostí žáka na jeho následné učení. Proto má žákovo učení a tvorba vlastní pojmové mapy největší účinnost, když vědomě a zřetelně propojuje nové poznatky s příslušnými pojmy, které už ovládá. Z předcházejících řádků je zřejmé, že tvorba pojmové mapy má své místo v teorii učení, a pokud budeme dbát o to, aby pojmová mapa obsahovala pojem v širokých souvislostech, je možné tvorbou pojmové mapy posílit i nterdisciplinární chápání vědomostí. Na základě tvorby pojmové mapy byl realizován také výzkum, který zmapoval možnosti využití interdisciplinárního pojmu voda ve výuce chemie. Tomuto výzkumu se budeme věnovat podrobněji. VÝZKUM SLEDOVÁNÍ ÚROVNĚ INTERDISCIPLINARITY V rámci diplomové práce byl realizován výzkum mezi žáky nižšího a vyššího gymnázia, jejichž hlavním úkolem bylo analyzovat pojem VODA z co možná nejširšího úhlu pohledu. 1. Organizace a cíl výzkumu Žákům byl zadán pojem VODA ve výuce chemie bez bližšího upřesnění, co konkrétně mají žáci zpracovat. V předvýzkumu toto téma zpracovávali volně bez časového omezení, ve vlastním výzkumu ve vyučovací hodině s časovým omezením 45 minut. Volné zadání tématu bylo provedeno záměrně, protože jsme chtěli vědět, zda žáci při zpracování určitého konkrétního pojmu využijí pouze informace z předmětu, ve kterém byl pojem zadáván (chemie), či využijí i jiných informací, popř. jiných zdrojů informací než výklad učitele. Cílem výzkumu bylo: - Analyzovat pojmové mapy, které žáci k pojmu VODA vytvořili - Provést obsahovou analýzu pojmu - Kvantitativně vyhodnotit výsledky

3 - Vyslovit závěr k získaným výsledkům Výzkum byl realizován ve dvou hlavních etapách: a) První a druhá etapa předvýzkumu b) Vlastní výzkum 2. Vzorek respondentů První etapa předvýzkumu byla realizována na Krajském odborném soustředění chemiků (K.O.S) v létě 2005 s 30 žáky. Druhá etapa předvýzkumu probíhala na Matičním gymnáziu, Ostrava 241 žáky. Vlastní výzkum byl uskutečněn na Gymnáziu Hlučín s 256 žáky. Celkem se tedy předvýzkumu a výzkumu zúčastnilo 527 žáků nižších a vyšších gymnázií Moravskoslezského kraje. 3. Metody výzkumu V rámci probíhajícího výzkumu byly využity následující metody: - Analýza pojmové mapy vytvořené žáky na téma VODA - Obsahová analýza využití pojmů se zaměřením na kategorie přírodovědných předmětů - Dotazník vztahující se k tvorbě a využití pojmové mapy ve výuce - Rozhovor s vybranými žáky 4. Kvantitativní analýza výsledků Předvýzkum Při sledování mezipředmětových vztahů s využitím interdisciplinárního pojmu VODA v přírodovědných předmětech jsme předpokládali, že nejvíce budou žáci při samotném zpracování pojmu využívat znalosti z předmětu chemie, ve kterém jim byl pojem zadán. Tento předpoklad vycházel z předvýzkumu, ve kterém byl pojem VODA zadáván také v zeměpise. V rámci předvýzkumu klesalo využití znalostí z jednotlivých předmětů v následujícím pořadí zeměpis, fyzika, biologie a různé (viz graf č. 1). Graf č.1: Procentuální zastoupení jednotlivých předmětů pilotní výzkum Zastoupení přemětů [%] Fyzika Zeměpis Biologie 10 5 Různé 0

4 Vlastní výzkum Na základě výsledků vlastního výzkumu, při kterém žáci úkol zpracovávali v hodinách chemie s přesně vymezenou časovou dotací, se potvrdila stanovená domněnka o preferenci využití informací z té vyučovací hodiny, ve které byl pojem zadáván. Mezi další předměty (kromě chemie), ze kterých žáci čerpali znalosti, patřily biologie, fyzika a zeměpis. Některé informace se nedaly blíže zařadit, proto byly zahrnuty do kapitoly různé. V rámci vlastního výzkumu klesalo využití znalostí z jednotlivých předmětů v pořadí fyzika, zeměpis, biologie a různé (viz graf č. 2). Rozdíl mezi předvýzkumem a vlastním výzkumem je pravděpodobně způsobena rozdílným aktuálním probíráním tematického celku voda v předmětech zeměpis a fyzika (což bylo potvrzeno studiem tématických časových plánů). Graf č.2: Procentuální zastoupení jednotlivých předmětů vlastní výzkum [%] Zastoupení předmětů Fyzika Zeměpis Biologie Různé Výsledky vlastního výzkumu ukazují, že na nižším stupni gymnázia při zpracování tématu voda využívali žáci nejvíce znalostí z fyziky, chemie a zeměpisu (v pořadí, v jakém jsou předměty vyjmenovávány). Na vyšším stupni gymnázia využívali žáci nejvíce znalostí z chemie, fyziky a zeměpisu, přičemž zeměpis se ve výsledcích od fyziky lišil jen nepatrně. Nejméně znalostí využívali žáci obou sledovaných skupin z předmětu biologie. Je to pravděpodobně způsobeno tím, že voda není v předmětu biologie samostatně probíraným tematickým celkem, jako je tomu u chemie, fyziky a zeměpisu. Voda je v biologii zmiňována při probíraní učiva prokaryotické a eukaryotické buňky a v souvislosti s vodním režimem rostliny (viz učební osnovy). Vzhledem k největšímu využití podílu vědomostí z chemie byl tento předmět použit jako základ srovnání. Jako zajímavé se jevilo sledovat trend úrovně znalostí studentů v průběhu studia, během jejich postupu do vyšších ročníků. Za tímto účelem byl vyhodnocen průměrný počet odpovědí ve věkově stejných třídách s následným seřazením těchto hodnot po dobu šestiletého studia (viz tab.č 2, 3, 4, 5).

5 Tab. č. 2: Využití pojmů chemie různé rok studia Tab. č. 3: Využití pojmů chemie zeměpis rok studia - průměr Různé-průměr Různé I.A I.B 1 42, II.A II.B 62, III.A III.B , A A A sexta 6 82, ,5 25 korelace 0,57 - průměr Zeměpis I.A I.B 1 42, II.A II.B 62, III.A III.B , A A A sexta 6 82, korelace 0,85 Tab. č. 4: Využití pojmů chemie biologie rok studia - průměr Zeměpisprůměr Biologieprůměr Biologie I.A I.B 1 42, ,5 17 II.A II.B 62, III.A III.B , A A A sexta 6 82, ,5 35 korelace 0,74

6 Tab. č. 5: Využití pojmů chemie fyzika rok studia - průměr Fyzika-průměr Fyzika I.A I.B 1 42, ,5 61 II.A II.B 62, ,5 45 III.A III.B A A A sexta 6 82, korelace 0,54 Při vzájemném porovnání vědomostí předmětů chemie biologie se ukazuje vyváženost nárůstu vědomostí (viz graf č. 3). Graf č. 3: Vzájemné porovnání předmětů chemie - biologie Vzájemné porovnání vědomostí z chemie a biologie Biologie Polynomický () Polynomický (Biologie) y = 3,5602x 3-37,677x ,33x - 44,667 Počet odpovědí y = 0,7222x 3-7,494x ,569x Rok studia V případě porovnání předmětů chemie fyzika je míra intenzity nabývání vědomostí v porovnání s ostatními předměty nejnižší (viz graf č.4).

7 Graf č. 4: Vzájemné porovnání vědomostí z chemie a fyziky Vzájemné porovnání vědomostí z chemie a fyziky Fyzika Polynomický () Polynomický (Fyzika) y = 3,5602x 3-37,677x ,33x - 44,667 Počet odpovědí y = 0,3796x 3-3,4504x ,027x + 42, Rok studia 5. Obsahová analýza výsledků Procentuálně a aritmetickým průměrem počtu odpovědí, které studenti byli schopni uvést k danému tématu, byl získán přehled o znalostech v rámci jednotlivých předmětů. Při obsahové analýze žákovských odpovědí v předmětu chemie používali žáci většinou tyto pojmy: složení vody, použití vody, voda jako rozpouštědlo a čištění vody. Svědčí to o skutečnosti, že s těmito pojmy se žáci během studia setkávají daleko častěji. Na druhé straně témata polarita vazeb, vazby ve vodě, hydráty a jejich sloučeniny, vykazují velmi nízké hodnoty aritmetických průměrů a relativně vysoké hodnoty směrodatných odchylek. Tyto pojmy totiž bývají probírány často jen v souvislosti s danou problematikou a dále se s ní nesetkávají - tudíž žákovy vědomosti v této oblasti rychle vyhasínají. Při obsahové analýze žákovských odpovědí v předmětu fyzika nebyla vyhodnocením nalezena žádná témata s vyšším aritmetickým průměrem a nižší směrodatnou odchylkou, která by svědčila o výrazném zapamatování daného pojmu či tématu. Pojmy s vyššími hodnotami aritmetického průměru a nižšími směrodatnými odchylkami byly: vzhled vody a teplota tání, teplota varu. Je to pochopitelné vzhledem k tomu, že s těmito tématy se žáci setkávají nejen v chemii, ale i ve fyzice, tudíž zapamatovatelnost tohoto tématu je velmi vysoká. Navíc tato témata hraničí s praktickým životem. Vyhodnocením témat v předmětu biologie byly nejfrekventovaněji uváděnými tématy: voda v lidském těle a voda jako životní prostředí živočichů. Potvrzuje to výše aritmetického průměru a směrodatné odchylky. Toto stanovisko se předpokládalo, neboť s těmito tématy se žáci setkávají již na základní škole. Stejné stanovisko platí také pro vyhodnocená témata v předmětu zeměpis. Těmi tématy jsou: rozložení vody na zemi a druhy vod. 6. Analýza dotazníku a) Vyhodnocením dotazníkové části bylo zjištěno, že se žákům tvorba pojmové mapy líbila (91%) a nečinila jim velké problémy (82%).

8 Nejčastější důvody, které žáci uváděli, proč se jim pojmová mapa líbila a nečinila problémy, byly: - pojmová mapa je hra, zábava - ověření znalostí - rozvíjení kreativity - jednoduché téma Důvody, proč se tvorba pojmové mapy nelíbila, se vztahovaly zejména k nedostatku času a k malým vědomostem. b) Potvrdila se také domněnka, že žáci při zpracování pojmu VODA budou nejvíce využívat zápisy z výuky chemie. Druhým nejfrekventovanějším zdrojem informací byla televize, internet a odborná literatura (viz graf č. 6) Graf č. 6: Využití zdrojů informací Které zdroje informací jste při tvorbě pojmové mapy uplatňovali? 21% 47% 8% 12% 12% škola literatura internet život televize 7. Ukázka tvorby pojmové mapy Pro ilustraci uvádíme ukázku dvou pojmových map. Pojmová mapa zdařilejší ukazuje na široké zmapování pojmu VODA a vysoký stupeň interdisciplinarity.

9 Pojmová mapa méně zdařilá je zaměřena jen na základní učivo ve výuce chemie s nízkým stupněm interdisciplinarity.

10 8. Citace vybraných pojmů k tématickému celku VODA V rámci předvýzkumu bylo žákům zadáno volné zpracování tématu VODA, kterého se žáci zhostili různě. Někteří vyjmenovávali pojmy, které je v této souvislosti napadly, jiní psali úvahy. Pro ilustraci uvádíme vybrané citace. a) Pevné, plynná, průhledná, ryby, rybolov, rostliny, kameny, jezero, řeka, potok, minerálka, umytí, sníh, led, prší, jinovatka, nádoby, vodárna, potopy, umyvadlo, vana, slanost vody, bažina, vodopád, loď, potrubí, ponorka, Titanic, ledovce, záchod, utopit, potápěči, jídlo, kapradiny, napít se, sladká voda, akvárium, slzy, sliny, bazén, sněhulák, čaj, polívat holky, sebevražda, vlna, přehrada, hydroplán, amazonka, vodní skútr, vodka, piráti, hydrosféra, plíseň, studna, živočich, žumpa, bouřka. b) Úvaha nad tím odkud se ta všechna voda vzala Kladu si otázku: Kde se na Zemi vzala všechna ta voda? V náboženské teorii se vypráví, že všechno živé i neživé stvořil Bůh. 6 Dní tvořil a 7 den odpočíval. Proti tomu stojí vědecká teorie, ta nám dokazuje různá kaledonská, varijská a později i alpinskohimalajská vrásnění, o prakontinentu Pangea a o moři zvaném Telthys A nebo to byl snad Poseidón? Bůh moří? c) Voda je H 2 O, takže se skládá z 1 atomu kyslíku a 2 atomů vodíku. Škoda, kdyby to bylo naopak, mohli bychom ve vodě dýchat. d) Když se podíváte do umyvadla, obvykle vidíte kapky vody, ale napadne nás, že zhruba 50 milionů takových kapek utvoří tzv. dlouhou vlnu, která zničí kus přímořského jihu v Asii? Voda život dává nejen nám lidem, ale i zvířatům a rostlinám. Na druhou stranu voda taky život bere. Nedávno jen takových lidiček spoustu stromů, ale kupodivu žádné zvířata. Ty umírají jinde. V Arktidě stačí medvědovi, aby se po plavání málo otřepal a zmrzne. Zajímavé.. e) Bez vody nemůžeme žít, takže se musíme snažit, aby stejně jako pohádka Sůl nad zlato nevznikla reálná Voda nad zlato. 9. Shrnutí výsledků V rámci předloženého výzkumu byly potvrzeny tyto domněnky: Žáci budou při zpracování pojmu VODA využívat nejvíce znalostí z předmětu chemie, ve které byl pojem zadáván. Žáci budou při zpracování pojmu VODA nejvíce využívat zápisy ze školních hodin. Při dotazování žáků, který jiný pojem by byl hodný pro tvorbu pojmové mapy, budou vycházet z učiva chemie. Žáci budou preferovat způsob učení dle pojmové mapy, neboť je pro ně způsobem novým, zajímavým a umožňuje se na danou problematiku dívat z všeobecného hlediska. Domněnka: Výkon žáka záleží na věku, tzn. čím je žák starší, tím uvádí větší počet informací se potvrdila pouze částečně, a to v rámci předmětu chemie. ZÁVĚR Interdisciplinarita pojmů vyučovacích předmětů podobného zaměření je nutná. Žáci musejí umět transformovat pojmy z jednoho předmětu do druhého, musejí daný pojem vidět

11 v širších souvislostech. Jen tak lze dosáhnout vysoké úrovně porozumění pojmů a vztahů mezi nimi, možnosti aplikace pojmu do praxe. Interdisciplinarita a její zavádění do výuky není záležitost jednoduchá a ni krátkodobá. Je na učitelích, jaké metody, formy a prostředky zvolí, jak se domluví mezi sebou. Pokud bude mít učitel v této problematice jasno, je pravděpodobné, že bude interdisciplinarita zaváděna neformálně a efektivně. PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY 1. JANIŠOVÁ,J. Interdisciplinarita ve výuce chemie na SŠ. Diplomová práce. PřF OU : Ostrava, PROKŠA,M. Pojmové mapy jako prostředek zpětné vazby. In BÍLEK A KOL. Psychogenetické aspekty didaktiky chemie. Hradec Králové : Gaudeamus, 2001, ISBN PRŮCHA, J., WALTEROVÁ, E., MAREŠ, J. Pedagogický slovník. Praha : Portál, 1995, s SOLÁROVÁ,M. Tvořivý učitel chemie. Ostrava : Ostravská univerzita, 2003, 60 s. ISBN SOLÁROVÁ, M. Interdisciplinární využití pojmů ve výuce přírodovědných předmětů na ZŠ A SŠ. In Konference didaktiků chemie Trnava. Trnava : Supplementum, 2006, ISBN X.