Příprava a testování nových materiálů pro výuku chemie v elektronické formě

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Katedra učitelství a didaktiky chemie Příprava a testování nových materiálů pro výuku chemie v elektronické formě Bc. Jiří Kraus Diplomová práce Vedoucí práce: RNDr. Petr Šmejkal, Ph.D. Praha, 2012

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. Jsem si vědom toho, že případné využití výsledků získaných v této práci, mimo Univerzitu Karlovu v Praze, je možné pouze po písemném souhlasu této univerzity. V Praze dne... Podpis 1

3 Poděkování Chtěl bych poděkovat panu RNDr. Petru Šmejkalovi Ph.D. za vedení, pomoc, trpělivost a odvahu při zpracovávání této diplomové práce. 2

4 Seznam použitých zkratek CSS HTML MŠMT ČR RVP G SEO ŠVP VSEPR WYSIWYG XHTML Cascading Style Sheets (česky šablona kaskádových stylů ) HyperText Markup Language (česky hypertextový značkovací jazyk ) Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy České republiky Rámcový vzdělávací program pro gymnázia Search Engine Optimalization (česky optimalizace pro vyhledávače ) Školní vzdělávací program Valence Shell Electron Pair Repulsion (česky odpuzování valenčních elektronových párů ) What you see is what you get (česky co vidíš je to, co dostaneš ) extensible HyperText Markup Language (česky rozšířitelný hypertextový značkovací jazyk ) 3

5 Abstrakt Tato diplomová práce je zaměřena na vytvoření komplexního výukového materiálu na téma chemická vazba. Součástí práce je vymezení obsahu učiva na základě kurikulárních dokumentů, konkrétně Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia, Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky a Školního vzdělávacího programu Gymnázia Vincence Makovského v Novém Městě na Moravě. V návaznosti na vymezení obsahu učiva byla provedena pojmová analýza a analýza didaktické vybavenosti středoškolských učebnic. Dále byly zkoumány elektronické materiály a to jak v českém tak i anglickém jazyce. Na základě provedených analýz a zhodnocení byl vytvořen výukový studijní materiál, který obsahově pokrývá téma chemické vazby dle požadavků kurikulárních dokumentů. Materiál tedy obsahuje kapitoly: Úvod, Vlastnosti vazby, Vazba kovalentní, Vazba polární, VSEPR, Teorie MO, Hybridizace, Vlastnosti látek, Slabé vazebné interakce a Historie. Formou zpracovaného studijního materiálu práce je webová prezentace čítající 13 samostatných stránek, která je doplněna 80 obrázky, které byly vytvořeny od základu, a 52 flash animacemi a několika motivačními prvky. 4

6 Abstract This diploma thesis is focused on design and preparation of a new educational material focused on the theme of chemical bond. The material has been prepared with regard to content and with approaches based on results of analysis of secondary school textbooks and internet sources which deal with chemical bond and current curricular documents valid in the Czech Republic. First part of the thesis deals with specification and determination of necessary terms and arbitrary content of theme of chemical bond based on the content current curricular documents, especially FEP G (Framework educational program for secondary general education), Katalog požadavků ke zkouškám společné části maturitní zkoušky pro rok 2011 a 2012 (Catalog of requirements for the common part of mature examination for yers 2011 and 2012), four selected School educational programs (ŠVP - školní vzdělávací program) and on evaluation and term analysis and didactic content analysis at most common secondary school textbooks and selected internet sources focused on theme of chemical bond. The results of the evaluation and analysis also showed the incompleteness of the analyzed materials with regard to didactic content and/or specialized content. On the basis of results of the analysis and the evaluation, a new educational material in the form of web page with pictures and flash animations has been created. The educational material called Big interactive textbook on chemical bond contains following chapters: Introduction, Properties of the chemical bond, Covalent bond, Polarity, VSEPR, MO theory, Hybridization, Properties of substances, Weak bonding interaction and History and approaches used for preparation of the educational material are described in the second part of the thesis. The form of interactive webpage containing hypertext, images and flash animations was selected, with respect to easy material distribution in future and presence of extended didactic content, has been selected. The material contains 13 pages of text, 80 of images created by author and 52 flash animations. 5

7 Obsah 1. Úvod Cíl práce Rešerše středoškolských učebnic Pojmová analýza učebnic a hodnocení didaktické vybavenosti Pojmová analýza Výběr pojmů Pojmová analýza stávajících materiálů Hodnocení didaktické vybavenosti Závěry z rešerše a analýzy učebnic Rešerše internetových zdrojů Rešerše internetových zdrojů v českém jazyce Rešerše internetových zdrojů v anglickém jazyce Shrnutí Forma vytvořeného studijního materiálu Použitý software Volba prostředků k tvorbě webu XHTML CSS Macromedia Dreamweaver [52] Macromedia Flash [51] Macromedia Fireworks [40] ACD ChemSketch [54] a ACD 3D Viewer [55] Webová prezentace Úvodní část Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě Evaluace materiálu Závěr Zdroje Seznam příloh

8 1. Úvod Od byl zaveden, v souladu s novými principy zformulovanými v Národním programu rozvoje vzdělávání [1] v ČR a zakotvenými zákonem o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělávání (zákon č. 561/2004 Sb.), do vzdělávací soustavy nový systém kurikulárních dokumentů. Od tohoto přelomového data musí všechna gymnázia vyučovat podle vlastních Školních vzdělávacích programů (ŠVP). Tyto školní vzdělávací programy, které si školy vytvořily samy a reprezentují tak školní úroveň kurikulárních dokumentů, jsou odvozeny z Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia (RVP G) [2], který reprezentuje státní úroveň. Ruku v ruce s touto reformou byla ve školním roce 2010/2011 poprvé konána státní část maturitní zkoušky v tzv. náběhové části. [3] Rámcový vzdělávací program pro gymnázia (RVP G)[2], schválený dne , dle svých principů: stanovuje základní vzdělávací úroveň pro všechny absolventy gymnázií, kterou musí škola respektovat ve svém vzdělávacím programu [2], dále specifikuje úroveň klíčových kompetencí, jíž by měli žáci na konci vzdělávání dosáhnout [2] a vymezuje závazný vzdělávací obsah očekávané výstupy a učivo [2]. V praxi to znamená, že na základě obsahu učiva definovaném v Rámcovém vzdělávacím programu pro gymnázia si škola vytvoří obsah učiva svého vlastního školního vzdělávacího programu (ŠVP). Tento ŠVP, který bude v souladu s RVP G, pak bude pro školu závazný. Tímto způsobem je školám dána určitá volnost ve volbě jak obsahu, tak hloubce učiva a způsobu vyučování. Rámcové vzdělávací programy pak umožňují školám propojovat obsah vzdělání v jednotlivých předmětech s praktickým životem a konkrétními aplikacemi ve vědě a průmyslu. Podporovány jsou taktéž moderní metody výuky podporující myšlení, pohotovost a samostatnost žáků. [2] Je možno využít různé způsoby diferencované výuky a nové organizační formy, projektovou výuku [4] nebo badatelsky orientovanou výuku [5]. Jedním z předmětů, kterého se reforma kurikulárních dokumentů dotýká významně, bude také předmět chemie. Chemie je, stejně jako fyzika či biologie, součástí přírodních věd, jejichž principy a témata jsou mnohdy společná či překrývající se (např. vlastnosti plynů v chemii a fyzice či mnohé oblasti biochemie a biologie, např. biochemické cykly), přičemž v tomto ohledu se otvírá prostor pro integraci těchto předmětů. Novinkou v kurikulárních dokumentech jsou také tzv. průřezová témata, která mají přesah do řady klasických předmětů a ukazují žákům vztahy a návaznosti mezi jednotlivými předměty. Vzdělávací obor chemie společně s fyzikou, biologií, geografií a geologií patří do vzdělávací oblasti Člověk a příroda. Chemie je rozdělena podle klasických kategorií na 7

9 chemii obecnou, anorganickou, organickou a biochemii. Obecná chemie je rozdělena do sedmi tematických celků: Soustavy látek a jejich složení, Veličiny a výpočty v chemii, Stavba atomu, Periodická soustava prvků, Chemická vazba a vlastnosti látek, Tepelné změny při chemických reakcích a Rychlost chemických reakcí a chemická rovnováha. Stejně jako v jiných přírodních vědách, ovšem v chemii obzvlášť, je nabývání poznatků podmíněno dobrými znalostmi základních pojmů v oboru. Velký význam pro úspěšné zvládnutí předmětu chemie nepochybně má učivo obecné chemie, zvláště pak chemické vazby, jejíž pochopení významně ulehčí studium dalších specializovaných disciplín. RVP G dále vyjmenovává očekávané výstupy z tohoto tématu: žák využívá odbornou terminologii při popisu látek a vysvětlování chemických dějů, provádí chemické výpočty a uplatňuje je při řešení praktických problémů, předvídá vlastnosti prvků a jejich chování v chemických procesech na základě poznatků o periodické soustavě prvků, využívá znalosti o částicové struktuře látek a chemických vazbách k předvídání některých fyzikálně-chemických vlastností látek a jejich chování v chemických reakcích [2]. S chemickou vazbou dále úzce souvisí poslední výše uvedený očekávaný výstup, což znamená, že učivo týkající se chemické vazby nabývá důležitosti nejen z hlediska obsahu učiva ale i z hlediska klíčových kompetencí. Detailním porozuměním problematiky chemické vazby žákům usnadní studium dalších specializovaných oborů nejen chemie, ale i fyziky, biologie či geologie. Jak je bylo zmíněno RVP G nedefinuje obsah učiva příliš podrobně, což je dáno jeho podstatou. Obsah učiva, ale hlavně hloubku učiva si školy volí dle svého uvážení, podle zaměření školy, zkušeností profesorů a celé řady dalších vlivů. Školy ovšem volí obsah učiva tak, že se jejich ŠVP scházejí na určitém minimu díky požadavkům RVP G, ale také díky požadavkům, který klade na žáky nová forma maturitní zkoušky. Maturitní zkouška ve školním roce 2011/2012 se skládala ze dvou částí společné (státní) a profilové (školní). Aby žák uspěl u maturity, musí úspěšně složit povinné zkoušky obou těchto částí. Kromě zmíněné povinné části si žáci mohou zvolit tzv. nepovinnou zkoušku. Mezi možnostmi, ze kterých si žáci vybírají, je zastoupen i předmět chemie. Obsah učiva nutný ke složení společné části maturitní zkoušky uvádí Katalog požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6], který z RVP G vychází. Katalog požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6] definuje rozsah učiva, který musí žáci zvládnout pro absolvování společné části maturitní zkoušky prostřednictvím dovedností žáka v rámci daného tématu. Katalog definuje maturitní 8

10 požadavky tak, aby si je mohli osvojit žáci bez ohledu na typ navštěvované školy i programového dokumentu, z něhož vychází vzdělávací program dané školy. [6] Učivo chemie rozděleno do klasických kategorií jako v RVP G. Učivo obecné chemie je rozděleno do tematických celků: Látky a soustavy látek, Důležité veličiny a základní výpočty v chemii, Chemické prvky a periodická soustava, Struktura a vlastnosti prvků a sloučenin, Chemický děj a jeho zákonitosti, Chemická rovnováha, Chemické látky a chemické přípravky z hlediska bezpečnosti a hygieny práce (chemie kolem nás), Interpretace údajů v prostředí kolem nás pomocí chemických veličin (chemie kolem nás) a Jaderné přeměny a chemické reakce v praxi (chemie kolem nás). Tematický celek, který v sobě zahrnuje problematiku chemické vazby, je Struktura a vlastnosti prvků a sloučenin. Dovednosti, které by měl žák prokázat při skládání maturitní zkoušky, které se chemické vazby týkají jsou: vymezit podmínky vzniku chemické vazby, obsah pojmů délka vazby, vazebná (disociační) energie, násobnost (vazba σ a π), polarita chemické vazby (nepolární, polárně kovalentní, iontová vazba), kovová vazba, slabší vazebné interakce (vodíkové vazby a jejich vliv na fyzikální a chemické vlastnosti látek, van der Waalsovy síly) dále určit vaznost atomů v molekulách a porovnat ji s vazebnými možnostmi atomů v základním a excitovaném stavu vymezit pojmy atomové (kovalentní), molekulové a iontové krystaly a kovy (kovové krystaly) a vysvětlit pomocí poznatků o složení a struktuře látek jejich fyzikální vlastnosti (teplotu tání a varu, vedení elektrického proudu v taveninách a vodných roztocích, rozpustnost látek v polárních a nepolárních rozpouštědlech). K výše uvedenému je dobré doplnit, že k maturitní zkoušce z chemie se přihlásí žáci, kteří mají o chemii zásadní zájem a směřují svá budoucí vysokoškolská studia do oborů, kde se vyžadují chemické znalosti a dovednosti. [6] Jak je patrné, ani Katalog požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6] není zcela konkrétní z hlediska povinného obsahu učiva vztahujícího se k chemické vazbě, ač je nepochybně konkrétnější než RVP G. V tomto ohledu ale už z principu zmíněné reformy vyplývá, že v dnešní době nelze nalézt žádný souhrnný sumář znalostí týkající se chemické vazby, které musí žáci zvládnout. Každá škola a její učitelé si nastavují tento obsah učiva prostřednictvím svých ŠVP sami. To ale může být problémem při tvorbě jakéhokoli didaktického materiálu, který nebude ušit na míru konkrétnímu ŠVP. Navíc by materiál měl reflektovat principy RVP G jako jsou mezipředmětové vazby, učení souvislostí, vazba na praxi atd. Kromě toho, učební materiály vznikají pomalu, takže většina materiálů dnes existujících, vytvořených pře reformou, nereflektuje záměry a principy RVP G. V případě učiva o chemické vazbě se v tomto ohledu jedná zejména o 9

11 středoškolské učebnice vydané před zavedením RVP G a materiály dostupné na internetu, zejména ve formě webových stránek, multimediálních a klasických textových dokumentů ve formátu.doc,.pdf nebo.ppt. V současné době existuje mnoho středoškolských učebnic a jiných publikací např. [10-17], které se věnují chemické vazbě, žádná však nemá, vzhledem k době vzniku, přímé napojení na cíle a pojetí výuky podle rámcového vzdělávacího programu. Naopak jejich předností je jejich faktická správnost a didaktická vyspělost, učitelé a žáci jsou na učebnice zvyklí. Učebnice mají ovšem omezený rozsah a na kapitolu o chemické vazbě se všemi jejími návaznostmi a důsledky nezbývá místo. Tímto neduhem ovšem nemusí nutně trpět zvláště mezi žáky oblíbené materiály dostupné na internetu. Jejich výhodou je skutečnost, že jsou snadno dostupné, jsou zdarma a umožňují přítomnost množství grafických a multimediálních prvků pomáhajících v pochopení učiva. Problematická může být jejich faktická správnost a důvěryhodnost. I těchto materiálů je k dispozici celá řada, nicméně většina z nich taktéž vznikla před realizací RVP G nebo bez návaznosti na realitu výuky na gymnáziích v ČR. [7] Jak je patrné, studijních materiálů, ať digitálních či knižních publikací, které by reflektovaly reformu kurikulárních dokumentů není mnoho. Lze tedy považovat za užitečné, pokud budou starší materiály zhodnoceny z hlediska využitelnosti ve výuce, která se odvíjí od RVP G, Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky, jednotlivých ŠVP a souvisejících kurikulárních dokumentů a budou-li vytvořeny materiály nové, které tyto dokumenty budou reflektovat. 10

12 2. Cíl práce Cílem práce bude zhodnocení využitelnosti obsahu existujících materiálů pro výuku tématu chemická vazba dle principů a cílů definovaných v RVP G, Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky a případně některého ŠVP. Budou zhodnoceny jednak středoškolské učebnice v českém jazyce, dále vybrané materiály dostupné na internetu a to jak v českém tak anglickém jazyce. Dále bude cílem práce vytvořit výukový materiál pro žáky i učitele volně dostupný na internetu reflektující platné kurikulární dokumenty a realitu výuky na gymnáziích v České republice. Cíl práce bude naplněn prostřednictvím rešerše učebnic zabývajících se chemickou vazbou a souvisejícími tématy a dále rešerší webových stránek, jejichž součástí jsou témata blízké chemické vazbě. Rozsah a způsob podání učiva obecné chemie v těchto materiálech bude porovnán s obsahem učiva uvedeným v RVP G a konkretizovaným v Katalogu požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [4] a případně vybraných ŠVP. Dále bude kvalitativně zhodnoceno, zda tyto materiály mají předpoklady k naplnění očekávaných výstupů tak, jak je požadováno v kurikulárních dokumentech. Na základě výsledků této rešerše bude vypracován materiál, který by měl žákům předat znalosti nutné ke splnění očekávaných výstupů a nabytí dovedností uvedených v kurikulárních dokumentech. Materiál by měl dále reflektovat svým obsahem realitu vyučování chemie na gymnáziích a pomoci žákům jako základ pro nabývání vědomostí v dalším chemickém vzdělávání. 11

13 3. Rešerše středoškolských učebnic Učebnice je nejklasičtější pomůckou jak učitele, tak žáka. [7] Vzhledem k tomuto faktu se výběru učebnic ve škole často věnuje velká pozornost, a to jak ze strany učitelů, žáků, ale i rodičů ( Jaké má mít syn/dcera učebnice? ). Volba špatné učebnice může způsobit nesprávné pochopení pojmů, žák si tedy učivo vůbec neosvojí, nebo si ho osvojí pouze částečně, a nezíská znalosti a dovednosti v rozsahu požadované nejen učitelem, ale i kurikulárními dokumenty. Špatná učebnice působí na žáka demotivačně. V případě chemické vazby je volba správné učebnice či vhodného studijního materiálu obzvláště důležitá, protože mnohé učivo v této oblasti je značně abstraktní, jako např. rozdíl vazby σ a vazby π, nebo obtížně pochopitelné vyžadující ilustrace, např. VSEPR či teorie hybridizace. Proto tato práce obsahuje porovnání několika středoškolských učebnic a jiných publikací zaměřených na chemickou vazbu z pohledu kurikulárních dokumentů, a to nejen státní úrovně tedy RVP G a Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky, ale částečně i školní úrovně tedy ŠVP několika gymnázií, čímž se snaží vytvořit jakési vodítko pro výběr vhodné učebnice, zejména z obsahového hlediska. Protože by bylo náročné kvantitativně zmapovat obsahy Školních vzdělávacích programů reprezentativního vzorku všeobecných gymnázií, byly vybrány čtyři gymnázia, jejichž ŠVP, tedy části týkající se chemické vazby, byly důkladně prostudovány (viz. kapitola 4.1 Pojmová analýza). Byly to: Gymnázium Vincence Makovského se sportovními třídami Nové Město na Moravě [8], Gymnázium Botičská Praha [9], Gymnázium Nad Štolou Praha [10] a Gymnázium Na Vítězné pláni Praha [11]. Vzhledem k tomu, že učebnic a jiných publikací zaměřených na obecnou chemii obsahujících učivo chemické vazby existuje celá řada, k porovnání bylo vybráno jen několik [12-19], a to zvláště ty novějšího data vydání, aby učivo bylo aktuální jak z hlediska faktického tak didaktického. Dále byly vybrány takové publikace, které jsou mezi učiteli a žáky všeobecně rozšířené a používané. [20] Pozornost této práce je zaměřena pouze na učebnice napsané v českém jazyce, neboť nebylo a není zvykem vyučovat na českých školách podle zahraničních učebnic. Na základě zmíněných faktů a konzultací byly tedy vybrány tyto učebnice a jiné publikace: Přehled středoškolské chemie [12], jejímž autorem je profesor RNDr. Jiří Vacík, DrSc. Na publikaci spolupracovala celá řada spoluautorů a lektorů, učebnice pokrývá obsahově celou středoškolskou chemii, o chemické vazbě je možné se dočíst v obsáhlé kapitole Molekuly a jejich soubory čítající něco přes čtyřicet stran. Učebnice je 12

14 v předmluvě doporučena také jako trvalý zdroj základních chemických informací pedagogům, obsahuje i celou řadu pokročilých témat. Učebnici schválilo MŠMT ČR a zařadilo ji do seznamu učebnic pro střední školy. Kniha jako taková byla vydána naposledy roku 1999, sepsána však byla koncem osmdesátých let, jde tedy o učebnicovou klasiku. Chemie I v kostce obecná a anorganická chemie, výpočty v oboru chemie [13], kterou napsali Bohumír Kotlík a Květoslava Růžičková. V předmluvě uvádí, že...rozsah učiva je volen tak, aby učebnice pomohla studentům při přípravě k maturitní zkoušce, ale zároveň byla vhodnou pomůckou pro úspěšné vykonání přijímacích zkoušek na vysokou školu [13]. Je tedy určena žákům, kteří již mají jisté chemické povědomí a matematické znalosti a pouze si chtějí učivo zopakovat. [7] Publikace byla poprvé vydána roku 1996, od té doby byla několikrát znovu vydána, naposledy roku O tématu vazby se dočteme v kapitole Chemická vazba, která čítá osm stran. Publikace nemá schvalovací doložku MŠMT ČR. Chemie pro čtyřletá gymnázia I [14] jejími autory jsou Jiří Mareček a Jaroslav Honza. Je součástí stejnojmenné třídílné sady učebnic. Kniha byla poprvé vydána v roce 1998, od té doby byla několikrát vydána znovu, naposledy roku Podle M. Klečky [20] patří učebnice k těm nejvíce používaným. Publikace nemá schvalovací doložku MŠMT ČR. O tématu chemické vazby je možné se dočíst v kapitole Chemická vazba, která čítá sedmnáct stran. Obecná a anorganická chemie [15] od Vratislava Šrámka a Ludvíka Kosiny. Autoři v úvodu uvádí, že učebnice je určena pro všechny typy škol a dále pro přípravu k maturitě a k přijímacím zkouškám na vysoké školy. Dále autoři konstatují, že učební text obsahuje jen nejzákladnější poznatky a informace, což studujícímu umožní soustředit se na nejdůležitější fakta. Publikace byla vydána roku 1996, nikdy znovu vydána nebyla, schvalovací doložku MŠMT ČR nemá. O tématech blízkých chemické vazbě se dočteme v kapitole Složení a struktura chemických látek, část o chemické vazbě čítá dvacet čtyři stran. Chemie obecná a anorganická I pro gymnázia [16], kterou napsali autoři Vratislav Flemr a Bohuslav Dušek. Ve svém úvodu uvádí, že je určena pro první ročníky vyšších gymnázií a odpovídající ročníky víceletých gymnázií, neboť je součástí dvoudílného souboru. Učebnici schválilo MŠMT ČR a zařadilo ji do seznamu učebnic pro střední školy. Učebnice byla poprvé vydána roku 2001, z posuzovaných publikací jde tedy o druhou nejmladší, od té doby byla vydána ještě několikrát, naposledy roku Učivo chemické vazby má svoji vlastní kapitolu, čítající pět stran. 13

15 Chemie pro střední školy [17] od autorů Jiřího Banýra a Pavla Beneše. Učebnice je určena pro všechny typy středních škol nechemického zaměření, ve kterých se chemie vyučuje jako všeobecně vzdělávací předmět. Učivo tématu chemická vazba má v této učebnici také vlastní kapitolu čítající pět stran. Učebnici schválilo MŠMT ČR a zařadilo ji do seznamu učebnic pro střední školy, přičemž učebnice byla vydána roku 1995, posléze byla několikrát vydána znovu, naposledy roku Chemie pro střední školy 2a [18]. Z německého originálu Elemente Chemie II (Ernst Klett Verlag, Stuttgart, 1996) přeložil Bohumil Kratochvíl a kol. Byla vydána roku Schvalovací doložku MŠMT ČR nemá. Publikace není vytvořena podle českých osnov, ale podle principů vzdělávání praktikovaných ve Spolkové republice Německo. Od ostatních učebnic se liší hlavně moderní a pestrou grafickou úpravou. Jde o pokračování zejména prakticky orientovaného prvního dílu Chemie pro střední školy 1a [19], který na rozdíl od pokračování, MŠMT ČR schválilo a zařadilo ji do seznamu učebnic pro střední školy. V prvním díle Chemie pro střední školy 1a [19] je velký důraz kladen na problémy týkající se životního prostředí, učivo je propojeno s praxí, přináší řadu návodů na pokusy a příklady ze života. Oproti tomu Chemie pro střední školy 2a [18] je určen především pro žáky gymnázií připravující se na přijímací zkoušky na vysoké školy. Chemická vazba a témata jí blízká jsou zpracována v kapitole Stavba atomu a chemická vazba. Část této kapitoly, která se této vazby týká, čítá dvacet čtyři stran. Problém těchto učebnic byla vysoká cena při vstupu na trh, to v dnešní době již neplatí, ale výsledkem je, že nejsou tyto učebnice rozšířeny, zvláště pak Chemie pro střední školy 1a [19], kterou sehnat je zhola nemožné. Pochopení mechanismu příčin vzniku, podstaty a zákonitostí chemické vazby je důležité pro zvládnutí dalších témat chemie. Dobrou znalostí a pochopením učiva týkajícího se chemické vazby lze předvídat některé fyzikálně-chemické vlastnosti látek a jejich chování v chemických reakcích. Tuto dovednost ostatně požadují všechny zkoumané ŠVP. [8-11] Z tabulky č. 3.1 je možné vysledovat, že všechny středoškolské učebnice, které byly do srovnání vybrány, pojednávají o vazbách v chemických sloučeninách, tj. o vazbě kovalentní, nepolární, polární, iontové a koordinačně kovalentní. V Přehledu středoškolské chemie [12], Chemii v kostce [13] a Chemii pro čtyřletá gymnázia [14] a Chemie pro střední školy 2a [18] je v úvodu učiva o chemické vazbě uveden graf závislosti energie na vzdálenosti jader. Tento graf více do hloubky vysvětluje vznik vazby z energetického hlediska, jsou pomocí něj vysvětleny abstraktní pojmy jako vazebná délka 14

16 Tab. 3.1 Chemická vazba a vlastnosti látek vazba polární kovalentní vazba a její vznik vazba iontová, vazba molekulové orbitaly vazba kovová vlastnosti vazby koordinačně kovalentní hybridizace závislost energie atomů na elektronegativita - vysvětlení podrobně pásový model Jiří Vacík vzdálenosti jader - graf obrázek skládání dipólů elektronová konfigurace MO krystalové struktury kovů Přehled středoškolské chemie vazba v molekule H 2 el. konfigurace iontů mnoho obrázků typické vlastnosti kovů podrobně vznik ammoného iontu hybridních orbitalů závislost energie atomů na elektronegativita, dipól orbitaly σ a π - obrázky pouze zmíněna Kotlík, Růžičková vzdálenosti jader -graf obrázek skládání dipólů podrobně vysvětlen princip a Chemie v kostce graf závislost charakteru vazby pravidla pro hybridizaci vznik ammoného iontu bez obrázků závislost energie atomů na elektronegativita - vysvětlení orbitaly σ a π - obrázky podrobně popsáno Mareček, Honza vzdálenosti jader - graf graf závislost charakteru vazby hybridizace chybí obrázek kování a krystalu Chemie pro čtyřletá gymnázia I na rozdílu elektronegativit kovu vznik ammoného iontu elektronegativita - vysvětlení orbitaly σ a π - obrázky krystalové struktury kovů Šrámek, Kosina znázornění vzniku molekuly vznik ammoného iontu hybridizace - vysvětlení typické vlastnosti kovů Obecná a anorganická chemie H 2 obrázek vztah mezi prostorové uspořádání podle jednotlivými typy vazeb typu sloučenin - obrázky popsáno stručně koordinační vazba podrobně popsáno Flemr, Dušek obrázky elektronových hustot polarita popsáno neobsahuje schéma struktury mědi Chemie obecná a anorganická I v molekulách H 2 a F 2 iontová vazba - popsáno pro gymnázia elektronegativita - vysvětlení stručně popsáno stručně, popisně vazba σ a π popsáno Banýr, Beneš znázornění vzniku molekuly změna tvaru orbitalů u polární obsahuje rozsáhlý výklad obrázek schéma kovové vazby Chemie pro střední školy H 2 vazby o struktuře molekul pokus s kouřem v baňce závislost energie atomů na elektronegativita mnoho obrázků, podrobně celá kapitola Kratochvíl vzdálenosti jader - graf komplexní sloučeniny VSEPR i hybridizace model elektronového plynu Chemie pro střední školy 2a vazba v molekule H 2 o iontové vazbě celá kapitola elektronová konfigurace MO pásový model podrobně včetně obrázků 15

17 a vazebná energie. Tyto pojmy jsou explicitně vyžadovány ŠVP Gymnázia Na Vítězné pláni [11], ŠVP Gymnázia Botičská [9] a ŠVP Gymnázia Nové Město na Moravě [8]. V Přehledu středoškolské chemie [12] a v Chemii pro střední školy 2a [18] je uvedena teorie molekulových orbitalů a princip tvorby elektronové konfigurace dvouatomových molekul, V jiných publikacích toto nenajdeme. Tyto dovednosti jsou vyžadovány ŠVP Gymnázia Nové Město na Moravě [8]. Ostatní učebnice a publikace kromě Chemie obecné a anorganické I pro gymnázia [16] obsahují základní informaci o vazbě typu σ a π doplněné o jejich obrázky. Velké rozdíly ve zpracování a zahrnutí tématu jsou patrné u hybridizace, kdy v Přehledu obecné chemie [12] se nachází kapitola o hybridizaci doplněná obrázky, text je však informačně hutný a dosti složitý. S jiným přístupem je hybridizace zpracována v Obecné a anorganické chemii [15], kdy k jednotlivým sloučeninám je přiřazen typ hybridizace a zobrazen příslušný prostorový tvar. Bez obrázků prostorových tvarů vysvětluje hybridizaci Chemie v kostce [13]. Chemie pro střední školy [17] neobsahuje výklad o hybridizaci, ale v učebnici se nachází výklad o prostorové struktuře molekul, není však zmíněn ani název VSEPR. V Chemii pro čtyřletá gymnázia [14] a v Chemii obecné a anorganické I pro gymnázia [16] teorie hybridizace, či kapitola o tvaru molekul chybí. Teorie hybridizace ve své teoretické podobě je dosti složitá, poněkud jednodušší je teorie VSEPR, pomocí které lze určit prostorový tvar molekul snáze, navíc, z pohledu žáka SŠ teorie dávají stejné výsledky. Základy této teorie se nachází pouze v Chemii pro střední školy 2a [18]. Význam ale uvedení podobné kapitoly určitě má, protože dovednosti týkající se určování tvaru molekul mají ve svém ŠVP uvedeny Gymnázia Botičská [9], Na Vítězné pláni [11]. V těchto ŠVP není zmíněna konkrétně ani hybridizace ani VSEPR. Gymnázium Nové Město na Moravě [8] uvádí obě metody, Gymnázium nad Štolou určování tvarů molekul ve svém ŠVP [10] nemá. Všechny zmiňované publikace se zabývají kovovou vazbou, Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18] představují navíc pásový model kovové vazby, který se v jiných publikacích nevyskytuje, je ale opět požadován ŠVP Gymnázia Nové Město na Moravě [8]. Ostatní ŠVP [9-11] kovovou vazbu explicitně neuvádí. Za zmínku stojí obrázek kování v Chemii pro čtyřletá gymnázia [14], který zobrazuje posun vrstvy atomů kovu proti jiným vrstvám při úderu kladiva. Míra pozornosti, kterou publikace věnují vodíkové vazbě, jak je patrné z tabulky 3.2, se v jednotlivých materiálech značně liší. V Přehledu středoškolské chemie [12] je 16

18 Tab. 3.2 Chemická vazba a vlastnosti látek vodíková vazba síly van'der Waalsovy krystaly vlastnosti sloučenin vysvětlena textově velmi stručně popsány struktura krystalů vlastnosti jednotlivých Jiří Vacík zmíněny důsledky bez rozdělení atomové, iontové, molekulové krystalických látek Přehled středoškolské chemie obrázek vodíkové vazby v obrázky krystalových ledu struktur a základních buněk podmínky vzniku textově popsané Kotlík, Růžičková druhy vodíkových vazeb doplněno obrázky neobsahuje neobsahuje Chemie v kostce body varu - grafy podrobně - rozdělení prvků 17., 16. a 14. skupiny podrobně - vysvětlení podrobně popsáno Mareček, Honza grafy teplot varu podrobně - rozdělení neobsahuje neobsahuje Chemie pro čtyřletá gymnázia I prvků 17., 16. a 14. skupiny řada obrázků příklady struktura iontových sloučenin Šrámek, Kosina stručně popsáno stručně popsáno pouze zmíněno vlastnosti kovalentních látek Obecná a anorganická chemie vlastnosti kovů body varu hydridů 6. skupiny Flemr, Dušek struktura kapalné vody pouze zmínky bez rozdělení neobsahuje neobsahuje Chemie obecná a anorganická I uvedeno až u vody nikoli pro gymnázia u chemické vazby vlastnosti látek s kovalentní, Banýr, Beneš neobsahuje neobsahuje neobsahuje polární, iontovou, kovovou Chemie pro střední školy vazbou pouze stručně popsáno grafy teplot varu pouze textově popsáno podrobně, mnoho obrázků vlastnosti látek s kovalentní, Kratochvíl struktura ledu bez rozdělení struktura krystalů iontovou, kovovou Chemie pro střední školy 2a atomové, iontové krystaly vazbou 17

19 krátký výklad a obrázek vodíkových vazeb v krystalu ledu. V Chemii v kostce [13], Chemii obecné a anorganické I pro gymnázia [16], Chemii pro čtyřletá gymnázia [14] a Chemii pro střední školy 2a [18] je demonstrován vliv vodíkové vazby na fyzikálněchemické vlastnosti látek. Jsou zde např. přítomny grafy teplot varů sloučenin prvků s vodíkem v jednotlivých skupinách. Učivo zaměřené na van der Waalsovy interakce obsahují téměř všechny publikace. Pouze v Chemii pro střední školy [17] překvapivě toto podtéma spolu s podtématem vodíková vazba chybí. V Přehledu středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18] je toto téma probráno i s praktickými dopady na fyzikálně-chemické vlastnosti látek. V Chemii v kostce [13] a v Chemii pro čtyřletá gymnázia [14] jsou van der Waalsovy síly rozděleny podle jejich povahy, a to v obou učebnicích stejným způsobem. V Přehledu středoškolské chemie [12], Obecné a anorganické chemii [15] a Chemii obecné a anorganické I pro gymnázia [16] jsou van der Waalsovy síly pouze zmíněny bez hlubšího probrání, rozdělení, obrázku či praktických dopadů. Opět jde ale, z hlediska škol, o důležité téma slabé vazebné interakce jsou zmíněny v ŠVP Gymnázia Na Vítězné pláni [11], Gymnázia Botičská [9] a Gymnázia Nové Město na Moravě [8], jenom Gymnázium nad Štolou slabé vazebné interakce ve svém ŠVP [10] neuvádí. Chemie v kostce [13], Chemie pro čtyřletá gymnázia [14] a Chemie obecná a anorganická I pro gymnázia [16] neobsahují kapitolu, která by shrnovala vztah fyzikálněchemických vlastností látek s chemickou vazbou. Nejvíce jsou propojeny vlastnosti látek a chemická vazba v Chemii pro střední školy [17], Obecné a anorganické chemii [15], Přehledu středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18], kde je zahrnut také výklad o vlastnostech látek s kovalentní, iontovou a kovovou vazbou, tento výklad je propojen s poznatky o krystalové struktuře látek s určitou chemickou vazbou. Propojení chemické vazby a vlastnosti látek zmiňují všechny zkoumané ŠVP [8-11], lze u všech učebnic, kde tato kapitola chybí, tuto skutečnost považovat za nedostatek. Je patrné, že všechny učebnice a publikace pokrývají učivo o chemické vazbě v požadavcích RVP G [2], ovšem ne zcela dle Katalogu požadavků zkoušek k společné části maturitní zkoušky [6], či zkoumaných ŠVP [8-11]. Významné rozdíly mezi publikacemi se vyskytují v tématu hybridizace a VSEPR, které nejsou sice vyžadovány kurirulárními dokumenty na státní úrovni, s těmito tématy ovšem počítají některá zkoumaná ŠVP [8, 9, 11]. Pro účely dovedností uvedených v těchto ŠVP [8, 9, 11] jsou tyto témata zpracována pouze v Přehledu středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18]. Dále jsou velké rozdíly mezi jednotlivými učebnicemi a publikacemi v podtématu slabých vazebných 18

20 interakcí. Je otázkou, zda má smysl se jim věnovat již v počátku studia bez představení příkladů základních důsledků těchto vazeb v chemii na vlastnosti anorganických, ale i organických látek, a vlastně i v praktickém životě. Učivo tohoto podtématu se bohužel v současných učebnicích a publikacích omezuje pouze na rozdělení těchto vazeb podle jejich povahy, což je ovšem pochopitelné vzhledem k omezenému prostoru. Nejméně jsou pokryta podtémata krystalů a učivo, které propojuje chemickou vazbu s vlastnosti látek z ní vyplývající. Tyto podtémata a dovednosti z nich vycházející jsou požadovány v Katalogu požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6] a zmiňují je všechny ŠVP [8-11], prakticky však pouze tři učebnice ([12], [15], [18]) se těmto podtématům věnují. Lze tedy konstatovat, že v učebnicích je obecně několik témat, které jsou autory opomíjeny. Jsou to podtémata krystalů a vlastnosti sloučenin s konkrétní chemickou vazbou, dále jsou nejméně zpracovány slabé vazebné interakce a jejich důsledky ve vlastnostech sloučenin. Učebnice se tedy obecně moc nevěnují důsledkům teoretických poznatků z oboru chemická vazba, a to ať už praktickým z běžného života, či důsledkům vyplývajících pro další chemické vědy, jako organická chemie či biochemie. Absence těchto důsledků, která vyplývá asi i z omezeného rozsahu učebnic, může zapříčinit neschopnost pomocí těchto učebnic dosáhnout naplnění požadovaných dovedností a klíčových kompetencí uvedených ve zkoumaných ŠVP [8-11] či Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky [6]. 19

21 4. Pojmová analýza učebnic a hodnocení didaktické vybavenosti Podle pokrytí obsahu kurikulárních dokumentů nelze učebnici zcela hodnotit. Dobrý studijní materiál bude odpovídat nejen novým kurikulárním dokumentům, ale i potřebám žáků a realitě výuky na gymnáziích. V rešerši učebnic bylo konstatováno, že učebnice věnující se chemické vazbě pro střední školy pokrývají svým obsahem požadavky RVP G [2] nikoli však Katalogu požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6] a ŠVP vybraných gymnázií [8-11]. Dobrá učebnice chemie by však měla nejen tematicky obsah Katalogu požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6], ale měla by vzhledem k tomu, že k maturitní zkoušce z chemie se přihlásí žáci, kteří mají o chemii zásadní zájem a směřují svá budoucí vysokoškolská studia do oborů, kde se vyžadují chemické znalosti a dovednosti. [6] obsahovat i některá pokročilá témata, především ta, která jsou vyžadována ve ŠVP, a aby žákům pomohla v rychlejším postupu při osvojování si dalších dovedností. Pro nalezení nejvýhodnějšího rozsahu poznatků, který by v učebnici měl být, provedeme výběr nosných pojmů. Učebnice poté podrobíme analýze počítání pojmů. Tato analýza nám pomůže s výběrem materiálů, které nejvíce vycházejí vstříc potřebám žáků z hlediska obsahového. Ani podle obsahu však nelze učebnici zcela zhodnotit. Pokud učebnice bude pro žáky neatraktivní, její texty budou komplikované a nebude obsahovat žádné motivační či grafické prvky, nebo bude jednoduše fyzicky příliš těžká, nebudou ji používat. Učebnice tedy budou zhodnoceny tedy i po stránce didaktické vybavenosti a to analýzou didaktická vybavenosti podle postupu J. Průchy [21]. 4.1 Pojmová analýza Pro nalezení nejvýhodnějšího rozsahu poznatků v tématu chemická vazba je dobré toto téma didakticky zanalyzovat. Didaktickou analýzu by měl uskutečnit každý, kdo se připravuje k cílenému rozšiřování informačního obzoru jakýchkoli posluchačů [22], v našem případě byla provedena pojmová analýza. Pojmová analýza je vytváření logické pojmové struktury v daném učivu, [22] v našem případě bylo určeno tzv. fundamentální učivo pomocí tzv. nosných pojmů. 20

22 4.1.1 Výběr pojmů Vhodný výběr obsahu učebního materiálu je naprosto klíčový. Učebnice musí splňovat všechny cíle, jež jsou takovému materiálu vytyčeny, přičemž nejdůležitějším cílem je velká využitelnost materiálu pro nejširší okruh žáků. Výběr nosných pojmů, které by měly určovat obsah materiálu, bude tedy vycházet z několika pramenů. Prvním pramenem, pomocí kterého byly vytipovány nosné pojmy, byly kurikulární dokumenty státní úrovně a to RVP G [2] a Katalog požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6]. Po prostudování učebnice, by tedy měl být žák schopen prokázat všechny očekávané výstupy z RVP G [2] a dovednosti z Katalogu požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6]. Materiál by měl reflektovat reálnou situaci výuky, kdy je školám umožněno rozšířit obsah učiva i na pokročilejší témata, než ta která jsou přímo uvedena v kurikulárních dokumentech na státní úrovni. Proto byly dalším zdrojem pro výběr pojmů již zmiňované ŠVP několika gymnázií. V ŠVP Gymnázia Vincence Makovského se sportovními třídami Nové Město na Moravě [8] je učivo o chemické vazbě zařazeno v předmětu chemie do 1. ročníku, kde se uvádí Téma a učivo: Podmínky vzniku vazby, Vazebná energie, délka vazby, Násobné vazby, Polarita chemické vazby, Iontová vazba, Vazba donor-akceptorová, Vaznost, Slabší vazebné interakce, Vlastnosti látek s kovalentní a iontovou vazbou. Obsah učiva těchto témat je definován pomocí školních výstupů: Uvede podmínky vzniku vazby a souvislost pevnosti vazby, vazebné energie, délky a násobnosti; Znázorní vznik kovalentní vazby a uvede elektronový vzorec molekuly; Rozlišuje vazbu σ a π podle prostorového rozložení elektronů; Určí, zda vazba je nepolární, polární, iontová, zná i výjimky; Iontovou sloučeninu rozepíše na ionty; Uvede příklad vzniku donor-akceptorové vazby; Odvodí možné vaznosti atomu; Využívá znalosti o chemických vazbách k předvídání fyzikálních a chemických vlastností látek. [8] Dále je chemická vazba uvedena v předmětu Seminář a cvičení z chemie, kde můžeme nalézt témata: Teorie vzniku chemické vazby; Tvar molekul (teorie hybridizace); Základy teorie molekulových orbitalů (MO) [8] společně se školními výstupy Popíše vznik chemické vazby s využitím srážkové teorie; Vymezí podmínky vzniku chemické vazby, obsah pojmů délka vazby, vazebná (disociační) energie, násobnost (vazba σ a π), polarita chemické vazby (nepolární, polárně kovalentní, iontová vazba), kovová vazba, slabší vazebné interakce (vodíkové vazby a jejich vliv na fyzikální a chemické vlastnosti látek, van der Waalsovy síly); Určí vaznost atomů v molekulách a porovná ji s vazebnými možnostmi atomů v základním a excitovaném stavu; Odvodí tvar 21

23 jednoduchých molekul na základě teorie hybridizace (popř.vsepr); Na příkladu jednoduchých molekul (H 2, N 2, O 2, F 2,) vysvětlí teorii molekulových orbitalů (MO); V souvislosti s MO odvodí řád vazby a potvrdí/vyvrátí možnosti existence látek typu H 2 či He 2 ; Použije teorii MO k vysvětlení el. vodivosti kovů a principů funkce polovodičů. [8] Jak je vidět, toto gymnázium zahrnuje do svého ŠVP i některá pokročilá témata, jako je Teorie MO. Gymnázium Botičská ve svém ŠVP [9] pro předmět chemie zařazuje chemickou vazbu do 1. ročníku. Jako učivo je zde uvedeno Chemická vazba a vlastnosti látek, Chemická vazba, její typy a slabé nevazebné interakce. [9] Z tohoto učiva potom ŠVP předpokládá výstupy: Vysvětlí podmínky vzniku chemických vazeb a nevazebných interakcí. Vysvětlí pojmy délka vazby, vazebná energie, elektronegativita. Kategorizuje chemické vazby (vazba σ, π, jednoduchá, dvojná, trojná, nepolární, polární, iontová) a nevazebné interakce. Určí typ vazby v některých sloučeninách. Určí vaznost atomů v molekulách. [9] Dále s chemickou vazbou souvisí učivo Struktura a vlastnosti látek, Prostorové tvary molekul, struktura a vlastnosti krystalů. [9], u kterého se očekávají výstupy Určí prostorový tvar některých molekul a iontů. Popíše strukturu krystalů a odvodí vlastnosti ze struktury vyplývající. Na základě znalosti složení a struktury sloučenin odhadne teplotu tání, rozpustnost, vodivost a tvrdost. [9] To pražské Gymnázium Nad Štolou ve svém ŠVP [10] uvádí k chemické vazbě ve vyučovacím předmětu chemie v kapitole Obecná chemie Složení a struktura chemických látek pouze využívá znalosti o částicové struktuře látek a chemických vazbách k předvídání některých fyzikálně -chemických vlastností látek (např. rozpustnost, mísitelnost) a jejich chování v chemických reakcích. [10] Jak je vidět toto gymnázium díky svému zaměření volí výrazně jiný rozsah učiva. U gymnázia Na Vítězné pláni je opět chemická vazba umístěna v ŠVP [11] do předmětu chemie prvního ročníku. Jako učivo je zde uvedeno: Chemická vazba; základní rozdělení chemických vazeb; vaznost, vznik a zánik chemické vazby; stavba a tvar molekul; elektronegativita; polarita chemické vazby; kovalentní vazby, slabé vazebné interakce, vazba kovová [11]. Z tohoto učiva předpokládá ŠVP výstupy: Objasní vznik chemické vazby; využívá znalosti chemických vazeb k předvídání některých vlastností látek a jejich chování v chemických reakcích. [11] Jak je z citací patrné nejobsáhleji a nejkonkrétněji rozpracovává chemickou vazbu ve svém ŠVP gymnázium Nové Město na Moravě [8]. Z tohoto důvodu bylo vybráno toto ŠVP za jakési modelové. Lze kvalitativně hodnotit, že co se chemické vazby týče, obsah 22

24 učiva požadovaných v ŠVP gymnázia v Novém Městě na Moravě pokrývá zcela obsah požadovaný v ŠVP ostatních gymnázií. ŠVP gymnázia v Novém Městě na Moravě [8] také požaduje dovednosti z pokročilých témat, které ostatní gymnázia ve svých ŠVP [9-11] neuvádějí, jde tedy o jakési maximalistické pojetí učiva chemická vazba na gymnaziální úrovni. Posledním doplňkovým pramenem, který byl zohledněn pro výběr nosných pojmů, byla základní vysokoškolská učebnice Obecná chemie od Jiřího Vacíka [23]. Materiál si klade za cíl žákům poskytnout dobrý základ pro další studium chemie, a proto byla vybrána tato základní učebnice, se kterou se seznámí prakticky každý student Přírodovědecké fakulty UK. Obsah materiálu by měl tedy rámcově odpovídat úrovni gymnázií a to od základních témat při seznamování se s chemickou vazbou až po pokročilá témata, která usnadní zahájení studia na vysokých školách chemického zaměření. Jak bylo uvedeno, prvními zdroji pro vytipování nosných pojmů jsou RVP G a Katalog požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6]. V tomto ohledu, první dovedností, které by měl žák prokázat při skládání maturitní zkoušky je: vymezit podmínky vzniku chemické vazby, obsah pojmů délka vazby, vazebná (disociační) energie, násobnost (vazba σ a π), polarita chemické vazby (nepolární, polárně kovalentní, iontová vazba), kovová vazba, slabší vazebné interakce (vodíkové vazby a jejich vliv na fyzikální a chemické vlastnosti látek, van der Waalsovy síly) [6]. K této dovednosti tak byly vytipovány nosné pojmy: vazebná energie, vazebná délka, vazebný elektronový pár, oktetové pravidlo, vazba σ, vazba π, vazba jednoduchá, vazba dvojná, vazba trojná, vazba kovalentní, vazba iontová, polarita vazby, elektronegativita, polární vazba, kovová vazba, elektronový plyn, Van der Waalsovy síly, vodíkové můstky a koordinačně-kovalentní vazba. Další uvedenou dovedností by bylo určit vaznost atomů v molekulách a porovnat ji s vazebnými možnostmi atomů v základním a excitovaném stavu [6], vytipované pojmy by byly vaznost, základní a excitovaný stav. Pro vymezit pojmy atomové (kovalentní), molekulové a iontové krystaly a kovy (kovové krystaly) [6] a byly určeny pojmy krystal, základní buňka, krystalová soustava, iontový krystal, atomové krystaly, kovové krystaly, molekulové krystaly, krystaly vrstevnaté. U požadované dovednosti vysvětlit pomocí poznatků o složení a struktuře látek jejich fyzikální vlastnosti (teplotu tání a varu, vedení elektrického proudu v taveninách a vodných roztocích, rozpustnost látek v polárních a nepolárních rozpouštědlech). [6] je 23

25 vytipování pojmů zbytečné, neboť tato dovednost spíše vyžaduje syntetizaci poznatků z pojmů již výše uvedených. Všechny tyto pojmy koincidují i s pojmy vytipovanými na základě očekávaných výstupů z RVP G. Druhým zdrojem nosných pojmů, jak bylo zmíněno výše, byl konkrétní školní vzdělávací program, v našem případě školní vzdělávací program Gymnázia Vincence Makovského Nové Město na Moravě [8], který byl po obsahové stránce nejkonkrétnější a nejobsáhlejší a obsahově zahrnoval i partie všech ostatních studovaných ŠVP. Tento ŠVP, lze říci, odráží po obsahové stránce skutečnou úroveň učiva vyučovaného na školách a vychází z reálné situace výuky tematiky chemické vazby na všeobecných gymnáziích. V ŠVP pro čtyřleté gymnázium všeobecné v učebních osnovách pro předmět chemie je chemická vazba zařazena do 1. ročníku, přičemž ŠVP uvádí témata Podmínky vzniku vazby; Vazebná energie, délka vazby; Násobné vazby; Polarita chemické vazby; Iontová vazba; Vazba donor-akceptorová; Vaznost; Slabší vazebné interakce; Vlastnosti látek s kovalentní a iontovou vazbou [8] Jsou zde uvedeny i očekávané výstupy Uvede podmínky vzniku vazby a souvislost pevnosti vazby, vazebné energie, délky a násobnosti; Znázorní vznik kovalentní vazby a uvede elektronový vzorec molekuly; Rozlišuje vazbu σ a π podle prostorového rozložení elektronů; Určí, zda vazba je nepolární, polární, iontová, zná i výjimky; Iontovou sloučeninu rozepíše na ionty; Uvede příklad vzniku donorakceptorové vazby; Odvodí možné vaznosti atomu; Využívá znalosti o chemických vazbách k předvídání fyzikálních a chemických vlastností látek. [8] U výstupů i témat je vidět velký průnik s Katalogem požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky a proto z této části ŠVP nebyly vytipovány žádné rozšiřující nosné pojmy. ŠVP ale dále zmiňuje chemickou vazbu v předmětu Seminář a cvičení z chemie, určený pro 3. ročník. Jako obsahová témata ŠVP uvádí: Teorie vzniku chemické vazby; Tvar molekul (teorie hybridizace popř. VSEPR) a Základy teorie molekulových orbitalů (MO). [8] K tématu Teorie vzniku chemické vazby jsou vyjádřeny očekávané výstupy žáků: Popíše vznik chemické vazby s využitím srážkové teorie; Vymezí podmínky vzniku chemické vazby, obsah pojmů délka vazby, vazebná (disociační) energie, násobnost (vazba σ a π), polarita chemické vazby (nepolární, polárně kovalentní, iontová vazba), kovová vazba, slabší vazebné interakce (vodíkové vazby a jejich vliv na fyzikální a chemické vlastnosti látek, van der Waalsovy síly); Určí vaznost atomů v molekulách a porovná ji s vazebnými možnostmi atomů v základním a excitovaném stavu. [8] Zde opět vidíme shodu, jak s Katalogem [8], tak i s výstupy definovanými v ŠVP pro první ročník, nicméně zde najdeme nový nosný pojem srážková teorie. Pro Tvar molekul (teorie hybridizace popř. VSEPR) definuje ŠVP 24

26 očekávané výstupy Odvodí tvar jednoduchých molekul na základě teorie hybridizace (popř. VSEPR) [8]. Tento očekávaný výstup v žádné podobě nenajdeme v Katalogu [8], ale na gymnáziích se určování tvarů molekul obvykle v nějaké podobě vyučuje. Pro toto téma byly vybrány nosné pojmy VSEPR, teorie hybridizace, vazebný úhel. Pro poslední tematický okruh Základy teorie molekulových orbitalů (MO) jsou uvedeny očekávané výstupy: Na příkladu jednoduchých molekul (H 2, N 2, O 2, F 2 ) vysvětlí teorii molekulových orbitalů (MO); V souvislosti s MO odvodí řád vazby a potvrdí/vyvrátí možnost existence látek typu H 2 či He 2 ; Použije teorii MO k vysvětlení el. vodivosti kovů a principů funkce polovodičů. [8] Pro toto rozšiřující a značně pokročilé téma byly vytipovány nosné pojmy teorie MO, orbital vazebný, orbital antivazebný a řád vazby Pojmová analýza stávajících materiálů Souhrn nosných pojmů týkajících se chemické vazby v jednotlivých středoškolských učebnicích a publikacích lze nalézt v příloze A. Celkový počet pojmů v publikacích zobrazuje graf , který graficky zobrazuje počet pojmů a jejich procentuální zastoupení pro jednotlivé učebnice. Graf Pojmová analýza učebnic Jak z grafu můžeme vidět, všechny vytipované pojmy obsahují učebnice Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18]. To bylo možno očekávat vzhledem k výsledkům rešerše, neboť v těchto učebnicích nechybí žádné důležité 25

27 podtéma. Jde o učebnice určené k primárně k opakování, nikoli osvojování poznatků a proto se můžou věnovat i pokročilejším tématům, ale nikoli tak didakticky názorně, jako učebnice jiné. Nejméně pojmů naopak obsahovala učebnice Chemie pro čtyřletá gymnázia [14], kde ovšem musí být zmíněno, že některá podtémata jsou uvedena v dalších dílech této řady učebnic, např. VSEPR a hybridizace jsou kvalitně zpracované ve druhém díle této řady. [24] Podobných výsledků dosáhly učebnice Chemie v kostce [13], Chemie obecná a anorganická [15], Chemie obecná a anorganická pro gymnázia [16] a Chemie pro střední školy [17]. Jde o učebnice určené především k osvojování poznatků a i rešerše těchto učebnic odhalila chybějící podtémata týkající se především krystalů a vlastností látek vyplývajících z jejich chemické vazby. Celkově tedy můžeme říci, že pojmová analýza dobře koreluje s rešerší učebnic a za vhodný materiál bychom mohli vybrat ty učebnice, které obsahují nejvíce pojmů tedy Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18]. Je ovšem třeba říci, že nejlepší učebnice není vždy ta nejobjemnější, a že dobrá učebnice by měla být něco více než naučným slovníkem. Proto bylo ještě provedeno hodnocení didaktické vybavenosti učebnic. 4.2 Hodnocení didaktické vybavenosti Dle počtu a podílu vytipovaných pojmů nelze danou učebnici zcela hodnotit. Celkové hodnocení a kritéria nejen žáka, ale i učitele pro výběr dané učebnice nezáleží pouze na rozsáhlosti obsahu, ale i na zpracování učebnice, na srozumitelnosti, zdali učebnice reflektuje aktuální vědecké poznatky, ale i kurikulární dokumenty, její čitelnosti a grafické úpravě. Učebnice by měla obsahovat obrázky, grafy, tabulky a schémata, které slouží k lepšímu pochopení daného učiva. Ve vhodné učebnici by neměly chybět náměty na laboratorní práce, otázky a úkoly k zopakování učiva a to včetně řešení. V učebnici by se měl žák snadno orientovat, k čemuž poslouží především rejstřík a obsah, ale i grafické symboly, grafické rozdělení učiva podle náročnosti, důležitosti atd. Podle J. Průchy [21] by učebnice jako didaktický prostředek měla plnit tři základní funkce: funkci prezentace učiva (to jakým způsobem je učivo žákovi prezentováno), funkci řízení a vyučování (jak učebnice řídí proces učení a vyučování, patří sem různé otázky, úkoly, náměty na laboratorní činnost) a funkci organizační (jak se lze v učebnici orientovat, patří sem různé obsahy a rejstříky). Svých základních funkcí dosahují učebnice pomocí tzv. komponentů. Souhrn komponentů pro jednotlivé funkce se nazývá aparát. Komponent může být buď verbální, nebo obrazový. 26

28 Funkce prezentace učiva je tedy reprezentována aparátem prezentace učiva. Tento aparát se skládá z komponent, jednak z verbálních komponent, a potom z obrazových komponent. Verbálních komponenty aparátu prezentace učiva jsou: Výkladový text prostý; Výkladový text zpřehledněný; Shrnutí učiva k celému ročníku; Shrnutí učiva k tematickým celkům; Shrnutí učiva k předchozímu ročníku; Doplňující texty; Poznámky a vysvětlivky; Podtexty k vyobrazením; Slovníček pojmů, cizích slov s vysvětlením. [21] Obrazové komponenty prezentace učiva jsou: Umělecká ilustrace; Nauková ilustrace; Fotografie; Mapy, plánky; Obrazová prezentace barevná. [21] Funkce řízení a vyučování představuje aparát řídící učení, funkce organizační pak aparát orientační. Seznam jednotlivých komponent společně s výskytem v učebnicích lze nalézt v příloze B. Při analýze se zjišťuje, zdali je komponent přítomen. V případě, že komponent je skutečně v učebnici použit, se přiřadí jeden bod, v opačném případě se přiřadí nula bodů. Didaktická vybavenost se poté hodnotí podle výskytu těchto komponentů. [21] Na základě přiřazených bodů se vypočítají dílčí koeficienty pro jednotlivé aparáty podle rovnic 4.1 až 4.3 (EI, EII, EIII), dále pak pro zvlášť verbální komponenty a obrazové komponenty (Ev, Eo) podle rovnic 4.4 a 4.5 a celkový koeficient didaktické vybavenosti učebnice (E) podle rovnice 4.6. [21] 27

29 N = N I + N II + N III = Nv + No (4.7) kde EI je koeficient využití aparátu prezentace učiva; NI je počet skutečně využitých komponentů, tedy těch, které se v učebnici skutečně vyskytují, z aparátu prezentace učiva; EII je koeficient využití aparátu řídícího učení; NII je počet skutečně využitých komponentů z aparátu řídícího učení; EIII je koeficient využití aparátu orientačního; NIII je počet skutečně využitých komponentů z aparátu orientačního; Ev je koeficient využití verbálních komponentů; Nv je počet skutečně využitých verbálních komponentů; Eo je koeficient využití obrazových komponentů; No je počet skutečně využitých obrazových komponentů; E je celkový koeficient didaktické vybavenosti učebnice a N je počet všech skutečně využitých komponentů. Všechny koeficienty nabývají hodnot v mezích 0-100%. Čím víc se daná hodnota blíží 100 %, tím vyšší je podíl skutečně využitých komponent, a tím je míra didaktické vybavenosti vyšší. [21] Pro ilustraci, aparát orientační se skládá ze čtyř verbálních komponentů: Obsah učebnice; Členění učebnice na kapitoly; Marginálie, výhmaty, živá záhlaví; Rejstřík. Analýza učebnice Chemie obecná a anorganická [15] ukázala, že jsou přítomny komponenty Obsah učebnice, Členění učebnice na kapitoly a Rejstřík. NIII se tedy rovná třem. Pomocí rovnice 4.3 vypočítáme koeficient využití orientačního aparátu na 75%. Tyto skutečně použité komponenty orientačního aparátu poté započítáme i do celkového počtu skutečně použitých verbálních komponentů Nv a do počtu všech skutečně použitých komponentů N. Z grafu vyplývá, že nejlepšího výsledku v celkové didaktické vybavenosti (E) dosáhli učebnice Chemie pro střední školy [17] a Chemie obecná a anorganická pro gymnázia [16]. Z grafu vyplývá, že učebnice Chemie pro střední školy [17] měla nejvyšší zastoupení komponentů aparátu řídícího učení (E II ), Chemie obecná a anorganická I pro gymnázia [16] se v tomto aparátu umístila jako druhá. Obě učebnice také dosáhly dobrých výsledků u aparátu prezentace učiva (E I ). Tyto učebnice můžeme hodnotit jako slušně didakticky vybavené. Nejhorších výsledků dosáhli učebnice Chemie v kostce [13] a Chemie obecná a anorganická [15]. Jako velký problém se jeví absence rejstříku u učebnice Chemie v kostce [13]. Tato učebnice orientovaná na opakování učiva ovšem zcela propadla v aparátu prezentace učiva a v aparátu řídícího učení byla horší jen učebnice Chemie obecná a anorganická [15]. Ač jde o učebnice přehledné, určené převážně na opakování, můžeme je hodnotit jako nedostatečně didakticky vybavené. Podobného 28

30 hodnocení dosáhly učebnice Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18]. Chemie pro střední školy 2a [18] a Přehled středoškolské chemie [12] dosáhly nízkého výsledku u aparátu řídícího učení. Naproti tomu má, jak vyplývá z grafu 4.2.3, Chemie pro střední školy 2a [18] společně s učebnicí Chemie pro střední školy [17] nejvyšší podíl výskytu obrazových komponentů. Přehled středoškolské chemie [12], Chemie obecná a anorganická I pro gymnázia [16] a Chemie pro střední školy 2a [18] mají nejvyšší podíl komponentů u aparátu prezentace učiva. Chemie pro čtyřletá gymnázia [14] dosáhl nejlepšího výsledku u aparátu orientačního, neboť využívá marginálií a opravdu tím výrazně ulehčuje orientaci, u ostatních aparátů byly její výsledky podprůměrné. Graf Celková didaktická vybavenost Graf Hodnocení didaktické vybavenosti podíl dle jednotlivých aparátů 29

31 Graf Hodnocení didaktické vybavenosti obrazové a verbální komponenty 4.3 Závěry z rešerše a analýzy učebnic Po celkovém zkoumání není možné o nejvhodnějším materiálu pro žáka rozhodnout. Učebnice Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18] obsahují všechny důležité pojmy vyplývající z kurikulárních dokumentů nejen státní úrovně tedy RVP G [2] a Katalogu zkoušek společné části přijímací zkoušky [6], ale i školní úrovně vzorového ŠVP [6]. Jejich problémem je však zaměření učebnice. Jsou to opakovací učebnice pro žáky vyšších ročníků gymnázií, což znamená, že některá témata jsou probírána příliš složitě. Učebnice jsou pouze průměrně didakticky vybavené a neslouží tedy primárně k nabývání poznatků. U učebnice Chemie pro střední školy 2a [18] je problém i její rozšířenost způsobená na počátku její cenou, dnes už prostě tím, že se na ni zapomnělo. K nabývání nových poznatků jsou určeny učebnice Chemie pro střední školy [17] a Chemie obecná a anorganická pro gymnázia [16], které jsou nadprůměrně didakticky vybavené, pojmovou analýzou však bylo zjištěno, že obsahují méně než 70% pojmů potřebných pro pokrytí obsahu učiva definovaného v kurikulárních dokumentech. Jeví se tedy jako nemožné spojit v klasické učebnici rozsáhlý obsah s nadstandardní didaktickou vybaveností. Proto bude dobré se porozhlédnout, zdali takový materiál neexistuje v jiné např. nějaké elektronické podobě. 30

32 5. Rešerše internetových zdrojů Materiály dostupné na internetu jsou stále více vyhledávány a využívány především ze strany žáků. Jsou zdarma, rychle a snadno dostupné. U materiálů dostupných na internetu je ovšem nutné dbát jisté opatrnosti. Velká většina internetových zdrojů je anonymních, texty na internetu neprochází, na rozdíl od textů v klasických učebnicích, žádnou redakční úpravou, často jde o materiály opsané, problematická je faktická správnost a povrchnost. Aby byl internetový zdroj, který se týká chemické vazby, pro žáky použitelný, musí tedy splňovat podmínku faktické správnosti, rozsah a hloubka učiva by měla zhruba odpovídat kurikulárním dokumentům, zdroje by měly být uživatelsky přátelské. S přihlédnutím k uvedeným podmínkám bylo na základě rešerše vytipováno několik internetových zdrojů v českém a anglickém jazyce zabývajících se problematikou chemické vazby, které by mohly být využity jako vhodné učební materiály. Ač byly vytipovány i materiály v anglické verzi, pokud existují v české i anglické mutaci (např. Wikipedie), je preferenčně zmíněna česká verze, neboť lze důvodně předpokládat, že učitelé budou využívat spíše tuto verzi. Rešerše je provedena formou komentované tabulky (Tabulka 5.1), kdy v prvním sloupci je uvedena internetová adresa ke zdroji, ve druhém je pak stručně shrnut obsah a ve třetím je poznámka o grafickém provedení stránek, uživatelské příjemnosti apod. Velký důraz byl kladen na přítomnost doplňujících materiálů kromě textu, jako jsou ilustrační obrázky, příklady z praxe, úlohy, tabulky, animace apod. a využití interaktivních možností, které technika umožňuje jako hypertextových odkazů, Java appletů apod. Dále bylo vytipováno několik odborných stránek pro rozšíření znalostí a inspiraci a také několik stále na internetu populárnějších videí s tématikou chemická vazba. V následujících větách budou shrnuty hlavní rysy jednotlivých materiálů a zhodnocena jejich využitelnost pro žáky podle pojetí kurikulárních dokumentů a na základě vytipovaných nosných pojmů. 5.1 Rešerše internetových zdrojů v českém jazyce Bylo nalezeno několik vhodných internetových zdrojů. Žáky nejčastěji využívaným a sledovaným internetovým zdrojem je wikipedie. O chemické vazbě se dočteme na adrese [25]. Množství informací uvedených o chemické vazbě na wikipedii je značně rozsáhlé, rozdělené pomocí hypertextu do několika 31

33 článků a v podstatě pokrývá učivo stanovené Katalogem požadavků zkoušek společné části maturitní zkoušky [6] a vytipované nosné pojmy. I proto je materiál (v české mutaci) dostupný na Wikipedii prakticky to nejucelenější a nejlepší, co lze na internetu nalézt. Proto by mohl sloužit jako jakési měřítko pro ostatní materiály. Jako druhý v pořadí při vyhledávání se nám objeví učební text z Gymnázia, Střední odborné školy a Vyšší odborné školy v Ledči nad Sázavou dostupný z adresy [26], který má formu běžné učebnice. Učivo podává textově, nejdůležitější informace jsou zvýrazněny, obsahuje alespoň pár obrázků k chemické vazbě a hybridizaci. Materiál je relativně komplexní, ale neobsahuje kapitoly o kovové vazbě. Na adrese [27] se může žák dočíst mnoho informací o chemické vazbě jako takové a o vlastnostech látek typických pro látky s určitou chemickou vazbou. Stránka je zpracována textovým způsobem v bodech, bez obrázků a prakticky bez využití hypertextových odkazů. Nechybí ani pokročilá témata jako VSEPR či hybridizace, ovšem opět bez jakéhokoli obrázku. Co zde chybí je teorie molekulových orbitalů. Materiál tak vůbec nevyužívá možností své formy zpracování, což je škoda. Kvalitní materiál se nachází na adrese [28] Jedná se o textový dokument, téma je zde zpracováno heslovitě, leč podrobně, v příjemné grafické úpravě a nechybí doplňující obrázky. Materiál v sobě nezahrnuje téma krystalů a nezmiňuje vliv chemické vazby na vlastnosti látek a teorii molekulových orbitalů. Velmi pěkná stránka je umístěna na adrese [29]. Učivo je zde podáno strukturovaně a detailně v bodech. Stránka obsahuje velice hezká schémata např. tvorby donor-akceptorové vazby a obrázky σ a π vazby. Materiál bohužel obsahově nepokrývá celé téma. Opět chybí krystaly, teorie MO a vliv chemické vazby na vlastnosti látek. Několik pěkných obrázků se nachází na chemicka-vazba.doc [30]. Materiál dále pomocí hypertextu odkazuje na další rozšiřující materiály, včetně anglického tutoriálu na určování tvaru molekul. Jinak je ovšem učivo podáno heslovitě, chybí slabé vazebné interakce a teorie MO. K zajímavým rozšiřujícím materiálům patří mefanetmotol.cuni.cz/download.php?fid=170 [31]. Zde je učivo o chemické vazbě jen jakýsi úvod 32

34 k určování tvaru molekula v organické chemii. Materiál obsahuje několik pěkných obrázků, tématiky pokrývá pouze chemickou vazbu na úrovni rozdělení a vysvětlení vazby kovalentní, polární, iontové a koordinačně kovalentní. Dále se zde hovoří o hybridizaci. Na internetu lze nalézt řadu materiálů ve formátu powerpointové prezentace. K nejpovedenějším patří materiál dostupný na adrese [32]. Je informačně velmi rozsáhlý, pokrývá všechna důležitá témata až na teorii MO. Obsahuje také několik pěkných obrázků. Stránka [33] se věnuje především slabým vazebným interakcím, ale obsahuje i část týkající se dipólového momentu. Je zde několik pěkných obrázků a animací. Velice podrobně se hybridizaci věnuje materiál dostupný z [34] Jsou zde k vidění prostorové tvary molekul rozdělené podle teorie hybridizace, jednotlivé příklady molekul a elektronová konfigurace prvků vázaných v molekule. Stránka se též věnuje krystalochemii a obsahuje řadu odkazů na další materiály a to jak v českém, tak v cizích jazycích. Poměrně zajímavý a prakticky ojedinělý, co se chemické vazby týče je materiál dostupný z [35]. Jedná se o powerpointovou prezentaci, která simuluje známou televizní hru riskuj, ovšem témata a otázky se týkají pouze chemické vazby. V souvislosti s metodou určování tvaru molekul VSEPR je velmi vydařený Java applet dostupný z [36]. Dalším poměrně zajímavým počinem je 3d video experimentu dostupné z [37], které ukazuje různou rozpustnost látek v polárních a nepolárních rozpouštědlech. Z pohledu obsahového naplnění kurikulárních dokumentů lze říci, že celkový obsah je naplněn pouze na [27] Z pohledu očekávaných výstupů existuje o chemické vazbě mnoho materiálu, ovšem prakticky žádný nekombinuje faktickou rozsáhlost s názorností a to i přesto, že zpracování ve formě internetových stránek to umožňuje. Nejzajímavější z tohoto pohledu je adresa [34], kde prostorové tvary molekul působí názorně a zároveň i motivačně, dále zde najdeme řadu rozšiřujících materiálů a dále prezentace dostupné z [32], která téměř pokrývá celé téma a obsahuje řadu obrázků. Mnohé zdroje nemají žádné výhody oproti klasickým učebnicím, další existují pouze ve formě textových dokumentů. V případě, že se již stránka věnuje 33

35 odborně tématu, nelze na ní najít praktické příklady, využití v praxi či náměty k pokusům. Na českých odkazech byl nalezen jediný Java applet na adrese [36], což je škoda neboť flash animace a Java applety působí motivačně, jsou názorné a jsou použitelné k upevňování učiva. Jedinečnými počiny v nalezených materiálech lze označit powerpointovou hru Riskuj [35] Chemická vazba a 3D video Vliv přítomné chemické vazby na vlastnosti látek (3D) [37], které jsou motivační a zároveň plně využívají možností moderních informačních technologií. Celkově lze však říci, že materiálu využitelných pro výuku ani žáky není mnoho, že materiály nevyužívají technických možností a že jde v podstatě o učebnice v elektronické podobě. Materiály zrovna neoplývají kvalitnější vizuální stránkou a najít pěkný obrázek π orbitalu na českých webových stránkách je zhola nemožné. 34

36 Tab. 5.1 Chemická vazba a vlastnosti látek internetové zdroje v českém jazyce STRÁNKA OBSAH POZNÁMKA parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; mezomerní a indukční efekt; krystaly málo obrázků, prakticky pouze text, dobré využití hypertextu, oblíbený materiál u žáků parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; mezomerní a indukční efekt parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; vlastnosti sloučenin v závislosti na chemické vazbě učebnice v elektronické podobě, dost obrázků textové, heslovité, bez obrázků parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba kvalitní materiál, hodně texu, ale i dost obrázků, nevyužívá hypertextu oc parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; teorie MO; kovová vazba heslovité, pěkné obrázky, graficky povedené, nevyužívá hypertextu mefanet-motol.cuni.cz/download.php?fid=170 parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; několik pěkných obrázků, heslovité, nevyužívá hypertextu textové s několika obrázky, chemiká vazba je zde úvodem pro určování tvaru molekul v organiké chemii, rozšiřující parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; kovová vazba; krystaly prezentace, pěkné obrázky dipólový moment, slabé vazebné interakce obrázky, animace, text hybridizace, krystaly učební text, obrázky, příklady sloučenin, odkazy na anglické zdroje, využití hypertextu, zajímavosti chemická vazba v otázkách prezentace simuluje známou soutěž riskuj dex_vsepr.html VSEPR Java applet vlastnosti látek 3D video pokusu 35

37 5.2 Rešerše internetových zdrojů v anglickém jazyce Materiálů zaměřených na chemickou vazbu v anglickém jazyce lze nalézt na internetu velké množství. Dokonce takové, že podrobnější rešerše daleko převyšuje možnosti této práce a taková rešerše by mohla být i námětem pro samostatnou práci. Z tohoto důvodu bude v rámci této práce uvedeno pouze několik webových prezentací, které jsou zajímavé a mohly by sloužit jako předloha pro vhodný český materiál. Bude se jednat o materiály, které splňují stejná kritéria jako zdroje v českém jazyce, větší důraz však bude kladen na zajímavou grafickou úpravu, využití interaktivních možností a celkové zpracování materiálu. Ty nejpřísnější kritéria snese nepochybně materiál připravený Stephenem Lowerem z Fraser University Montreal dostupný z [38]. Jde o elektronickou učebnici, která téma chemické vazby prakticky zcela pokrývá až na problematiku vazby v krystalech, má velmi přitažlivou grafickou úpravu, celou řadu obrázků a schémat. Tématu se věnuje v přiměřené hloubce, lze nalézt i pokročilá témata. Graficky a uživatelsky velice příjemný je též materiál dostupný z [39]. Stránka s výhodou využívá hypertextu, obsahuje celou řadu obrázků a interaktivních FLASH animací, velice snadno lze zobrazit definici pojmů, k dispozici je test k vyzkoušení znalostí. Materiál se věnuje fakticky pouze tomu nejzákladnějšímu z chemické vazby a to parametrům chemické vazby, vazbě kovalentní a iontové. Obsahově podobně je na tom i materiál dostupný z [40] Materiál využívá technologii FLASH, z čehož vyplývá grafická přitažlivost a uživatelská přívětivost. Je k vidění několik animací, k dispozici je i test. Podobný materiál se nalézá i na adrese [41]. Opět je zde k vidění několik animací, doplněných krátkým výukovým textem. Příklad učebnice ve formátu.pdf lze nalézt na adrese [42]. Jde o materiál, který téma chemické vazby v podstatě pokrývá a vůbec nevyužívá hypertextu. Je však plný opravdu velice pěkných obrázků grafů a schémat, učební texty jsou zde spíše doplněním. Texty však převažují v materiálu dostupného z [43]. Jedná se opět o velice obsáhlou učebnici (77 stran) chemické vazby ve formátu.pdf. Učebnice obsahuje celou řadu velmi pěkných obrázků stejně jako celou řadu pokročilých témat. Učební text využívající 36

38 hypertext lze nalézt na adrese zation/bonding_hybridization.htm [44]. Materiál pokrývá jen některé kapitoly, obsahuje mnoho obrázků, které však nejsou již tak pěkné. Materiál se věnuje hybridizaci, lze nalézt několik úloh a příkladů. Úlohy na chemickou vazbu obsahuje materiál dostupný z [45]. Jde o pracovní list s celou příkladů a otázek. Dalším obsáhlým materiálem je učebnice nejen chemie, ale i fyziky v elektronické podobě dostupná z [46]. Učebnice dobře využívá hypertextu, ale celkový design není příliš povedený. Pouze hybridizaci se věnuje stránka [47]. Jde o FLASH animaci vzniku hybridních orbitalů a následně tvarů molekul. Učebnice využívá hypertextu a obsahově pokrývá celé téma. Obsahuje řadu obrázků. Na internetu jsou v současné době stále populárnější videa. Vzniká jich celá řada a videa s tématem chemické vazby nechybí. Některá videa jsou opravdu skvostná, zde bude zmíněno jen video dostupné z [48] od pana Edmondse, jehož kanál je plný naučných videí z týkajících se fyziky a chemie. Prakticky pro každé téma lze najít vhodné video a to od velmi jednoduchých přehledů tvarů hybridních orbitalů, například video dostupné na adrese [49], až po vysokoškolské přednášky prestižní MIT na téma teorie molekulových orbitalů [50]. Jak je zřejmé byla nalezena řada materiálů, které se týkají chemické vazby. Z pohledu obsahového naplnění kurikulárních dokumentů a nosných pojmů je celkový obsah naplněn v materiálu [43]. Dále některé materiály obsahují celou řadu obrázků a jsou uživatelsky příjemné. Dále byly nalezeny materiály využívající technologii FLASH animací [39, 40, 47] dále materiály s testy a materiály s úlohami [39, 40, 45]. Nejvíce jsou na internetu zastoupena didaktická videa s různou kvalitou [48, 49, 50]. I u anglických materiálů je problém najít zcela komplexní materiál, který by kombinoval faktickou úplnost s technickými možnostmi. Materiály jsou opět většinou jednostranně zaměřené, buď to jsou učebnice, které zřídka nebo vůbec využívají hypertextu [38, 43] nebo pouhé flashové animace doplněné testy [39, 40]. 37

39 Tab. 5.2 Chemická vazba a vlastnosti látek internetové zdroje v anglickém jazyce STRÁNKA OBSAH POZNÁMKA r.php?mid=55&mcid=&l= parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová uživatelsky přívětivé, FLASH animace, obrázky, hypertext parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; mezomerní a indukční efekt uživatelsky přívětivé, hypertext, obrázky, animace html parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová využití FLASH rfulpictures/chemicalbonding.pdf parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; mezomerní a indukční efekt; krystaly učební text, obrázky parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; mezomerní a indukční efekt; krystaly velmi obsáhlý učební text, obrázky phys.matter.chembonds/ parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, kovová vazba využití FLASH inorganic/bonding%20and%20hybridization/bonding _hybridization.htm emistry/flash/hybrv18.swf parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; Hybridizace obsáhlý pracovní list, obrázky učební text, využití hypertextu, obrázky, několik úloh využití FLASH parametry chemické vazby; vazba kovalentní, polární, iontová, koordinačně kovalentní; hybridizace; VSEPR; teorie MO; kovová vazba; mezomerní a indukční efekt; krystaly celá učebnice obecné chemie, obrázky, hypertext vazba kovalentní, polární, iontová video hybridizace video principles-of-chemical-science-fall-2008/videolectures/lecture-14/ Teorie MO video z přednášky 38

40 6. Shrnutí Z dosud uvedeného vyplývá, že žáci mají na výběr ke svému studiu širokou paletu různých materiálů, ať už klasických učebnic nebo elektronických dokumentů. Nejlépe ze zkoumaných učebnic v analýze pojmů uspěly Přehled středoškolské chemie [12] a Chemie pro střední školy 2a [18], které obsahují všechny pojmy vytipované na základě kurikulárních dokumentů a modelového Školního vzdělávacího programu gymnázia v Novém Městě na Moravě. U analýzy didaktické vybavenosti tyto učebnice dopadly průměrně, jako nadprůměrně didakticky vybavené byly shledány učebnice Chemie pro střední školy [17] a Chemie obecná a anorganická I pro gymnázia [16], které ovšem neobsahují všechny potřebné pojmy. Zdá se tedy, že učebnice jsou vhodným zdrojem pro studium žáků, je s tím ovšem spojena řada problémů. Učebnice tedy ze své podstaty omezených zdrojů musí volit mezi obsahovou úplností, přítomností motivujících prvků a prvků rozšiřujících učivo. Učebnice musí být dostatečně levná, což ji opět velmi omezuje při zařazování např. barevných obrázků. Nevýhodou klasické učebnice je také to, že její obsah lze velice obtížně měnit, takže některé údaje mohou být zastaralé. Další věc je i s rozšířeností učebnic, kdy může být problém učebnici sehnat. Všechny jmenované problémy mohou vyřešit elektronické studijní materiály. Jejich tvorba je velmi snadná, dovoluje snadnou editaci, je zde spousta možností, jak materiál ozvláštnit, jako jsou animace, obrázky či úlohy. Odpadá problém i s rozšířeností, neboť elektronické materiály lze snadno rozšiřovat a publikovat na internetu. Kvalitních česky psaných materiálů ovšem není mnoho. Najdeme zde materiály jednak obsahově ucelené [26, 27], které ovšem nemají žádnou výhodu oproti klasickým učebnicím. Lze nalézt i pěkné materiály s řadou obrázků, které jsou však pouze úzce zaměřené, např. pouze na slabé vazebné interakce [33]. V českém prostředí jsou obtížně k nalezení Java applety, flashové animace či videa týkající se chemické vazby. Kupodivu, ani v anglickém jazyce není jednoduché najít povedený materiál. Ty povedenější [38, 42, 43], pocházející z produkce amerických respektive kanadských univerzit, se staly (a hlavně [38]) vzorem pro tvorbu mého materiálu. Ze zhodnocených zdrojů vyplývá, že zde v současné době neexistuje materiál, který by obsahově zcela naplňoval relevantní kurikulární dokumenty a reflektoval realitu výuky na gymnáziích v České republice, s jehož pomocí by žáci byli schopni naplnit očekávané výstupy ve výše uvedených dokumentech stanovených. Jeví se tedy jako výhodné, aby byl vytvořen nový studijní materiál, který bude reflektovat Rámcový vzdělávací program a 39

41 jeho principy, jako je vazba na praxi, snaha o názornost a mezipředmětové propojení předmětů. Zároveň aby tento materiál obsahově pokrýval učivo vyplývající z Katalogu zkoušek společné části maturitní zkoušky a z reality výuky chemie na vyšších stupních gymnázia a prvních ročníků vysokých škol. 40

42 7. Forma vytvořeného studijního materiálu Na základě uvedených zkušeností získaných z analýzy učebnic a internetových zdrojích bylo přistoupeno k vlastní tvorbě nového výukového materiálu zaměřeného na problematiku chemické vazby. Materiál byl nazván Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě a snaží se co nejkomplexněji a obsahově v duchu výše uvedených kurikulárních dokumentů pojmout dané téma tak, aby taktéž využíval možností daných formou zpracování a obsah byl tedy také dostatečně atraktivní a zajímavý. První a nejdůležitější rozhodnutí při tvorbě materiálu se týkalo volby vhodné formy studijního materiálu. Forma materiálu by měla umožňovat naplnění všech cílů, které byly vytyčeny. Forma by však měla být přátelská nejen k materiálu, ale i k samotnému koncovému uživateli, tedy k žáku i učiteli. Bylo tedy nutné zvolit takovou formu materiálu, která žáky neodpudí, ale naopak přiláká. Jako forma materiálu byla vybrána webová prezentace. V dnešní době jsou žáci na informační technologii zvyklí a při vyhledávání a studiu se spíše uchylují k elektronickému zdroji. Ten je žákovi mnohem bližší, neboť je mnohem snazší ho nalézt a upravit dle vlastních potřeb. Pro žáky nebude tedy webová prezentace žádnou novou zkušeností a bude v podstatě standardním řešením při vyhledávání studijních materiálů. Webová prezentace umožňuje tvorbu rozsáhlého materiálu spolu s možností ho kombinovat s různými interaktivními prvky a animacemi. 41

43 8. Použitý software K tvorbě webové prezentace byly použity následující softwarové a vývojové nástroje. Některé programy byly použity pouze při testování kompatibility s různými prohlížeči. U softwaru je uvedena pouze stručná charakteristika, podrobnější popis bude následovat v dalších kapitolách. Macromedia Flash Profesional (verze 8.0, Macromedia) [51] program pro tvorbu obrázků, animací a závěrečných shrnutí. Macromedia Dreamweaver (verze 8.0, Macromedia) [52] program pro kódovaní XHTML, CSS a kompletaci stránek. Macromedia Fireworks (verze 8.0, Macromedia) [53] program pro práci s grafikou. ACD ChemSketch (verze 10.00, ACD /Labs) [54] program pro kreslení chemických vzorců. ACD 3D Viewer (verze 10.00, ACD /Labs) [55] program pro vizualizaci 3D modelů molekul. Microsoft Word (ver. 2007, Microsoft Corporation) [56] textový editor, který sloužil k vytvoření textových částí obsahu stránek. Google Chrome (Google Inc.) [57] - internetový prohlížeč pro testování vzhledu a správné funkčnosti stránek. Internet Explorer (ver. 9, Microsoft Corporation) [58] - internetový prohlížeč, na kterém byl testován vzhled a funkčnost stránek. Mozilla Firefox (ver , Mozilla Foundation) [59] - internetový prohlížeč, na kterém byl testován vzhled a funkčnost stránek. 42

44 9. Volba prostředků k tvorbě webu Tvorba webových stránek byla realizována pomocí jazyka XHTML. Jde o značkovací jazyk pro tvorbu hypertextových dokumentů, tedy webových stránek. Značkovací jazyk slouží k obohacení textu o dodatečné informace. Dodatečné informace se vkládají přímo do textu pomocí značek neboli tagů. Nejčastěji se tyto dodatečné informace týkají formátu či struktuře textu. Vzhled materiálu byl upraven pomocí CSS stylů. Díky použití CSS stylů se zjednodušila editace stránek a zvýšila se přehlednost kódu, což tvorbu stránek ulehčilo a zrychlilo, CSS výrazně zjednodušuje a zpřehledňuje kód možností načítat vzhled z externího souboru. XHTML ve spojení s kaskádovými styly CSS jsou standardním řešením už od roku 2002 [60]. Je tedy zaručena dobrá podpora u všech hlavních prohlížečů, a to včetně starších verzí. Součástí webové prezentace budou i motivační prvky jako obrázky a animace. Softwaru, který se zaměřuje na práci s obrázky, je celá řada. K vytvoření jednoduché grafiky lze použít programy, které jsou základní výbavou operačních systémů nebo freeware softwaru. Tyto programy však obvykle vytváří rastrové obrázky, které lze jen omezeně zvětšovat, nebo jsou jejich funkce omezené a práce s nimi není příliš pohodlná. Proto byly zvoleny programy Macromedia Flash 8.0 [51] a Macromedia Fireworks 8.0 [53]. Macromedia Flash 8.0 [51] je dobrý nástroj na práci s vektorovou grafikou, kterou lze neomezeně zvětšovat, má silné nástroje pro animaci a implementovaný svůj kódovací jazyk Action Script 2.0. Díky těmto vlastnostem lze pomocí tohoto programu vizualizovat poněkud abstraktní učivo chemické vazby pomocí animací, které může uživatel sám ovládat. Součástí webu jsou i přejaté obrázky, především fotografie, které byly upraveny v Macromedia Fireworks 8.0 [53]. Tento program umožňuje úpravu celé řady grafických formátů a jejich konverzi. Lze v něm pracovat jak s grafikou vektorovou tak rastrovou a má podobné pracovní prostředí jako Macromedia Flash. Ve webové prezentaci najdeme i řadu 3D modelů molekul a vzorců. Vzorce byly nakresleny v programu ChemSketch 10.0 [54] a modely vygenerovány pomocí programu ACD/3D Viewer [55]. Jde o volně šiřitelný, obsahující řadu uživatelsky příjemných nástrojů, které umožňují snadné kresby molekul jejich následný import do 3D prostředí. V následující části budou vývojové prostředky popsány podrobněji. 9.1 XHTML XHTML znamená Extensible Hyper Text Markup Language neboli češtině rozšiřitelný hypertextový značkovací jazyk. Jedná se o programovací jazyk založený na 43

45 HTML, přívlastek extensible znamená rozšiřitelný. Jedná se o jednu z novějších norem jazyka HTML, která ale je už dostatečně etablovaná, takže lze předpokládat dobrou podporu prohlížečů a to i starších. XHTML si zachovává jednoduchost jazyka HTML, ale umožňuje ve spojení s kaskádovými styly vytvoření libovolného rozvržení stránek a formátování jednotlivých elementů. XHTML existuje ve více verzích, při tvorbě materiálu byla použita verze XHTML 1.0 Strict. [61] Pro formátování vzhledu využívá jazyk HTML tagů neboli značek. Tagy umisťujeme do ostrých závorek, tagy mohou být párové či nepárové. Párový tag je ukončen stejným tagem s lomítkem. Příkladem klasických párových tagů, které využije web s chemickou tématikou, jsou <sub> pro dolní index a <sup> pro horní index. Zápis SO₄^2- tedy znamená SO 2-4. Některým tagům lze přiřazovat parametry. Hodnoty parametrů uzavíráme do uvozovek. Typickým příkladem je při vkládání obrázku tagem <img> zadání cesty k tomuto obrázku pomocí parametru src, tedy <img src= obrazek.png ></img>. Parametry jsou u různých tagů různé, mohou nabývat různých hodnot. Nejčastěji parametry vyjadřují rozměry, barvy, umístění a jiné vlastnosti prvků. [62] Každá webová prezentace má ve svém kódu určitou strukturu. U velké interaktivní učebnice o chemické vazbě je na počátku stránky deklarace jazykové normy. Ta udává prohlížeči, jak má být s dokumentem nakládáno. Pro XHTML 1.0 Strict použitý v materiálu vypadá deklarace takto: <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN" " Po deklaraci přichází již tag <html>, který začíná dokument. Poté následuje deklarace hlavičky uzavřená tagem <head>. Zde se dá nadefinovat název stránky, klíčová slova pro vyhledávače (dnes už zbytečné, vyhledávače dnes čtou celou stránku, deklarace klíčových slov byla nutná v minulosti, kdy to vyhledávače nedělaly) a propojení se šablonou kaskádových stylů. Zde je také dobré deklarovat kódování znaků, což zaručí korektní zobrazení znaků v prohlížeči. Znaková sada je pro český jazyk velmi důležitá, jelikož čeština obsahuje diakritická znaménka, která se nemusí zobrazit. [63] U Velké interaktivní učebnice vypadá hlavička asi takto: <head> <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=utf-8" /> <!--nastavení znakové sady--> <title>všeobecný úvod do chemické vazby</title> 44

46 <! titulka stránky--> <link rel="stylesheet" type="text/css" href="../vývoj/sahara/default.css" /> </head> <! soubor s kaskádovým stylem--> Za hlavičkou následuje tělo stránky, kde se kóduje již samotný obsah. Tělo je uzavřeno tagem <body></body>. Tělo stránky je pak formátováno nalinkovaným souborem šablony kaskádových stylů. Jak konkrétně tělo dokumentu vypadá je uvedeno v kapitole Webová prezentace. Na závěr je dobré poznamenat, že v současné době se do popředí dostává nová generace HTML s pořadovým číslem 5, která za pomoci Java Scriptu dosáhne nové dimeze v interaktivně webu. Problém využití HTML 5 je, že zatím není známo, zda se skutečně tento jazyk stane všeobecně uznávaným a používaným standardem, a nebo jen hříčkou používanou hrstkou nadšenců uchvácených možnostmi jazyka. Dnes jsou v HTML5 většinou jen ukázkové weby, které ukazují možnosti HTML5, bohužel návody v češtině zatím prakticky neexistují. Dále je dobré zmínit, že lze XHTML kód otestovat validátorem, zda stránka splňuje normu (zda jsou dodrženy všechny pravidla pro kód XHTML, tak jak byla popsána výše). Tomuto testování se říká validace a veličina, která udává čistotu kódu se říká validita. Někteří, ale zdaleka ne všichni, autoři webů se vysoké validity kódu snaží dosáhnout, současné prohlížeče ale zpravidla správně zpracují i nevalidní XHTML dokument a vykreslí jej dobře. [61] Z uvedeného vyplývá, že čistý validní kód XHTML nebyl při tvorbě materiálu cílem, nýbrž prostředkem a Velká interaktivní učebnice byla nakódována ne tak, aby byla validní, ale aby fungovala. 9.2 CSS Formát webových stránek byl upraven pomocí CSS. Pokud mluvíme v souvislosti s webovými stránkami o formátu, pak se tím myslí např. typ a velikost písma, barva pozadí, umístění a vzhled elementů atd. Je to tedy něco, co nesouvisí s obsahem, ale tím jak obsah vypadá, jaký má vzhled. CSS je zkratka anglického Cascading Style Sheet, neboli v překladu šablona kaskádových stylů a v zásadě je to kolekce metod pro grafickou úpravu vzhledu webových stránek. Šablona stylů je v zásadě textový soubor, který obsahuje nastavení vlastností elementů pomocí hodnot. Máme více možností, jak přidat kaskádové styly do dokumentu. [64] U Velké interaktivní učebnice byly CSS styly propojeny s internetovou stránkou pomocí externího souboru kaskádového stylu. Toto 45

47 stylování pomocí externího souboru umožňuje snadno a rychle formátovat velké množství stránek změnou hodnoty vlastnosti v jediném souboru, což je asi hlavní výhoda CSS. Všechny webové stránky odkazující se na jediný soubor CSS pak mají jednotný formát (strukturu a styly písma, odstavce atd.). Změnou obsahu css souboru pak lze i jednotně změnit všechny vztahující se webové stránky najednou. Odkaz na externí stylový soubor se zapisuje do hlavičky dokumentu příkazem: <link rel="stylesheet" type="text/css" href="../vývoj/sahara/default.css" /> Kde default.css je název souboru se šablonou kaskádového stylu, která byla k dané stránce přiřazena. Soubor default.css poté obsahuje pravidla stylu. Každé toto pravidlo má dvě části: selektor a deklaraci. Selektor určuje elementy, na které se bude pravidlo vztahovat a deklarace pomocí hodnot definuje, jak se má element formátovat. Příkladem stylopisu pro odkazy použitého ve Velké interaktivní učebnici bude: a { color: #8DA359; text-decoration: underline; } Kde a je tag pro hypertextový odkaz, je to tedy selektor. Color je potom vlastností, která vyjadřuje, jakou barvu bude mít hypertextový odkaz a #8DA359 je hodnotou, tedy konkrétní barvou, v našem případě je to tmavě zelená. Jak je vidět, jednomu selektoru můžeme připojit více vlastností, vlastnosti oddělujeme středníkem. [64] Někdy musíme selektor lépe specifikovat, například chceme-li, aby barva odkazu v oddílu menu byla jiná než v ostatních částech. K tomuto účelu jsme použily ve velké Interaktivní učebnici identifikátory elementu. Identifikátory se v CSS do stylopisu zapisují takto: #menu a { color: #ffffff; text-decoration: none; } 46

48 V tomto případě budou elementy a s div s identifikátorem menu vykresleny barvou #ffffff, tedy bílou barvou. Nesmíme však zapomenout, při tvorbě dokumentu přiřadit danému elementu identifikátor, což se v XHTML kóduje pomocí značky <div></div>. V naší učebnici to bylo použito : <div id="menu"> <ul> <li><a href="../prehled.html">přehled kapitol</a></li> Podobnému účelu slouží třídy. Zde je syntax:.sidebar { float: right; width: 190px;} A podobně jako u identifikátorů nesmíme zapomenout: <div class="sidebar"> V tomto případě znamená zápis, že oddíl třídy sidebar bude umístěn vpravo a bude mít šířku 190 pixelů. Selektory lze kombinovat a přiřazovat jim množství vlastností a hodnot. Některé vlastnosti jsou dědičné. Slovo kaskádové v názvu CSS napovídá, že jednotlivé definice stylů se na sebe mohou vrstvit, přičemž platí až ta poslední. Z každého pravidla tedy lze udělat výjimku a tak vytvořit jakýkoli vzhled stránek. CSS jsou silným nástrojem, který nám umožňuje oddělit obsah a styl dokumentu. Problém je ovšem to, že různé prohlížeče CSS styly různě interpretují, pečlivému testování se tak nevyhneme. [64] Na internetu lze najít celé šablony internetových stránek vytvořených pomocí CSS stylů. Jako základ pro Velkou interaktivní učebnici byly použity dvě volně šiřitelné šablony s volnou licencí, a to šablona Sahara[65] pro samotnou učebnici, a šablona ColourGreen pro její úvodní část. [66] Obě šablony byly upravovány. Více o nich najdete v kapitole 10. Webová prezentace. 9.3 Macromedia Dreamweaver [52] XHTML a CSS jsou textové kódy, které pouze interpretuje webový prohlížeč. K jejich tvorbě tedy není potřeba žádného specializovaného softwaru, v zásadě postačí jakýkoli textový editor. Existují však i editory specializované na tvorbu webových stránek. 47

49 Jsou v zásadě dvojího druhu, strukturní, což jsou vlastně pouze lepší textové editory, a wysiwyg editory, které umožňují tvorbu webových stránek i bez znalosti kódování. Jejich výhodu je, že vytvořenou webovou stránku lze tvořit, jak plyne z názvu wysiwyg, přímo tak, jak se bude zobrazovat uživateli, zatímco pokud je stránka tvořena v textovém editoru, nevyhneme se nutnosti stálého přepínání do webového prohlížeče, abychom viděli, jak daná stránka vypadá. Pro tvorbu Velké interaktivní učebnice o chemické vazbě byl vybrán editor Macromedia Dreamweaver [52] (obr ). Jde o dobrý wysiwyg (What You See Is What You Get, česky co vidíš, to dostaneš) editor, který umožňuje velkou kontrolu nad kódem a je pouze volbou uživatele, zda bude psát kód přímo, či bude tvořit web metodou drag and drop. Jeho výhodou je, že uživatel vidí vlastnosti u elementů a může je editovat bez jejich hlubší znalostí, což ulehčuje život při vkládání složitějších elementů. Například k vložení flashové animace je třeba napsat kód: <object classid="clsid:d27cdb6e-ae6d-11cf-96b " codebase=" on=7,0,19,0" width="640" height="480" title="vazba v molekule vodíku"> <param name="movie" value="../flash/h2vazba.swf" /> <param name="quality" value="high" /> <embed src="../flash/h2vazba.swf" quality="high" pluginspage=" type="application/xshockwave-flash" width="640" height="480"></embed> </object> Přičemž je třeba znát rozměry animace a správně zapsat její jméno. V prostředí Dreamweaveru je toto možné udělat pomocí několika kliknutí myši. Tento program také, jak bylo zmíněno, umožňuje okamžitě vidět podobu stránky. Program také úzce spolupracuje s řadou programů, především z dílny firmy Macromedia, např. Macromedia Flash [51] a Macromedia Fireworks [53]. Celá Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě byla tvořena a kompletována v tomto programu. 48

50 Obr Vývojové prostředí programu Macromedia Dreamweaver Macromedia Flash [51] I když kombinace XHTML a CSS dávají určité možnosti zařazení interaktivních prvků a líbivého vzhledu, jsou tyto možnosti poměrně omezené. Aby bylo možné žákům přiblížit a konkretizovat tak abstraktní učivo jako je chemická vazba bylo nutné použít dalších prostředků. K tomuto účelu byl vybrán program Macromedia Flash [51], obr , který umožňuje tvorbu obrázků a animací. Tento program obsahuje silné nástroje pro vektorovou grafiku, která má tu výhodu, že ji lze neomezeně zvětšovat (i když v tomto případě např. křivky si zachovávají svoji šířku, což se často nehodí). Flash [51] je ovšem primárně určen k tvorbě animací. Obrázek je totiž obdařen časovou osou (timeline), pomocí této osy pak máme možnost obrázek animovat. Flash [51] navíc podporuje vrstvy (layers), díky kterým je možné měnit pouze část obrázku. Flash [51] obsahuje řadu nástrojů a možností ohledně editace barev, tvarů průhlednosti, automatických přesunů, particle system, komponenty jako tlačítka a jiné. Flash [51] ve svém jádru ukrývá i vlastní skriptovací jazyk ActionScript, ve Velké interaktivní učebnici byl použit ActionScript 2.0. Pomocí tohoto skriptovacího jazyka je možné animace opatřovat interaktivními prvky, možností složitějšího řízení pohybů objektů či možnostmi volby odpovědí. Program Flash [51] byl původně určen především k tvorbě animovaných reklamních banerů, [67] jeho schopnosti ho však předurčují k tvorbě interaktivních výukových materiálů. 49

51 Obr Vývojové prostředí programu Macromedia Flash Macromedia Fireworks [40] Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě obsahuje několik málo převzatých obrázků. Při umístění takového obrázku do webové prezentace je nutné obrázek upravit. K tomuto účelu byl používán program Macromedia Fireworks [53] (obr ). Tento program obsahuje velké množství nástrojů k úpravě bitmapové grafiky, ale obsahuje i nástroje vektorové. Program obsahuje řadu funkcí, využity však byly pouze některé, nejčastěji ořez, změna velikosti, tvorba barevných přechodů, průhlednost pozadí, či dokreslení některých objektů, jako šipek či nápisů. Kromě toho byl program použit pro konverzi obrázků do formátu.gif, který je prohlížeči podporován. 9.6 ACD ChemSketch [54] a ACD 3D Viewer [55] U výukového materiálu s chemickou tématikou je třeba počítat s kreslením chemických vzorců. Nejinak tomu bylo i v případě Velké interaktivní učebnice o chemické vazbě. Práce také obsahuje celou řadu 3D modelů molekul, které se hodí při výkladu teorie VSEPR, hybridizace či vazebného úhlu. Vzorce byly nakresleny pomocí volně šiřitelného programu ChemSketch [54] (obr ). Tento program má výhodu v tom, že má nástroje k práci s vektorovou grafikou a pracuje s ní podobně jako Flash [51]. Díky tomu lze přenést vzorec z programu ChemSketch [51] do programu Flash [51] pouze pomocí clipboardového kopírování. ChemSketch [51] má spousty přídavných funkcí, z nichž mnoho nebylo využito. Co bylo ovšem zásadní, byla možnost nakreslené vzorce převést do 50

52 programu 3D Viewer [55], který dokáže zobrazit 3D modely molekul. Tyto modely pak dokáže uložit ve formátu gif, dokáže je otáčet a tyto sekvence potom ukládat jako soubory.gif. Umožňuje mnohé další nastavení, co se týkají barev atomů, pozadí, druhů modelu, či ovlivnění délky vazby. Obr Vývojové prostředí programu Macromedia Fireworks 8.0 Obr Vývojové prostředí programu ACD ChemSketch Webová prezentace Webová prezentace má dvě designově odlišné části. Pro část úvodní byla použita a upravena šablona ColourGreen [66]. V úvodní části lze nalézt úvodní text, který by mohl posloužit při budoucí SEO (search engine optimalization) optimalizaci a kde lze nalézt informace technického rázu, seznam kapitol a doporučených a použitých odkazů. Tato úvodní část je líbivější, má nalákat uživatele, ovšem spojení bílé barvy a černého textu, jak je nastaveno v této šabloně, je méně vhodná pro dlouhé čtení. Druhá část je pak samotnou 51

53 učebnicí, je vyvedena v nevýrazné žluté barvě, která je ale mnohem ohleduplnější k očím při delším čtení. Velká interaktivní učebnice má celkem 30 normostran textu, obsahuje 32 převzatých obrázků, 9 obrázků, které byly pro účely učebnice upraveny, 80 obrázků, schémat, vzorců a 3D modelů molekul vytvořených od základu v programech Flash [51], Fireworks [53] a ChemSketch [54], 52 animací, příkladů, úloh a interaktivních shrnutí učiva vytvořených za pomoci programu Flash [51] Úvodní část Layout úvodní části byl vytvořen z upravené volně šiřitelné CSS šablony ColourGreen [66], která má volnou licenci. Skládá se z hlavičky, kde se nachází logo, v našem případě název Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě. Součástí hlavičky je menu, které obsahuje tři záložky: Úvod, Přehled kapitol a Zdroje a doplňující materiály. Hlavička a menu je vyvedena v barvě #667F03, tedy tmavě zelené v kombinaci s bílým textem. Tato inverzní kombinace zaručuje líbivý vzhled a dobrou čitelnost. Samotný obsah se skládá ze dvou bloků. Blok s třídou sidebar má šířku 190 pixelů a slouží k ozvláštnění vzhledu stránky, jsou zde umístěny grafické prvky a odkazy sloužící k rychlé navigaci. Blok s identifikátorem kontent má šířku 595 pixelů a je zde umístěn konkrétní obsah podle příslušné záložky. Dole se pak nalézá patička. V záložce Úvod je umístěn úvodní text. V textu je uvedeno, pro koho je učebnice určena a informace technického rázu, např. podporované prohlížeče. V Přehledu kapitol (obr ) je pak uveden samotný seznam kapitol učebnice. Je zde přímý přístup k podkapitolám, odkazy do učebnice se otevírají v nových záložkách, aby uživatel mohl pohodlně otevřít více oken. V záložce Zdroje a doplňující materiály je potom k nalezení několik odkazů na další informační zdroje o chemické vazbě, atomu a chemii vůbec a vyjmenovány zdroje použité v materiálu. Pozadí je zde bílé, text černý, líbivý vzhled zde dodávají modré nadpisy, tmavě zelené odkazy a vkusné použití horizontálních čar. 52

54 Obr Záložka Přehled kapitol v úvodní části materiálu 10.2 Velká interaktivní učebnice o chemické vazbě Layout učebnice byl vytvořen úpravou volně šiřitelného templátu Sahara [65]. Celý web se skládá prakticky ze třech bloků. Podobně jako úvodní část, v horní části se nachází hlavička. Zde je vždy uveden název příslušné kapitoly. Pod hlavičkou se nachází menu, z kterého lze přistoupit ke všem ostatním kapitolám. Pod menu už se nachází obsah samotného materiálu. Na počátku každé kapitoly je úvodní motivační text a seznam podkapitol, ke kterým lze ihned přistoupit (obr ). Celý layout je optimalizován na rozlišení 1024 x 768. Nízké rozlišení bylo voleno vzhledem k možnosti zobrazení i na starších monitorech či mobilních zařízeních. Díky možnosti zvětšování, které layout neovlivní, dobře funguje i ve větších rozlišeních. Jako barva pozadí byla zvolena světle žlutá, v kombinaci s černým textem, tolik nedráždí oči jako čistá bílá. Obr Záložka Úvod ve Velké interaktivní učebnici o chemické vazbě 53