K virtualizaci školních experimentálních inností

Martin Bílek a kol. K virtualizaci školních experimentálních inností Reálný a virtuální experiment možnosti a meze využití jejich kombinace v po áte ní p írodov dné výuce (s p íklady z výuky chemie) WAMAK CZ s.r.o. 2011

Publikace vznikla s podporou projektu Grantové agentury eské republiky GA R 406/09/0359 Možnosti a meze interakce reálného a virtuálního prost edí v po áte ním p írodov dném vzd lávání, ešeném v letech 2009-2011. Auto i: Prof. PhDr. Martin BÍLEK, Ph.D. Doc. PaedDr. Pavel DOULÍK, Ph.D. Doc. PaedDr. Ji í RYCHTERA, Ph.D. Doc. PhDr. Ji í ŠKODA, Ph.D. Recenzenti: Prof. RNDr. Danuše NEZVALOVÁ, CSc. Prof. RNDr. Jan IPERA, CSc. Doc. RNDr. Jarmila KME OVÁ, Ph.D. KATALOGIZACE V KNIZE - NÁRODNÍ KNIHOVNA R Bílek, Martin K virtualizaci školních experimentálních inností : reálný a virtuální experiment možnosti a meze využití jejich kombinace v po áte ní p írodov dné výuce : (s p íklady z výuky chemie) / Martin Bílek a kol. -- [Hradec Králové] : M&V, 2011, -- 174 s. Anglické resumé ISBN 978-80-86771-47-2 37.0:5 * 371.3:004 * 54 * 371.388 * 004.94 * 004.928 - p írodov dné vzd lávání - po íta em podporovaná výuka - chemie - školní pokusy - po íta ová simulace - po íta ová animace - kolektivní monografie 37 - Výchova a vzd lávání [22] Publikace neprošla jazykovou úpravou. M. Bílek a kol., 2011 ISBN 978-80-86771-47-2 2

Obsah 1 Úvod aneb reáln i virtuáln?... 5 2 Metodologie p írodov dného poznávání a výuka p írodov dných p edm t... 10 2.1 Specifika p írodov dného poznávání... 10 2.2 P írodov dný experiment jako prost edek didaktické rekonstrukce.. 18 2.3 Metaanalýza informa ních zdroj z oblasti p írodov dného experimentování... 22 2.4 Školní p írodov dný experiment jako výzkumný problém... 33 2.4.1 Dotazník... 34 2.4.2 Didaktické testování... 35 2.4.3 Interview... 36 2.4.4 Pojmové mapování... 39 2.4.5 Analýza žákových text a kreseb... 43 3 Metodologické aspekty ICT podporované výuky p írodov dných p edm t sp íklady z výuky chemie... 45 3.1 Vzdálené a virtuální laborato e... 48 3.2 P íklady realizace virtuálních a vzdálených p írodov dných laborato í51 3.2.1 Modelování a po íta ové simulace na Webu virtuální laborato e... 51 3.2.2 Provád ní a ízení reálných chemických experiment s pomocí Webu vzdálené laborato e... 53 4 Virtuální a reálné prezentace v procesu (re)konstrukce žákova poznání v po áte ním p írodov dném vzd lávání... 58 4.1 Psychodidaktické odlišnosti virtuálních a reálných prost edí... 59 4.2 Virtuální a reálné prost edí z hlediska u ebních styl... 61 4.3 Virtuální a reálné prezentace v Kolbov modelu u ení... 65 4.4 Virtuální a reálné prost edí v prezentaci u iva z hlediska strategií u ení... 68 4.5 Virtuální a reálné prost edí pro p írodov dné poznávání jako výzkumný problém... 74 5 Interakce reálného a virtuálního prost edí ve školním p írodov dném experimentu... 77 5.1 Po íta ové simulace a animace aneb virtuální experimenty ve výuce p írodov dných p edm t... 78 3

5.2 R zné druhy kombinací reálného a virtuálního prost edí v školním p írodov dném experimentu... 84 5.2.1 P ímé spojení p írodov dného experimentu s po íta em... 84 5.2.2 Kombinace reálného a virtuálního prost edí z pohledu žákovy aktivity... 88 5.2.3 M ení z videozáznamu jako kombinace reálného a virtuálního prost edí... 94 5.2.4 Mobilní elektronická za ízení a školní p írodov dný experiment... 96 5.2.5 Smíšená realita (Augmented Reality) a virtuální realita (Virtual Reality) v p írodov dných experimentálních innostech.. 99 6 Z výsledk zkoumání variací reálného a virtuálního prost edí v školních p írodov dných experimentálních innostech... 103 6.1 Efektivita využívání virtuálního prost edí ve výuce chemie jako všeobecn vzd lávacího p edm tu m ení ph... 104 6.2 Po íta ové animace a simulace v p íprav budoucích u itel chemie. 112 6.3 Percep ní procesy žák p i kombinaci reálné a virtuální složky vizualizace demonstra ního experimentu... 115 6.4 Z dalších aktuálních výzkum kombinace reálného a virtuálního p írodov dného experimentu... 125 7 Perspektivy virtualizace prost edí v p írodov dném vzd lávání... 129 8 Literatura... 137 9 Rejst ík... 153 10 P ílohy... 156 Abstract... 174 4

1 Úvod aneb reáln i virtuáln? Krom nezastupitelné role reálného experimentu v p írodov dném poznávání p ed nás naše reálné životní prost edí staví stále více prvk virtuálních prost edí, virtuálních sv t apod. D ti i dosp lí jsou zna n motivováni experimentováním, objevováním a vlastním uchopováním se v cí. Má-li školní experiment splnit sv j ú el, musí být volen tak, aby byl názorný, p im ený v ku u ících se a byl proveden s dalšími požadavky na p ehlednost, jednoduchost, dobrou viditelnost a respektování zásad bezpe nosti práce. To m že být v n kterých p ípadech natolik problematické, že u itelé v praxi na provád ní experiment rad ji rezignují. M že tyto požadavky spl ovat i experiment virtuální (simulovaný)? Cílem výzkumného projektu, který ešili auto i této monografie v pr b hu let 2009 2011, bylo hledání možností a mezí využití virtuálního prost edí p i podpo e výuky p írodov dných p edm t se speciálním z etelem na po áte ní výuku chemie. Znamenalo to zejména pokusit se zkoumat efektivitu využití po íta ových simulací a animací ve všeobecném p írodov dném a zejména po áte ním chemickém vzd lávání (p edevším na 2. stupni základních škol), a to jak samostatn, tak v nejr zn jších kombinacích s reálným experimentem. Šlo o hledání zákonitostí a p ípravu na nich založených doporu ení pro smysluplné a efektivní využití po íta ových simulací a animací, vzdálených a virtuálních laborato í a vzdálených m ení s využitím zkoumání pedagogicko-psychologických fenomén jako jsou badatelsky orientovaný p ístup, konstruktivismus, d tská pojetí, individuální u ební styly, vizuální gramotnost apod. Zám r t íletého výzkumného projektu vycházel z dlouhodobých zkušeností ešitelského pracovišt Katedry chemie P írodov decké fakulty (do srpna roku 2010 Pedagogické fakulty) Univerzity Hradec Králové v oblasti metodologických aspekt výuky chemie a její po íta ové podpory. Nové dimenze do ešení pak vneslo pracovišt spolu ešitel, tedy Katedry pedagogiky Pedagogické fakulty Univerzity Jana Evangelisty Purkyn v Ústí nad Labem. Cíle projektu byly specifikovány do následujících t í oblastí: 1. Analýza výsledk výzkumných projekt pln nebo áste n zkoumajících efektivitu kombinace reálného a simulovaného experimentu ve výuce p írodov dných p edm t v zahrani í. 2. Zkoumání efektivity využití vybraných simulovaných a animovaných experiment vpo áte ním chemickém vzd lávání (využití metod pedagogického výzkumu, zejména p ímého 5

a nep ímého pozorování, dotazníku a pedagogického experimentu). 3. Zkoumání vlivu prekoncept a dalších pedagogicko-psychologických fenomén (individuálních charakteristik u ícího se jedince) efektivního u ení na využití simulací a animací v po áte ní výuce chemie. Proveditelný reálný experiment by nem l být žádným zp sobem eliminován ze školní laboratorní praxe. To vždy bylo východiskem všech kurikulárních p ístup vp írodov dném vzd lávání, které z stává stále aktuální. Ovšem naše reálné životní prost edí p ed nás staví stále více prvk virtuálních prost edí, virtuálních sv t, sv t zprost edkovaných nekone nými možnostmi po íta ových sítí. Zprost edkované vnímání prost ednictvím virtuálních obraz se díky masivnímu rozší ení informa ních technologií stává majoritním kognitivním kanálem žák mladšího i staršího školního v ku. P ímá utilizace informací z kolem nás vnímané existující reality je postupn vytla ována a nahrazována p ijímáním virtuálních informací. Jak tedy volit smysluplnou a didakticky efektivní kombinaci reálného, zprost edkovaného a simulovaného pozorování, m ení a experimentování? ada autor se spíše intuitivn p iklání k tomu, aby byly jednoduché experimenty, nenáro né na materiální a technické zázemí, provád ny p ednostn formou reálné innosti. Vzdálená pozorování a vzdálené experimenty by mohly být využívány jako dopln k k aktualizaci a motivaci nap. formou školních projekt a projektov orientovaných inností. A virtuální experimenty pak využívat zejména p i interpretaci reálných experiment (trenažéry laboratorní innosti, predikce a verifikace výsledk experiment ) a experiment ve školních podmínkách neproveditelných (nebezpe ných, náro ných na technické vybavení, nedostupných apod.). Získávání a prohlubování manuálních dovedností (m ení s pomocí dostupných laboratorních p ístroj, práce s aparaturami i vytvo enými z prost edk každodenní pot eby, práce s dostupnými a bezpe nými chemickými látkami aj.), které jsou jednou z podstatných složek p írodov dného vzd lávání nelze pravd podobn pln nahradit prací s monitorem a klávesnicí. Ovšem vyhýbat se zprost edkovanému pozorování a práci s modely (p ístroj, pr b h p írodov dných fenomén apod.) možné také není. Nejen z t chto d vod je nutné tyto oblasti zkoumat, a to jak pro potvrzení t chto intuitivních odhad, tak k hledání odpov dí na další otázky, které tato oblast možných p ínos a ohrožení kombinace reálné a simulované experimentální innosti p ináší. 6

Na ešitelském pracovišti vzbudil pozornost již p ed více než dvaceti lety ešený projekt zkoumání vlivu simulací trenažér laboratorní innosti na úsp šnost žák p i reálném experimentování (Hellberg, 1983, Vít, 1986, Bílek, 1991). I když byla provedena ada šet ení, která ukazovala na pozitivní efekty kombinace reálného a virtuálního prost edí, nebylo možné tehdy získané výsledky i vzhledem k dostupným technickým podmínkám považovat za jednozna né. Šlo tehdy o ešení nedostate n schopného software, simulujícího aparaturu k m ení viskozity r zných kapalných látek, kdy as pr toku kapaliny animovaným Ubelohdeho viskozimetrem byl m en ru n pomocí stopek (Vít, 1986). Pokusy s takto konstruovanými laboratorními experimenty, kdy se kombinovaly videozáznamy profesionálního a školního laboratorního prost edí s po íta ovou simulací p íslušné aparatury a reálným m ením asu na stopkách, byly pro studenty u itelství, kte í tvo ili výzkumný vzorek, vysoce motivujícím prvkem, i p es pon kud graficky nedosta ující virtuální ást a uživatelsky mén p íjemné prost edí tehdejší výpo etní techniky (po íta PMD 85). Známé jsou i pedagogické experimenty, provád né s reálnými m eními a simulacemi, na Institutu pro pedagogiku p írodních v d p i Univerzit v Kielu (Dahncke, Behrendtová, 2001). Na p íkladu kalorimetrických m ení zde byla prokázána pozitivní role práce se simulovaným experimentálním za ízením. Je více než z ejmé, že nyní, v dob výrazného nástupu tvorby a využívání vzdálených a zejména virtuálních laborato í a jejich dostupnosti i v mimoškolních podmínkách prost ednictvím internetové služby World Wide Web (WWW), vzr stá pot eba nových zkoumání (p edevším pedagogického a pedagogicko psychologického výzkumu) v této oblasti. ešení projektu, jehož východiska, výsledky a podn ty pro další innost v dané oblasti p inášíme v této publikaci, bylo naplánováno do následujících etap: 1. Etapa rešeršn koncep ní, která zahrnovala analýzu p evážn zahrani ních pramen, prezentujících výsledky interakce reálného a virtuálního prost edí v p írodov dném vzd lávání. Díl í výsledky této etapy ešení projektu shrnujeme v kapitolách 2. 5., kde se zam ujeme hlavn na metodologické otázky p írodov dného poznávání ve školním prost edí a jeho po íta ovou podporu v r zných podobách. 2. Etapa informa n registra ní, která byla v nována konkrétním výzkumným šet ením ve výuce chemie na základních školách a v p íprav u itel chemie, shrnutá zejména v kapitole 6. 7

3. Etapa informa n interpreta ní, zam ená na interpretaci získaných empirických dat a na pokus o stanovení kritérií a doporu ení pro za azení virtuálního a vzdáleného experimentování v po áte ním chemickém (p írodov dném) vzd lávání, prezentovaná zde v kapitolách 6. a 7. Jako p íklad všeobecn zam ené p írodov dné výuky tedy byla zvolena vzhledem ke složení kolektivu ešitel projektu výuka chemie. Ta nabízela široký prostor pro využití informa ních technologií p i podpo e empirických (pozorování, m ení a experiment) a teoretických (modelování) metod poznávání. V t chto ohledech technika postupuje velice rychle, ovšem co se tý e vlivu na u ení v r zných stádiích vývoje žákova zpracování informací, je dosud jen minimum použitelných princip a zákonitostí. Zde hrají významnou roli d tská pojetí a pravd podobn i styly u ení. Postižení role moderní techniky a technologií p i formování tzv. vizuální gramotnosti, jejíž je práce s po íta ovými simulacemi aktuální a podstatnou sou ástí, tak musela být stále v pop edí všech našich úvah, realizací innosti a interpretací získaných výsledk. Od po átku nám ale bylo jasné, že moderní technika sama o sob p edstavuje p i tomto typu výuky (vyu ování a u ení) áste n rozpornou roli. Na jedné stran se rychle rozvíjejí r zné procesy a postupy vizualizace zejména t írozm rných objekt, které vedou p i vhodné metodice použití softwarových produkt k posilování prostorové p edstavivosti. Na druhé stran ale televizní a do jisté míry i po íta ová obrazovka m že lov ku implantovat chybné p edstavy a návyky, které jsou velmi rigidní a špatn se s nimi dále pracuje. Sem pat í nap. tzv. bezprostorovost, i další návyky a virtuální zkušenosti, které vedou k nep esnému, zkreslenému i špatnému chápání prostoru, vah, sil, energií, pevností materiál, ale i zkreslenému pojetí emocí a pocit apod. (Bílek a kol., 2007). Informa ní a komunika ní technologie a zvlášt jejich sí ov komponované systémy nenabízejí u itel m a žák m jen samá pozitiva. P inášejí i mnohá rizika a problémy. Nap. ernochová (2003) cituje Lévyho, který zd raz uje adu možných problém tohoto rizikového prost edí: izolaci a kognitivní p etížení žáka, jeho u itele (stres z komunikace a z práce na monitoru), závislost žáka i u itele na sí ové navigaci nebo h e (i experimentování pozn. autor ) ve virtuálních sv tech, pocit dominance (posílení rozhodovacích a kontrolních center, vícemén monopolizovaná vláda ekonomických mocností nad d ležitými funkcemi sít atd.), kontakty s kolektivní hloupostí a nedokonalostí. 8

Navíc mohou nastat problémy s asov náro nou p ípravou, s pr b hem a ízením výuky, se závislostí na ICT (závislost na energetickém zdroji, na provozu server, na možnostech a kvalit hardware i software, na logice, nástrojích a struktu e, na možnostech komunikace atd.), se zdravotn hygienickými aspekty atd. (voln dle ernochová, 2003). Podmínky pro využití simulací a další po íta ové podpory empirických a teoretických metod poznávání tj. zejména podpory vzdálených a virtuálních laborato í se stále vyvíjejí s tím, jak rostou možnosti Internetu a jeho služby WWW i možnosti m ících, modelovacích i dalších prost edk. Virtuální univerzity, virtuální t ídy i jiné podoby vzdálených sou ástí vzd lávacích systém se v p írodov dném vzd lávání bez uvedených metodologických komponent nemohou obejít. Na technických vysokých školách se již vzdálené a virtuální laborato e stávají b žnou praxí a domníváme se, že jejich významn jší rozší ení i na nižší stupn školských systém nebude dlouho trvat. V ad p ípad p jde jist o spole né projekty, které by m ly napomoci i obnovení v tšího zájmu o studium p írodov dných a technických obor. Pot eba výzkumného uchopení uvedené problematiky zejména tam, kde se formuje po áte ní vztah k p írodov dným a technickým obor m, je podle našeho názoru velmi aktuální a žádoucí. Pokusili jsme se zde nastínit uvažovanou ší i prezentované problematiky, avšak je nám jasné, že k jednotlivým zám r m m žeme p isp t vždy jen díl ím pohledem. Výsledky dosažené p edevším p i napl ování cíl uvedeného projektu byly po celou dobu ešení projektu podrobovány pom rn široké diskusi na ad odborných konferencí a seminá, p i recenzních ízeních v odborných asopisech a podobn. Vzhledem k pot eb jejich integrace a snaze o ur itou záv re nou syntézu jsme se rozhodli zpracovat tento text. Tým ešitel projektu, z nichž v tšina tvo í i autorský kolektiv této monografie, postupn dopl ovali další odborníci, jimž pat í velký dík za jejich p ipomínky, názory, kritická hodnocení i pozitivní odezvy. V neposlední ad bychom rádi pod kovali všem recenzent m publikace za podn tné p ipomínky a návrhy k úpravám textu. Všem tená m p edem d kujeme za další návrhy k úpravám i návrhy možné spolupráce p i ešení navazujících projekt z této oblasti. V Hradci Králové a v Ústí nad Labem v letech 2009 2011. Auto i 9

2 Metodologie p írodov dného poznávání a výuka p írodov dných p edm t 2.1 Specifika p írodov dného poznávání lov k už od své dávné historie vyniká zájmem o prost edí, ve kterém žije, o prost edí, které p etvá í k svému užitku a rozvoji. Nejprve to byly pokusy vedené snahou o p ežití, o zabezpe ení dostatku potravy, tepla, ochrany proti pov trnostním vliv m a proti nep átel m jak z živo išné, tak z rostlinné íše. Postupn se jeho cíle za aly rozši ovat a doposud používaná metoda typu pokus omyl už nemohla dostate n zabezpe it všechny jeho požadavky, které se dále rozr staly. lov k za al pozorovat jevy daleko systemati t ji, aby našel ešení nebo odhalení principu a též dokázal upravovat podmínky jev, které cht l využít nebo kterým cht l p ijít na kloub. Za ínal tedy experimentovat, aby prozkoumával p írodní jevy, tedy je pozoroval a v n kterých p ípadech je m il, p i emž se projevovaly i pragmatické stránky jeho konání, tedy vazby na využití poznaných zákonitostí a princip v každodenním život. Tím se p írodov dné poznatky stále více za aly p ibližovat technické a technologické praxi a podnítily formování jednotlivých p írodních a technických v d. P írodní v dy a jejich experimentální základ podmínily rozvoj techniky a spole nosti jako takové. Je z ejmé, že p írodní a technické v dy spojují jak metody empirické, tak metody teoretické. Z nich m žeme považovat metodu ozna ovanou jako experimentální nebo zkrácen experiment za úst ední bod p írodov dného poznávání se svými jak pozitivními tak i, zejména v souvislosti s ekologickými problémy a trvale udržitelným rozvojem, negativními souvislostmi. V procesu poznávání jde v podstat o proces ešení odpovídajících komplex úloh dané t ídy. Tento proces m že být realizovaný na r zných úrovních, a proto se mohou získávané výsledky bádání vzájemn lišit, jak z kvalitativního tak i z kvantitativního hlediska. Rozlišit m žeme v principu dva typy postup (Hellberg et al., 2000): první jsou založené na zkoumání skute nosti a jejím popisu, druhé si kladou za cíl objasn ní jev, tzn. prezentaci podstaty t chto jev na odpovídající úrovni. V postupech prvního typu se získávají poznatky p edevším empirickou cestou za použití reduktivního uvažování. Pro postupy druhého typu je charakteristická teoretická cesta poznávání, p i které se sou asn 10

s reduktivním uvažováním používá zejména dedukce (Hellberg, 1983). V závislosti na dosaženém stupni zevšeobecn ní je možné uvažovat o r zných úrovních poznání. Nejobecn jší prezentací skute nosti se zabývá filozofie. Proto je její metodologie nejobecn jším nástrojem (tj. souborem metod a postup ) používaných speciálními v dami v procese poznávání. Z obecné metodologie v d je potom odvozena metodologie v d speciálních a také jednotlivých v deckých disciplín. Mluvíme tedy nap. o metodologii p írodních v d, metodologii chemie atd. D ležitou úlohu hrají také vztahy mezi obsahy a metodologiemi r zných p írodních v d, nap. v chemickém výzkumu se používají fyzikální metody a podobn chemické metody jsou využívané v biologii atd. Metody vzniklé v ur ité v dní disciplín, a to na základe abstrakce, mohou být aplikované v jiných v deckých disciplínách, nap. matematická logika m že p sobit jako výzkumný instrument v procesu fyzikálního nebo chemického poznávání apod. V p írodních v dách je d ležité to, že výzkumné problémy jsou ešeny na empirické a teoretické úrovni sou asn. D ležitým metodologickým nástrojem ešení problém je zejména experiment sloužící k ov - ování p edpokládaných výsledk bádání, tedy k ur ování pravdivosti (verifikaci) formulovaných hypotéz. V závislosti na požadované úrovni poznávání rozlišujeme empirickou hypotézu a teoretickou hypotézu. Empirická cesta poznávaní vede k empirickým poznatk m. Charakteristickou vlastností p írodov dných bádaní je nutnost astého používaní reálného experimentu jako nástroje na ov ení empirických hypotéz. Avšak experiment m že být n kdy i bezprost edním zdrojem poznání a m že uvád t do problémové situace, založené na rozporu mezi tím, co je a co není doposud známé (Konieczna et al., 1992). Experiment je tedy metoda v deckého poznávání, p i níž se zkoumají za kontrolovaných a ízených podmínek jevy reálného sv ta. Experiment se uskute uje ve v d na základ teorie, která ur uje nastavení problému a interpretaci dosažených výsledk. Ve v d se používají r zné druhy experiment. V základním výzkumu je nejjednodušší kvalitativní experiment. Jeho cílem je zjišt ní existence nebo neexistence ur itého jevu p edpokládaného v teorii. Složit jší jsou kvantitativní experimenty, zahrnující m ení vlastností zkoumaných jev (Fajkus, 2005). asto se v základním výzkumu používá také myšlenkový experiment, který se vztahuje k teorii a spo ívá v soustav myšlenkových operací, které se dotýkají idealizovaných objekt. Myšlenkový experiment má za úlohu vyjasnit vzájemné vztahy základních princip ur ité teorie prost ednictvím teoretických model reálných experimentálních situací (Popper, 1997). 11

Významnou pozici má experiment v procesu objevování nových fakt, kdy m že p ebírat r zné funkce jak pro badatele tak pro uživatele dosažených výsledk. Jsou to zejména následující funkce (Hellberg et al., 2000): motiva ní, kdy se nap. analýzou experimentálních dat dospívá k novému neo ekávanému poznatku, k novému popisu jev. Jako d sledek analýzy takovéto ešené problémové situace je zpravidla objevený ur itý rozpor, který v sob obsahuje podstatu problému. Dospíváme k formulaci problému, asto ve form otázky a následuje formulace hypotézy v etn hledání optimální cesty její verifikace; objevná, kdy je nap. formulovaná zakázka pr myslu jako úloha, jejíž ešení spo ívá nap. ve stanovení vlastností ur ité látky. Experimentální zkoumání dané látky mohou probíhat na r zných úrovních, v závislosti na používaných experimentálních technikách, nap. spektrálních metodách, elektrochemických metodách apod. P i poznávaní vlastností látek je experiment prvním hlavním krokem poznávacího procesu. V následující etap jde o sb r experimentálních dat a jejich klasifikaci, která je výsledkem pokus, uskute n ných experimentátorem. V další etap jsou analyzované odpovídající data a realizované první pokusy o zobecn ní, sm ující k popisu vlastností zkoumané látky. Dalším krokem je experimentální ov ení správnosti odvozených zobecn ní; ov ující, kdy se nap. logickou analýzou formuluje teoretická hypotéza. Je možné nap. na základ interpretace matematického modelu simulovat reaktivitu zkoumané látky. Dále se v praxi ov uje poznatek, získaný cestou dedukce, ve shod s postulátem teorie poznávání: od p ímého vhledu k teorii a odsud do praxe. Experiment má v tomto p ípad ov ovací funkci. Je následujícím krokem po hypotéze, formulované na základe simulace, uskute n né pomocí modelu. Z obecného hlediska jde o teoretickou hypotézu. Posloupnost etap inností uskute ovaných p i experimentech vyplývá jak z funkce a místa experimentu v dané v decké disciplín tak i z charakteru ešeného problému. Tuto posloupnost je možné v ur itém zjednodušení prezentovat následujícím schématem: 1. Formulace problému. 2. Analýza daného problému spojená s hledáním hlavního rozporu charakterizujícího problémovou situaci. 3. Analýza problému, jeho transformace do otázky nebo soustavy otázek (O1, O2 Oi). 12

4. Další prohloubená analýza díl ích otázek a problém vede k formulaci díl ích hypotéz, které jsou sou ástí hlavní hypotézy. 5. P íprava plánu ov ování hypotéz, tzn. plánování a p íprava experiment jako nástroj ov ování díl ích hypotéz a hlavní hypotézy (verifikace). 6. Realizace experimentu nebo experiment. 7. Interpretace experimentálních dat (stanovení kvalitativních a kvantitativních výsledk, jejich uspo ádání, analyzování a klasifikace). 8. Hledání p í inných souvislostí mezi kvalitativními a kvantitativními efekty. Formulace záv r. 9. Porovnání výsledk získaných v procesu analýz a syntéz s hypotetickými p edpoklady. V p ípad p ijetí hypotézy následuje další etapa, ale pokud byla hypotéza zamítnuta, je nutné se vrátit k bod m 3. až 5. a opakovat celý další postup. 10.Zobecn ní experimentálních výsledk se realizuje pomocí následujících operací: analýzou, komparací, syntézou a generalizací. Experiment m že být asto i bezprost edním nástrojem ešení velkého množství r zných typ problém. V tom p ípad je pod ízený teoretickému procesu poznávání, protože je ízený teorií. Tehdy m že jeho využití odpovídat následujícímu zjednodušenému schématu: 1. Formulace cíle experimentu. 2. P íprava a plánování experimentu (zabezpe ení odpovídajícího materiálu a technické stránky experimentu). 3. Uskute n ní experimentu (realizace posloupnosti inností, zápis experimentálních dat). 4. Zpracování výsledk experimentu (formulování výsledk pozorování a m ení, jejich zobecn ní a konfrontace s po áte ním stavem). Výše uvedená schémata postupu p i aplikaci experimentu jako jedné ze základních metod p írodov dného poznávání respektují kombinaci empirického a teoretického postupu bádání. M žeme tedy sumarizovat nejvýznamn jší innosti, které se v r zných podobách p i experimentování vyskytují. Z empirických inností to jsou zejména: pozorování, m ení, vlastní experimentování, zpracování experimentálních dat a jejich komparace. Výsledkem t chto inností jsou, po verifikaci (resp. falzifikaci) hypotéz, empirické poznatky. Z teoretických inností to jsou p edevším myšlenkové experimentování, modelování, analyzování, syntetizování, komparování, prognózování, abstrahování, generalizování, objas ování a dokazování (Hellberg et al., 2000). 13

Specifikum p írodních v d a z nich zejména chemie spo ívá tak, jak jsme nazna ili výše, ve sfé e pozorování pr b hu p írodov dných a v chemii tedy chemických d j (senzorická oblast) a ve vytvá ení podmínek pro jejich opakování a zm ny (motorická oblast). Je z ejmé, že nezbytnou sou ástí každé senzomotorické (p íp. jen senzorické nebo jen motorické) innosti jsou innosti intelektuální. Tento tématický okruh široce rozpracovala ada autor. Nap. H. Riedel (1991a, 1991b, 1992, 1993, 1994a, 1994b) v této souvislosti formuloval teorii tzv. interních operací. V základním horizontu rozlišuje: I. Kognitivní operace - operace vstupu informací do v domí: poznávání - z okolního sv ta, vybavování - z pam ti. II. Produk ní operace - operace zpracování informací: 1) formující - operace dalšího postoupení a uspo ádání: zapamatování - p evád ní do pam ti, vyhodnocení - pozorování ve v domí 2) transformující - operace p etvá ení a spojování do nových informací: a) modelov orientované - model, návaznost, plánování: konvergentní myšlení - vázané na ur itý myšlenkový vzor, divergentní myšlení - prosté p vodního vzoru ve prosp ch jiných myšlenkových vzor, b) spontánní - bez modelu, skokem originální myšlení. Uvedené typy inností se uplat ují v obou možných - teoretickém i empirickém postupu osvojování u iva. Dominantní (nebo rad ji výchozí) v teoretickém postupu jsou intelektuální innosti, v empirickém postupu senzomotorické innosti. Zjednodušen analogii obou postup znázor- uje schéma realizace chemického experimentu podle trnáctové (1982) (obr. 1). Ze schématu je patrné, že v obou p ípadech je postup provedení a hodnocení chemického experimentu analogický. Proto jsou i innosti žák p i provád ní a hodnocení školního chemického experimentu a p i teoretickém vysv tlování daných poznatk podobné. Rozdíl obou postup se projeví p edevším v innostech u itele, tj. ve zp sobu ízení dané etapy výchovn vzd lávacího procesu ( trnáctová, 1982). Výše uvedené poznatky je možné konkretizovat v Hellbergem (1983) vytvo eném modelu odrážejícího místo základních nástroj metodologie poznávání p írodní skute nosti v procesu p írodov dného vzd lávání (obr. 2). 14

Obr. 1 Dvouetapové schéma teoretického a empirického postupu v pr b hu chemického experimentu ( trnáctová, 1982) Ve schématu modelu na obr. 2 je patrné rozd lení do on ch dvou základních oblastí. V levé ásti schématu je znázorn na oblast smyslov konkrétního, v pravé intelektuáln konkrétního myšlení. Je možné pro ozna ení oblastí využít i pojmy induktivn konkrétní myšlení a deduktivn konkrétní myšlení. V rámci tzv. kybernetického modelu zpracování informací (model zahrnující prvky sd lovacího a p ijímacího systému s r znými úrovn mi zp tné vazby) je z metodologického hlediska významná analýza a popis mozkových center - nap. zjišt ní, že centra smysl jsou v t sné blízkosti center výkonných orgán, odkázaných na nejužší spolupráci. Smysly lov ka snímají informace z okolního sv ta ve form signál r zných fyzikálních nosi. Smyslový orgán je p evodník, který je citlivý na ur itý druh fyzikálního nosi e a podle kvality a kvantity podn tu vyrábí pro centrální nervový systém zpracovatelnou posloupnost elektrických impuls. 15

Obr. 2 Model základních nástroj metodologie poznávání p írodní skute nosti v p írodov dném vyu ování dopln ný r znými typy po íta ové podpory (viz kap. 3) (Hellberg, 1983, Bílek, 1999) 16

Po et smysl je z tohoto hlediska zna n v tší než šest b žn uvád ných. Weber (1984) z tohoto pohledu uvažuje dvacet sedm r zných smysl. Každý z takto uvažovaných smysl má více mén ohrani enou oblast v k e velkého mozku. Dost edivé nervové impulsy ze smyslových orgán, p ípadn z jejich receptor sm ují do t chto center, kde jsou zpracovávány. Uvnit t chto center jsou funk ní oblasti, nap. zrakové centrum má oblasti pro zpracování barev, formy, pohybu atd. Jak již bylo uvedeno, nacházejí se centra smysl v t sné blízkosti center výkonných orgán (efektor ). P íkladem mohou být následující dvojice senzorických (SC) a motorických (MC) center, které jsou v t sném sousedství zesí ovány co nejkratšími nervovými spoji. Nap.: SC pro sluchový vzruch a MC pro naslouchací pohyby, SC pro optické rozlišení prostorového zobrazení a MC pro konstruktivní innost, SC pro optickou pozornost a MC pro zam ovací pohyby, SC pro polohu a pohyb a MC pro obraty t la a hlavy, SC pro pocit síly a MC pro sled motorických inností, a další (Weber, 1984). Tato uspo ádání šet í as p i pr chodu nervových vzruch a stavební hmotu (vytvá ejí se tzv. senzomotorická centra nap. pohyby hlavy a pohyby o í p i sledování objekt ). Krom spektra smysl hrají významnou roli p i získávání informací o objektu u ení také m icí p ístroje. P i jejich použití je t eba d sledn odlišovat dv možnosti: 1) m icí p ístroje, které zesilují kontrast vlastního snímaného fyzikálního nosi e v i okolí (nap. mikroskop nebo dalekohled pro oblast mikro- a makrosv ta), 2) m icí p ístroje, které mají funkci p evodník fyzikálního nosi e na nosi ur ený pro ur itý smysl (nap. voltmetr). Experiment je z t chto hledisek svévolný zásah do p irozenosti objektu u ení za ú elem zviditeln ní jeho vlastností (Weber, 1984). Smyslové d kazy pat í k jedine ným metodám tzv. objevného u ení, když objekt sám neposkytuje p edem požadované informace. Pozornost a zam ení je první svévoln ízený filtr pro vstup informací do pam ti na základ zvídavosti nebo vytvá ení asociací. Dalšími faktory jsou nápadnost u iva, která zvyšuje zvídavost, ochrana proti stresovým faktor m, které zp sobují tzv. blokaci myšlení (hormonální p sobení na synapsi nervových vláken), ohled na styl u ení u jednotlivce nebo v pr b hu života (ší e motiva ního pásma se asem pon kud zužuje, není zdaleka lineární) apod. 17

B. Weber (1984) vytvo il tzv. model ekonomiky myšlení (Denkökonomik), se zd razn ním dvou díl ích funkcí motivace: 1) tomu, kdo se u í, umožnit otev ení informa ního kanálu, 2) tomu, kdo vyu uje, umožnit využití celé ší ky pásma tzv. informa ního filtru u ícího se vhodnou volbou cíl a obsah výuky. Dobrá motivace je tedy základním p edpokladem pro úsp šné u ení a vyu ování, tj. pro úsp šnou výuku, a jak uvádí Weber (1984) je s podivem, že to jde v tšinou i bez ní, dokonce n kdy i za stresu u ících se (ale jist ne s tak dobrou ú inností jako bez n ho). 2.2 P írodov dný experiment jako prost edek didaktické rekonstrukce V p írodov dném vzd lávání zaujímá experiment d ležité místo. Dochází však k postupným prom nám významu experiment v souvislosti s vývojem paradigmat p írodov dného vzd lávání. Fylogenetickou zm nu významu a role experiment p i výuce obsah p írodov dného vzd lávání lze vysledovat i v ontogenetických zm nách ve využívání experiment v reálném eduka ním procesu. Základní a primární funkcí experiment je v p írodov dném vzd lávání funkce ilustrativní. Využívá se p i ní p edevším reálných demonstra ních experiment provád ných u itelem, jejichž cílem je ilustrovat dané zejména fyzikální i chemické zákonitosti. Pozd ji by m li být žáci vedeni k tomu, aby tyto zákonitosti odvozovali na základ individuálních zkušeností spojených s vlastním aktivním experimentováním (Rijlaarsdam et al., 2006). Provedené výzkumy (viz nap. Yore, Bisanz, Hand, 2003) však jasn prokázaly, že samotné aktivní experimentování není p íliš efektivní, pokud není doprovázeno p íslušnými myšlenkovými aktivitami. Sou ástí experiment se stalo i aktivní sledování procesu utvá ení a geneze poznatk u ících se jedinc, by zatím spíše z výzkumného než z praktického výukového hlediska. Jelikož tato geneze se d je v ur itém sociokulturním kontextu, má experimentování v p írodov dné výuce i enkultura ní funkci. Tato funkce se projeví p edevším tehdy, jestliže je navozena komunika ní situace spojená nap. s žákovským vysv tlením pozorovaného jevu i skute nosti (jak to funguje, pro to tak je, jak to souvisí s jiným jevem, jak se to dá ovlivnit). Vysv tlováním se zvyšuje porozum ní u ícího se jedince dané ásti vzd lávacího obsahu. Tato ší eji pojatá funkce experiment se implicitn odráží i v kurikulárních dokumentech. eský Rámcový vzd lávací program pro základní vzd lávání (RVP-ZV) v souvislosti s experimenty uvádí (RVP-ZV, 2006): Zvlášt významné je, že p i studiu p írody specifickými poznávacími metodami si žáci osvojují i d ležité 18

dovednosti. Jedná se p edevším o rozvíjení dovednosti soustavn, objektivn a spolehliv pozorovat, experimentovat a m it, vytvá et a ov ovat hypotézy o podstat pozorovaných p írodních jev, analyzovat výsledky tohoto ov ování a vyvozovat z nich záv ry. Je však t eba vzít do úvahy, že vysv tlování je kvalitativn výrazn vyšší úrove než popisování (King, 1997). Vyžaduje nalezení a myšlenkové ov ení relace mezi vstupními podmínkami, pr b hem d je a kone ným výsledkem. V nalezené kauzalit se pak odráží jak teoretické konstrukty, které by si m l u ící se jedinec osvojit, tak jeho vlastní vnit ní poznatkový systém. Tím se experiment stává prost edkem didaktické znalosti obsahu a d ležitým prvkem didaktické rekonstrukce ve výuce p írodov dných vzd lávacích obsah. Pojem didaktická znalost obsahu (pedagogical content knowledge) spo ívá podle Shulmana (1987) ve schopnosti u itele transformovat své znalosti obsahu do forem, které jsou pedagogicky ú inné, a p esto p izp sobivé schopnostem žák. Didaktická znalost obsahu (bylo by možné hovo it rovn ž o didaktické interpretaci obsahu) má podle Shulmana dvojdimenzionální strukturu. Obsahuje jednak znalosti vztahující se k reprezentaci u iva a jednak porozum ní specifickým u ebním strategiím žák a jejich vnit nímu poznatkového systému. Janík (2009) uvádí ty i aspekty didaktických znalostí obsahu vycházející z výzkumného nástroje vytvo eného Lim-Teo et al. (2007) (ten je sice ur en primárn pro m ení didaktické znalosti matematického obsahu u u itel primárních škol, ale jeho platnost je možné chápat obecn ji): 1. U itelovo porozum ní strukturám u iva a jeho vazbám. 2. U itelovy znalosti spektra alternativních reprezentací pojm za ú elem jejich vysv tlení. 3. U itelova dovednost analyzovat kognitivní nároky kladené r znými typy úloh na žáka. 4. U itelovo porozum ní u ebním obtížím a žákovským miskoncepcím a dovednost s nimi pracovat. Experiment se ve výuce p írodov dných obsah vztahuje ur itým zp sobem ke každému ze zde uvedených aspekt. Bylo by nesprávné chápat experiment pouze jako jednu z alternací reprezentace pojmu. V reálné eduka ní praxi se bohužel práv takto k experiment m obvykle p istupuje. Využívá se zejména jejich motiva ní efekt a je prost ednictvím nich demonstrována ur itá zákonitost nebo ur itý jev. Didaktická efektivita takovýchto experiment je však sporná, protože experimenty nebývají spojeny s vysv tlením ze strany žák, nejsou podrobovány diskusi, žáci obvykle nedokážou exploatovat z experimentu takové informace, které by 19

p isp ly k v tšímu porozum ní u iva a k jeho zabudování do vnit ního poznatkového systému, a již procesem asimilace nebo akomodace. Tím je do zna né míry promarn n potenciál, který experiment skýtá jako komplexní prost edek didaktické znalosti obsahu. Základním východiskem modelu didaktické rekonstrukce je podle Jelemenské, Sandera a Kattmanna (2003) chápání v deckých p edstav a d tských pojetí žák jako rovnocenných zdroj pro rekonstrukci obsahové struktury tématu. To znamená, že p edem není postulovaná žádná platná obsahová struktura vyu ování. Zp sob zohled ování vztahu mezi myšlením (poznáním) žáka a v deckými pohledy vychází z konstruktivisticky orientovaných p ístup k ízení u ebních inností žák. V modelu didaktické rekonstrukce jsou chápány v decké pozice stejn tak, jako obsahy poznání, které jsou sou ástí p edstav každodenního života žák jako individuální konstrukty p íslušných jedinc nebo skupin osob. A v tomto kontextu jsou chápána i d tská pojetí žák. Nejsou považována za p edstavy mylné ve srovnání s v deckými koncepty, ale jsou hodnoceny z hlediska jejich variabilnosti v p íslušném sociokulturním kontextu. Z tohoto pohledu není možné jednoduše p ebrat obsahy jednotlivých vyu ovacích p edm t zp íslušných v dních obor (by po p íslušném zjednodušení a modelování), ale je nutné jejich znovuvytvo ení z pedagogické perspektivy, tzn., musí být didakticky rekonstruované. Didaktická rekonstrukce potom zahrnuje vytvo ení vztah z pohledu vzd lávání k souvislostem mezi koncepty p íslušného v dního oboru a pojetími vytvo enými na základ individuálních zkušeností z každodenního života žáka (blíže nap. Kapadia, Borovcnik, 1991). Mnozí auto i zejména v oblasti oborových didaktik rozlišují školní experiment (nazývaný obvykle jako pokus) a v decký experiment. O toto rozlišení se pak opírá i celá ada klasifikací školních experiment, zejména klasifikace zohled ující organiza ní formy výuky s experimenty (nap. Pachmann, Hofmann, 1981). Z hlediska u itele je možné ob entity chápat zcela odlišn. Pokud definujeme experiment jako soubor jednání a pozorování, jehož ú elem je potvrdit (verifikovat) nebo vyvrátit (falzifikovat) hypotézu nebo poznatek, které n co tvrdí o p í inných vztazích ur itých fenomén, pak školní experiment z hlediska u itele opravdu experimentem není, nebo (u iteli) neov uje žádnou hypotézu, je p edem znám jeho pr b h i výsledek. Toto své pojetí školního experimentu potom u itelé p evádí i do reálné eduka ní praxe a experiment se stává i pro žáky tím, ím je pro u itele, tedy pouhou ilustrací nebo dokladem teoretických pou ek (nanejvýš lze hovo it o tzv. kvazi- i pseudoexperimentu). Z hlediska žáka, který nezná ani pr b h ani výsledek 20

experimentu, má však i školní experiment všechny podstatné atributy experimentu v deckého (Driver, Newton, Osborne, 2000). Z hlediska Baconova filozofického pojetí jsou experimenty p i výuce pro žáky vždy experimenta lucifera (experimenty p inášející sv tlo ) (viz Bacon, 1990). Na tuto skute nost by nem li u itelé zapomínat! V rámci eduka ního procesu je proto vhodné, aby u itelé pracovali s experimenty tak, aby se pro žáky mohly stát tím, ím jsou v decké experimenty pro v decké pracovníky tedy p edevším prost edkem k aktivnímu a komplexnímu utvá ení vlastního poznání. Aby tuto úlohu mohl experiment plnit, musí se stát nástrojem didaktické rekonstrukce. Musí proto mít ur ité charakteristiky: Experiment musí být pro žáky vysv tlitelný a pochopitelný na jejich aktuální úrovni poznání a vývoje kognitivních funkcí nebo m že tuto úrove mírn p esahovat ve smyslu Vygotského zóny nejbližšího vývoje (blíže viz Vygotskij, 1971). Pokud tato podmínka spln na není, m že mít experiment motiva ní nebo ilustra ní funkci, ale nestává se prost edkem didaktické rekonstrukce. Aby mohl experiment sloužit jako prost edek didaktické rekonstrukce, musí být u itelem obvykle didakticky upraven. Ve struktu e experimentu se realita transformuje, takže žákovi mohou být cílev dom zp ístup ovány nebo zvýraz ovány pouze ur ité relevantní didakticky významné entity. Žák má na základ svých individuálních zkušeností a dosavadních poznatk jasn a jednoduše zjiš ovat informace, jež jsou z celé ady prom nných d ležité pro identifikaci ur itých souvislostí nebo zákonitostí. Provád ní experimentu a jeho jednotlivých krok je t eba provázet vždy vysv tlením. Toto vysv tlení však nemá d lat u itel, nýbrž samotní žáci prost ednictvím komunikace s vrstevníky, nap íklad v rámci skupinového i kooperativního vyu ování (King, Staffieri, Adelgais, 1998). Tento princip se shoduje s tím, co uvádí tzv. sociální konstruktivismus. Realizace experimentu vyžaduje ízení innosti žák jednak prost ednictvím provád cích pokyn, které navozují jednotlivé innosti, ale také prost ednictvím pokyn navozujících metakognici, tedy uv dom ní si vlastních myšlenkových pochod, které žáci realizují. Experiment by m l spolu s jeho popisem a vysv tlením vést k vytvá ení logických struktur organicky za le ovaných do vnit ních poznatkových systém dít te. Tím se experiment stává oporou pro zapamatování daných poznatk. Je však t eba, aby si komplexnost 21

experimentu uv domovali i samotní u itelé. A koliv je experiment samostatná a asov ohrani ená entita, je vždy sou ástí širší struktury vzd lávacího obsahu. Nelze tedy pomíjet za azení experimentu do této struktury. Z pozic radikálního individuálního konstruktivismu opírajících se o biologickou fenomenologii (Varela, Maturana, Uribe, 1974) je experiment tzv. perturbující agens. Biologická fenomenologie chápe totiž lidský mozek jako opera ní a sémanticky uzav ený systém, který není schopen z vn jšího prost edí p ijímat informace ve smyslu význam. Podn ty z vn jšího prost edí jsou vnímány pouze jako rušivé elementy, nazývané perturbace, které jsou opera n uzav ené a na n ž organismus reaguje na základ svých interních kritérií ili strukturáln deterministicky. P estože perturbace spouští v organismu ur ité zm ny, sama o sob není jejich p í inou. Mezi podn ty prost edí a reakcí na n absentuje vztah determinovanosti, p í innosti i vyplývání. Každá perturbace tak m že vyvolat u každého jedince zcela odlišnou subjektivní reakci. Jakákoliv p ijímaná informace má tedy nejvýše charakter zmi ované perturbující agens, a to ješt pouze v p ípad, je-li v bec subjektem rozpoznaná. U itel tedy musí volit takové experimenty a takový zp sob jejich provedení (v etn technických prost edk, vizualizace atd.), aby informace experimentem p inášené byli žáci v bec schopni identifikovat. (Ur itá charakteristika i veli ina zjiš ovaná nep ímo, nap. hustota, nemusí být žáky správn identifikována a tudíž pochopena a dochází pak ke vzniku miskoncepcí, kdy žáci zam ují hustotu s hmotností i viskozitou, jak uvádí Doulík (2005).) Schopnost žák identifikovat validn informace p inášené experimentem souvisí úzce i s jejich p evládajícím u ebním stylem (blíže viz nap. Škoda, Doulík, 2009) a volenými u ebními strategiemi. 2.3 Metaanalýza informa ních zdroj z oblasti p írodov dného experimentování Z hlediska cíl našeho zkoumání, jehož p edm tem jsou metodologické nástroje p írodov dného poznávání žák s podporou ICT, se dále zam íme na metaanalýzu informa ních zdroj z oblasti p írodov dného experimentování, tedy zmapování sou asného stavu didaktického využívání r zných typ experiment v etn jejich virtuálních prezentací i reprezentací (jimi se budeme zabývat hlavn v následujících kapitolách) p i výuce obsah p írodov dného vzd lávání za období posledních 10 let (rozmezí 2000 2009). Toto období bylo zvoleno z toho d vodu, že práv 22

v posledních 10 letech probíhá bou livý vývoj ICT a p edevším jejich masová implementace do škol. Lze íci, že tato implementace má globální charakter. S tím, jak se postupn rozši uje využívání ICT ve školách, se k této oblasti obrací i pozornost didaktického výzkumu. Jako relevantní informa ní zdroje pro metaanalýzu byla zvolena nejvýznamn jší sv tová odborná periodika zabývající se problematikou p írodov dného vzd lávání. Periodická literatura byla zvolena z toho d vodu, že lánky v asopisech lépe odrážejí aktuální stav poznání v dané oblasti, než je tomu u monografických knižních publikací. Pro ú ely metaanalýzy byly vybrány p ísp vky v asopisech: Early Childhood Research & Practice (vydavatel: University of Illinois), Educational Researcher (vydavatel: American Educational Research Association), Chemistry Educational Researcher and Practice (vydavatel: RSC Publishing) Research in Science Education (vydavatel: Australasian Science Education Research Association) Journal of Research in Science Teaching (vydavatel: John Wiley & Sons Inc.) Science Education (vydavatel: John Wiley & Sons Inc.) Studies in Science Education (vydavatel: Taylor & Francis Group Ltd.) International Journal of Science Education (vydavatel: Taylor & Francis Group Ltd.) Journal of Chemical Education (vydavatel: Division of Chemical Education, Inc., American Chemical Society.) Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching (vydavatel: Association for the Advancement of Computing in Education) K metaanalýze bylo vybráno celkem 231 relevantních p ísp vk z uvedených asopis za sledované období posledních 10 let (seznam citací uvedených text je možné nalézt v publikaci Bílek a kol., 2009 (s. 119 128). Byly uvažovány pouze p ísp vky, které se zabývaly didaktickým využitím r zných typ experiment ve výuce, p ípadn pedagogickým výzkumem zam eným do této oblasti. Nebyly reflektovány p ísp vky pouze popisující ur itý software nebo popisující jeho funkce bez odpovídající transformace do didaktické roviny. Dále nebyly reflektovány p ísp vky o webových stránkách využitelných p i výuce p írodov dných 23

obsah, nebo se jedná sice o podporu výuky významnou i z didaktického hlediska, nelze však pokládat tyto produkty za experimenty. Nebyly reflektovány rovn ž p ísp vky zam ené na odkazy na webové stránky obsahující návody na provád ní zejména chemických a fyzikálních experiment, nebo v naprosté v tšin p ípad op t absentovalo didaktické hledisko jejich využití p i výuce. A koliv jsou takové p ísp vky velmi cenné, nebo mohou poskytnout u itel m inspiraci pro provád ní experiment, ne íkají nic o skute ném využívání i nevyužívání t chto experiment p i výuce. Vzhledem k zam ení práce byly v jednotlivých p ísp vcích sledovány tyto aspekty: 1. V ková úrove cílové skupiny žák, p i jejichž výuce bylo v rámci p írodov dného vzd lávání používáno experiment. Byly sledovány úrovn ISCED 0, ISCED 1, ISCED 2, ISCED 3, ISCED 5 a zvláš byly vy len ny p ísp vky zam ené v souvislosti s využíváním experiment na u itele. P ibližn v polovin analyzovaných p ísp vk však nebylo možné v kovou úrove žák identifikovat. P í inou je jednak fakt, že doty né p ísp vky se netýkaly pedagogického výzkumu, ale hovo ily obecn o možnostech využití experiment v rámci p írodov dného vzd lávání a jednak jde o p ísp vky, kde se hovo ilo nap. o školní t íd, aniž bylo možné jednozna n ur it úrove ISCED. 2. Typy použitých experiment. Bylo sledováno používání reálných experiment, virtuálních experiment (po íta ových simulací experiment podrobn ji viz kap. 6.), kombinací reálného a virtuálního experimentu ve výuce, myšlenkových experiment a zvláš byly vy len ny p ísp vky zam ené na využití virtuálních vizualizací a modelování. A koliv se v tomto posledním p ípad nejedná o virtuální experimenty v pravém slova smyslu, mohou být vizualizace i modelování využity jako významná podpora experiment reálných nebo myšlenkových. 3. Obor p írodov dného vzd lávání, p i jehož výuce bylo experiment didakticky využíváno. Obory byly roz len ny na chemii, fyziku, biologii a ekologii, v dy o Zemi a p írodov du ve smyslu science, kdy se jednalo o problematiku p edpokládající integrované pojetí výuky. Toto len ní se áste n odvíjí i od v kové úrovn žák. P ísp vky zam ené na využití experimentu v integrované pojetí p írodov dného vzd lávání byly obvykle vztaženy k nižším úrovním ISCED. 24

Výsledky vyhodnocení v kové úrovn cílové skupiny žák, p i jejichž výuce bylo v rámci p írodov dného vzd lávání používáno experiment, ukazuje následující tabulka I. a obr. 3. Tab. I. Diferenciace p ísp vk podle v kové úrovn cílové skupiny Úrove Absolutní po ty Relativní po ty (%) ISCED 0 0 0,0 ISCED 1 11 9,3 ISCED 2 41 34,8 ISCED 3 47 39,8 ISCED 5 10 8,5 u itelé 9 7,6 sou ty 118 100,0 Z tabulky a obrázku vyplývá, že tém t i tvrtiny analyzovaných p ísp vk se svým zam ením vztahuje k v kové úrovni sekundárního vzd lávání. Zde je tedy spat ován nejv tší prostor pro didaktické využití experiment r zných typ. K této kategorii je možné p ipo ítat rovn ž p ísp vky zam ené na u itele, nebo ve všech 9 p ípadech se jednalo o u itele stup škol ISCED 2 a ISCED 3. P ekvapivé je, že velice málo p ísp vk se zabývá využití experiment na úrovni primárního p írodov dného vzd lávání. Tuto skute nost dokresluje i fakt, že asopis Early Childhood Research & Practice zam ený na segment preprimárního a primárního vzd lávání neuve ejnil za celé sledované období jediný lánek s relevantní tematikou. P itom práv v této dob se budují základy celého p írodov dného vzd lávání. RVP ZV stanovuje pro oblast primárního p írodov dného vzd lávání ve vztahu k experiment m mimo jiné tyto o ekávané výstupy, kdy žák: provádí jednoduché pokusy u skupiny známých látek, ur uje jejich spole né a rozdílné vlastnosti a zm í základní veli iny pomocí jednoduchých nástroj a p ístroj (1. období), založí jednoduchý pokus, naplánuje a zd vodní postup, vyhodnotí a vysv tlí výsledky pokusu (2. období). 25