výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie/ přírodovědné a ...

Univerzita Hradec Králové University of Hradec Králové

VÝZKUM, TEORIE A PRAXE V DIDAKTICE CHEMIE/

PŘÍRODOVĚDNÉ A TECHNOLOGICKÉ VZDĚLÁVÁNÍ

PRO XXI. STOLETÍ

RESEARCH, THEORY AND PRACTICE IN CHEMISTRY

DIDACTICS/ SCIENCE AND TECHNOLOGY

EDUCATION FOR THE 21ST CENTURY

Sborník příspěvků XXIII. Mezinárodní konference o výuce chemie a IX. Regionálního IOSTE symposia

pro Střední a Východní Evropu/ Proceedings of the 23rd International Conference on

Chemistry Education and 9th Regional IOSTE Symposium for Central and Eastern Europe

Hradec Králové, IX – 2014

Gaudeamus 2014

2

Editoval/Editor: Prof. PhDr. Martin BÍLEK, Ph.D.

Recenzovali/Reviewers: Prof. PhDr. Martin BÍLEK, Ph.D. Prof. RNDr. Hana ČTRNÁCTOVÁ, CSc. Prof. Dr. hab. Ryszard GMOCH, DrSc. Assoc. Prof. Dr. hab. Malgorzata NODZYŃSKA Prof. RNDr. Miroslav PROKŠA, Ph.D. Assoc. Prof. Andrej ŠORGO, Ph.D. Assoc. Prof. PaedDr. Jirí RYCHTERA, Ph.D. Prof. Dr. hab. Marek WASIELEWSKI, DrSc.

© Autoři uvedení v obsahu sborníku/The authors listed in the Table of Content Publikace neprošla jazykovou úpravou. Za obsahovou správnost odpovídají autoři příspěvků. Všechny publikace uvedené ve sborníku byly recenzovány dvěma z výše uvedených recenzentů.

Proceedings are published without language correction. Content is on the responsibility of authors of the separate articles. All accepted papers have been reviewed by two of above mentioned reviewers.

ISBN 978-80-7435-417-5

3

TABLE OF CONTENT Úvod/ Editorial ................................................................................................................. 7

Martin Bílek

I. Kurikulární aspekty výuky chemie a ostatních přírodovědných předmětů včetně přípravy učitelů / Curricular Aspects of Chemistry and other Natural Sciences Education and Teachers' Training

Aktuální aspekty pregraduální přípravy a postgraduálního vzdělávání učitelů chemie .. 11 Dana Kričfaluši

„Udržateľnosť“ všeobecného prírodovedného vzdelávania ............................................ 21 Ľubomír Held

Súčasnosť a perspektívy chemického vzdelávania na Slovensku ................................... 26 Jarmila Kmeťová

Apologie učitelského vzdělávání a jeho perspektivy v ČR ............................................. 35 Jiří Rychtera, Roman Hásek

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie ..................................................... 46 Marta Klečková, Jiří Kameníček, Jana Prášilová

Actual Problems and Perspectives of Chemical and Science Education in High and Secondary School ............................................................................................................ 52

Yuri Orlik Skąd wyszliśmy i dokąd dążymy ..................................................................................... 54

Jan Rajmund Paśko The Prioritized Directions of Additional Education in Chemistry in the Yakutsk Region .............................................................................................................................. 60

Natalia A. Nakhova The Course "Practical Didactics" and Its Role in the Solution of Training Problems of a Chemistry Teacher ........................................................................................................... 64

Evgeny Minchenkov Современные тенденции в развитии дидактики химии в подготовке учителя в современной России ................................................................................................... 71

Ольга Зорькина, Наталья Фирстова, Наталья Волкова, Александр Вернигора

Pregraduální příprava učitele primární a preprimární školy v oblasti přírodovědného vzdělávání ........................................................................................................................ 80

Alena Berčíková, Jitka Petrová Motivační aspekt pregraduálního studia učitelství chemie na KCH PřF OU v Ostravě.. 90

Marie Solárová Stačí jedna stredoškolská chémia? .................................................................................. 95

Ján Reguli Проблема формирования понятия о физико-химических константах в обучении общей химии ................................................................................................................ 103

Людмила Г. Горбунова, Полина Д. Васильева, Виктoрия С. Тугульчиева Структура учебной программы по органической химии: системный подход....... 115

Natalia Deryabina

4

Další vzdělávání učitelů chemie na ZČU v Plzni .......................................................... 126 Vladimír Sirotek

To a Question about the Possibility of Creation of Uniform Educational Standards in Chemistry (Comparison Attempt) ................................................................................. 130

Sergei Teleshov, Elena Teleshova, Martin Bilek, Mihails Gorskis, Jari Lavonen, Aarne Tõldsepp, Janis Svirksts, Algirdas Sulcius

Karboxylové kyseliny v přírodním materiálu ................................................................ 148 Michala Opatová, Simona Hybelbauerová

Destrukce aromatických nitrolátek v přítomnosti mikrovln jako demonstrační experiment ..................................................................................................................... 158

Robert Bidlo, Vlastimil Brdička, Karel Kolář Diapers around Us ......................................................................................................... 163

Alena Krejčíková, Václav Richtr Možnosti zařazení poznatků z průmyslové chemie do výuky nejen přírodovědných předmětů ........................................................................................................................ 168

Jana Prášilová, Marta Klečková, Jiří Kameníček, František Látal Dýchací řetězec - nové vzdělávací materiály pro výuku biochemie na SŠ.................... 178

Milada Teplá, Helena Klímová Téma lipidy ve výuce na gymnáziích ve vztahu k chemii potravin a výživě ................ 185

Tereza Třeštíková, Helena Klímová Posouzení nejužívanějších učebnic chemie z hlediska chemické technologie .............. 195

Markéta Vojtajová, Milan Klečka 2 astro + chemie + fyzika → astrochemie + astrofyzika ............................................... 203

Jaroslav Vyskočil, Martin Slavík, Bořivoj Jodas

II. Metodologické a historické aspekty výuky chemie a ostatních přírodovědných předmětů / Methodological and Historical Aspects of Chemistry and Other Natural Sciences Education Rozvoj přírodovědné gramotnosti žáků v úrovni preprimárního a raného primárního vzdělávání ...................................................................................................................... 214

Svatava Janoušková, Tomáš Kudrna, Václav Pumpr, Jan Maršák Обучение химии как процесс развития познавательных стратегий учащихся ..... 221

Marat Akhmetov, Elena Zorova Metóda kladenia otázok vo vyučovaní prírodovedných predmetov .............................. 231

Zuzana Haláková, Katarína Oroszová Rozvoj myslenia a poznávania v učebniciach – tretia reforma? .................................... 240

Milica Križanová, Beáta Brestenská Diagnostický potenciál chemických konceptuálnych učebných úloh ............................ 249

Miroslav Prokša The Design Principles of Cognitive Tasks in Teaching Chemistry ............................... 258

Elena V. Mirenkova Контекстные уроки как форма активизации познавательной деятельности учащихся ....................................................................................................................... 267

Marat Akhmetov

5

Je úroveň vedomostí súčasných adeptov učiteľského povolania vyššia ako stredoškolákov so zvýšeným záujmom o chémiu? ........................................................ 277

Mária Linkešová, Ivona Paveleková Природные соединения в задачах химических олимпиад и вступительных экзаменов ...................................................................................................................... 288

Оксана Рыжова Výzkum účinnosti výuky v seminářích, laboratorních cvičeních a přednáškách z analytické chemie ........................................................................................................ 299

Luděk Jančář, Irena Jančářová Praktická maturita z chemie jako všeobecně vzdělávacího předmětu ........................... 308

Petr Koloros Alchymie jako součást výchovně vzdělávacího procesu ............................................... 311

Petr Nývlt

III. ICT ve výuce chemie a ostatních přírodovědných předmětů včetně přípravy učitelů chemie / ICT in Chemistry and Other Natural Sciences Education and in Teachers' Training Sensors Supporting Science Education at Different Educational Levels from Primary School to University ...................................................................................................... 324

Małgorzata Bartoszewicz Application of Vernier System in Practical Chemistry Teaching .................................. 331

Jitka Štrofová, Milan Kraitr Využití video-pokusů a flash animací ve výuce na ZŠ .................................................. 338

Ondřej Košek Možnosti využití podcastů ve výuce chemie ................................................................. 345

Dagmar Stárková, Martin Rusek Vizualizace chemických struktur v badatelsky orientované výuce ............................... 351

Martin Slavík, Jan Grégr, Bořivoj Jodas Model učenia interaktívnym molekulovým modelovaním na ZŠ ................................. 362

Katarína Szarka, György Juhász Computerized Adaptive Testing. Theory and Practice .................................................. 374

Ryszard Gmoch Eyetracking jako metoda diagnostiky digitalizovaného obrazu z oblasti biochemie na pozadí výzkumu práce nadaných žáků .......................................................................... 379

Jana Škrabánková, Jan Veřmiřovský Vzdelávanie s podporou mobilných zariadení na Slovensku - trendy a výzvy.............. 389

Martin Šponiar, Beáta Brestenská, Katarína Javorová, Janka Cibulkova Šifrování jako netradiční způsob aktivizace žáka ve výuce chemie .............................. 395

Pavla Hanzalová, Kateřina Chroustová Tvorba webového portálu www.studiumbiochemie.cz ................................................. 404

Milada Teplá, Helena Klímová Videodatabáze pokusů pro výuku chemie na webu www.studiumchemie.cz ............... 411

Eva Vrzáčková, Petr Šmejkal

6

IV. Integrační tendence ve výuce přírodovědných předmětů a v přípravě učitelů / Integration Tendencies in Science Education and in Teachers' Training Опыт интеграции системного и контекстного подходов в общеобразовательном вузовском курсе химии ............................................................................................... 420

Viktor Davydov Ways and Conditions for the Development of the Personality of the Future Teacher-Estestvennika in the Level of Education ....................................................................... 425

Axinija E. Egorova Příprava žáků na efektivní jednání v krizových a zdraví ohrožujících situacích jako integrující přírodovědné téma ....................................................................................... 430

Iva Metelková Fotokatalýza a projektová výuka fyziky a chemie ......................................................... 439

Vladislav Navrátil, Jindřiška Svobodová

V. Ekologické a environmentální aspekty výuky přírodovědných předmětů / Ecological and Environmental Aspects of Science Education Environmentálně pojaté školní chemické experimenty ................................................. 450

Renata Šulcová, Zuzana Hegrová

VI. Badatelsky orientované přírodovědné vzdělávání/Inquiry Based Science Education Výuka chemie pomocí badatelsky orientovaného vyučování ....................................... 458

Monika Petriláková, Veronika Zámečníková Práce s malými kvanty plynů ve výzkumné činnosti studentů ...................................... 464

Václav Richtr, Markéta Svobodová, Jitka Štrofová Využití chemicky odolného teploměru v badatelsky pojaté problémové úloze ............ 473

Martin Rusek, Štěpán Gabriel, Nikola Kuželová

Seznam autorů/Author’s Index ...................................................................................... 481

7

ÚVOD XXIII. Mezinárodní konference o výuce chemie „Výzkum, teorie

a praxe v didaktice chemie“ společně s XI. Regionálním symposiem IOSTE (Mezinárodní organizace pro přírodovědné a technologické vzdělávání) pro střední a východní Evropu „Přírodovědné a technologické vzdělávání pro XXI. století“ se uskutečnily ve dnech 15. – 17. září 2014 v Hradci Králové. Obě akce uspořádalo Oddělení didaktiky chemie Katedry chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové pod záštitou děkana Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové doc. RNDr. PaedDr. Pavla Trojovského, Ph.D. a Odborné skupiny pro chemické vzdělávání České společnosti chemické při příležitosti 50. výročí založení Katedry chemie. Konference a symposium navazují na dlouhou řadu předchozích mezinárodních setkávání didaktiků, učitelů a studentů učitelství chemie a příbuzných oborů na Katedře chemie Přírodovědecké (do roku 2010 Pedagogické) fakulty Univerzity Hradec Králové. Výstupem konference a symposia jsou tři sborníky příspěvků. První dva v anglickém jazyce obsahují výzkumné studie z didaktiky chemie respektive z relevantních oborů IOSTE, třetím sborníkem je multilingvální publikace sestávající z 57 příspěvků různého zaměření a různých typů (původní výzkumně orientované práce, teoretické a odborné studie, přehledové studie, krátké informace, metodická sdělení a doporučení). Obsah třetího sborníku je rozdělen do šesti sekcí: Kurikulární aspekty výuky chemie a ostatních přírodovědných předmětů včetně přípravy učitelů, Metodologické a historické aspekty výuky chemie a ostatních přírodovědných předmětů, ICT ve výuce chemie a ostatních přírodovědných předmětů včetně přípravy učitelů chemie, Integrační tendence ve výuce přírodovědných předmětů a v přípravě učitelů, Ekologické a environmentální aspekty výuky přírodovědných předmětů a Badatelsky orientované přírodovědné vzdělávání.

Konference a symposium jsou řízeny v letošním roce mezinárodním vědeckým výborem, jehož předsedou je Prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic) a členy: Prof. Dr. Agnaldo Arroio (University of Sao Paulo, Brazil), Prof. Dr. Eng. Boris Aberšek, Ph.D. (University of Maribor, Slovenia), Prof. RNDr. Pavel Beneš, Ph.D. (Charles University, Prague, Czech Republic), Prof. Dr. Andris Broks (University of Latvia, Riga, Latvia), Prof. RNDr. Hana Čtrnáctová, Ph.D. (Charles University, Prague, Czech Republic), Assoc. Prof. Janis Gedrovics, Ph.D. (Riga Teacher Training and Educational Management Academy, Riga, Latvia), Prof. dr. hab. Ryszard Gmoch, DrSc. (University of Opole, Opole, Poland), Prof. dr. hab. Hanna Gulińska (Adam

8

Mickiewicz University, Poznan, Poland), Prof. PhDr. Ľubomír Held, Ph.D. (Trnava University in Trnava, Slovakia), Prof. dr. hab. Ryszard Maciej Janiuk (Maria Curie-Skłodowska University in Lublin, Poland), Assoc. Prof. RNDr. Jarmila Kmeťová, Ph.D. (Matej Bel University in Banská Bystrica, Slovakia), Prof. Eng. Karel Kolář, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. Dr. Andreas Kometz (Friedrich Alexander University in Erlangen-Nürnberg, Germany), Prof. Eng. Milan Kraitr, Ph.D. (University of West Bohemia in Pilsen, Czech Republic), Assoc. Prof. PaedDr. Dana Kričfaluši, Ph.D. (Universty of Ostrava, Czech Republic), Assoc. Prof. Dr. Todar Lakhvich (M. Tank State Pedagogical University, Minsk, Belarussia), Prof. Dr. Vincentas Lamanauskas, Ph.D. (University of Sialiuai, Siauliai, Lithuania), Dr. Michal Musílek (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. RNDr. Danuše Nezvalová, Ph.D. (Palacký University, Olomouc, Czech Republic), Assoc. Prof. Dr. Malgorzata Nodzyńska (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. Dr. Yuri Orlik (University UNILA, Foz do Iguacu, Brazil), Prof. dr. hab. Jan Rajmund Paśko, Ph.D. (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. Dr. Peter Pfeifer (Ruhr University in Bochum, Germany), Prof. Dr. Katarzyna Potyrala (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. RNDr. Miroslav Prokša, Ph.D. (Comenius University, Bratislava, Slovakia), Assoc. Prof. PaedDr. Jiří Rychtera, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. Dr. Katrin Sommer (Ruhr University in Bochum, Germany), Prof. dr. hab. Aleksander Sztejnberg, Ph.D. (University of Opole, Poland), Assoc. Prof. Dr. Andrej Šorgo (University of Maribor, Slovenia) and Assoc. Prof. Dr. Josef Trna, Ph.D. (Masaryk University, Brno, Czech Republic).

Všechny předkládané sborníky z konference a symposia, které obsahují více než sto příspěvků autorů ze čtrnácti zemí Evropy, Jižní Ameriky a Afriky (Česká republika, Slovensko, Polsko, Německo, Rusko, Slovinsko, Litva, Lotyšsko, Estonsko, Španělsko, Francie, Itálie, Rakousko a Brazílie), by měly doplnit řadu publikací s tématikou didaktiky chemie, ostatních přírodovědných didaktik a jejich vztahů k příbuzným disciplínám. Je proto naší milou povinností poděkovat recenzentům sborníků za podnětné připomínky k celkové koncepci textu a k jednotlivým příspěvkům. Obsahová správnost a aplikace citačních norem je plně v odpovědnosti autorů jednotlivých příspěvků včetně respektování všech autorských práv. V Hradci Králové v červenci a v srpnu 2014 Martin Bílek, editor

9

EDITORIAL The 23rd International Conference on Chemistry Education

“Research, Theory and Practice in Chemistry Didactics” together with 9th Regional Symposium IOSTE (International Organisation for Science and Technology Education) for Central and Eastern Europe “Science and Technology Education for the 21st Century“ took place on 15 – 17 September 2014 in Hradec Králové, Czech Republic. Both events were arranged by Section for Chemistry Didactics, Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Hradec Králové (UHK) under patronage of the dean of Faculty of Science University of Hradec Králové Assoc. Prof. Pavel Trojovský, Ph.D. and The Working Group Teaching of Chemistry at Czech Chemical Society in honour of 50 years of Department of Chemistry. The conference and symposium reassumes to regular international meetings of didacticians, teachers and students on chemistry didactics and related branches in Hradec Králové. The proceedings volume contents 57 articles recommended by reviewers for multilingual collection of studies different orientation and types (research oriented articles, theoretical studies, overview studies, short information or methodical recommendations). The content is divided into six sections: Curricular Aspects of Chemistry and other Natural Sciences Education and Teachers' Training, Methodological Aspects of Chemistry and Other Natural Sciences Education, Information a Communication Technology in Chemistry and Other Natural Sciences Education and in Teachers' Training, Integration Tendencies in Science Education and in Teachers' Training, Ecological and Environmental Aspects of Science Education and Inquiry Based Science Education.

The conference was coordinated at present by international scientific committee with chairman Prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic) and members: Prof. Dr. Agnaldo Arroio (University of Sao Paulo, Brazil), Prof. Dr. Eng. Boris Aberšek, Ph.D. (University of Maribor, Slovenia), Prof. RNDr. Pavel Beneš, Ph.D. (Charles University, Prague, Czech Republic), Prof. Dr. Andris Broks (University of Latvia, Riga, Latvia), Prof. RNDr. Hana Čtrnáctová, Ph.D. (Charles University, Prague, Czech Republic), Assoc. Prof. Janis Gedrovics, Ph.D. (Riga Teacher Training and Educational Management Academy, Riga, Latvia), Prof. dr. hab. Ryszard Gmoch, DrSc. (University of Opole, Opole, Poland), Prof. dr. hab. Hanna Gulińska (Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland), Prof. PhDr. Ľubomír Held, Ph.D. (Trnava University in Trnava, Slovakia), Prof. dr. hab. Ryszard Maciej

10

Janiuk (Maria Curie-Skłodowska University in Lublin, Poland), Assoc. Prof. RNDr. Jarmila Kmeťová, Ph.D. (Matej Bel University in Banská Bystrica, Slovakia), Prof. Eng. Karel Kolář, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. Dr. Andreas Kometz (Friedrich Alexander University in Erlangen-Nürnberg, Germany), Prof. Eng. Milan Kraitr, Ph.D. (University of West Bohemia in Pilsen, Czech Republic), Assoc. Prof. PaedDr. Dana Kričfaluši, Ph.D. (Universty of Ostrava, Czech Republic), Assoc. Prof. Dr. Todar Lakhvich (M. Tank State Pedagogical University, Minsk, Belarussia), Prof. Dr. Vincentas Lamanauskas, Ph.D. (University of Sialiuai, Siauliai, Lithuania), Dr. Michal Musílek (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. RNDr. Danuše Nezvalová, Ph.D. (Palacký University, Olomouc, Czech Republic), Assoc. Prof. Dr. Malgorzata Nodzyńska (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. Dr. Yuri Orlik (University UNILA, Foz do Iguacu, Brazil), Prof. dr. hab. Jan Rajmund Paśko, Ph.D. (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. Dr. Peter Pfeifer (Ruhr University in Bochum, Germany), Prof. Dr. Katarzyna Potyrala (Pedagogical University of Kraków, Poland), Prof. RNDr. Miroslav Prokša, Ph.D. (Comenius University, Bratislava, Slovakia), Assoc. Prof. PaedDr. Jiří Rychtera, Ph.D. (University of Hradec Králové, Czech Republic), Prof. Dr. Katrin Sommer (Ruhr University in Bochum, Germany), Prof. dr. hab. Aleksander Sztejnberg, Ph.D. (University of Opole, Poland), Assoc. Prof. Dr. Andrej Šorgo (University of Maribor, Slovenia) and Assoc. Prof. Dr. Josef Trna (Masaryk University, Brno, Czech Republic).

Submitted conference and symposium proceedings should complete publications concerned the chemistry and other natural sciences didactics. We would like thanks to reviewers of the proceedings for conceptual notices and revisions. The content and application of citation norms are on the responsibility of authors of the separate articles.

Hradec Králové, in July and August 2014 Martin Bílek, Editor

11

AKTUÁLNÍ ASPEKTY PREGRADUÁLNÍ PŘÍPRAVY A POSTGRADUÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ

CHEMIE

Dana Kričfaluši Přírodovědecká fakulta, Ostravská univerzita v Ostravě, Česká republika

[email protected]

Abstrakt Příspěvek analyzuje současnou situaci ve vzdělávání učitelů v České republice. Komentuje přístupy ke koncepci pregraduálního i postgraduálního vzdělávání učitelů, uvádí vybrané okruhy nové Strategie vzdělávací politiky České republiky do roku 2020. Některé aspekty pak konkretizuje na příkladech pracoviště autorky, tj. Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity v Ostravě.

Klíčová slova Pregraduální příprava učitelů. Postgraduální vzdělávání učitelů. Strategie vzdělávací politiky v České republice do roku 2020.

The Topical Aspects in the Undergraduate Preparation and in the Postgraduate Education of the Teachers of the Chemistry

Abstract In the article we are presenting conception of the undergraduate preparation and the postgraduate education of teachers in Czech Republic. We introduce the representative problems of new strategy of educational policy to 2020. Some aspects are illustration with application of Faculty of Science of University of Ostrava.

Keywords Undergraduate preparation of teachers. Postgraduate education of teachers. Strategy of educational policy to 2020.

ÚVOD

Pregraduální příprava učitelů je stále diskutovanou oblastí nejen v rámci vzdělávacích zařízení, ale je to časté téma diskusí v nejširší společnosti. Obecně se očekává zvýšení úrovně učitelského studia

12

a diskuse na toto téma nabývá na intenzitě vždy po zveřejnění určitých výstupů kontroly výsledků ve vzdělávací oblasti (výsledky maturit, mezinárodní srovnávací výzkumy školního vzdělávání, atd.).

Příspěvek analyzuje současnou situaci ve vzdělávání učitelů v České republice. Komentuje přístupy ke koncepci pregraduálního i postgraduálního vzdělávání učitelů. Některé aspekty pak konkretizuje na příkladech pracoviště autorky, tj. Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity v Ostravě (dále jen „PřF OU“).

ZÁKLADNÍ OBLASTI PREGRADUÁLNÍ PŘÍPRAVY UČITELŮ

Obsah pregraduální přípravy učitelů je v podstatě soustředěn do dvou základních oblastí:

a) oblast posilující jejich odbornou přípravu, b) oblast posilující jejich pedagogicko-psychologickou přípravu.

Obě oblasti je však nutno efektivně a cílevědomě propojovat, neboť

obsah jednotlivých disciplín na jedné straně a schopnost učitelů systematicky a srozumitelně prezentovat učivo na straně druhé klade na učitele velké odborné i didaktické nároky. Role učitele je v současné době mnohem komplikovanější než v minulosti, na učitele jsou kladeny nesrovnatelně vyšší nároky ve smyslu odpovědnosti za výběr a interpretaci předávaných vědomostí, za výběr adekvátních metod a forem práce pro konkrétní žáky, resp. studenty.

AKTUÁLNÍ PŘÍSTUPY K PREGRADUÁLNÍ PŘÍPRAVĚ UČITELŮ V ČESKÉ REPUBLICE

Pregraduální příprava učitelů (tedy nejen učitelů chemie) se realizuje v České republice (dále jen „ČR“) na řadě vysokých škol, přičemž způsob jejich přípravy se na jednotlivých pracovištích liší. Odlišnosti jsou v několika úrovních – minimálně ve struktuře a obsahu pregraduální přípravy.

Na vysokých školách v ČR jsou učitelé připravováni zpravidla formou 2-stupňového studia, tj. bakalářské a navazující magisterské studium. Ale zatímco na některých vysokých školách je už bakalářské studium zaměřeno na vzdělávání, čemuž odpovídá i obsah studia (především v rámci povinných předmětů), jinde je bakalářské studium všeobecné a studenti se profilují pro učitelské vzdělávání především volbou povinně volitelných

13

předmětů, resp. volbou příslušného modulu zaměřeného na oblast pedagogicko-psychologickou.

MŠMT dosud neformulovalo stěžejní požadavky na pregraduální přípravu učitelů. Velké naděje se vkládaly do projektu „Standardy kvality učitelské profese“, tento projekt však v roce 2009 skončil. Protože dosud chybí profesní standardy, vychází příslušná pracovní skupina Akreditační komise (dále jen „AK“) při posuzování žádostí o akreditaci oborů učitelského vzdělávání především z rámcové koncepce (Koncepce pregraduální přípravy učitelů základních a středních škol, 2004), v níž jsou obsaženy minimální požadavky na základní složky učitelské přípravy. Koncem tohoto roku má být AK předložen model pregraduální přípravy učitelů na nepedagogických fakultách, jehož základní východiska jsou následující (Zápis č. 03–14 ze zasedání Akreditační komise, 2014):

1. Základním modelem, nejlépe vyhovujícím požadavkům na přípravu učitelů, je model průběžný, kdy se zaměření studia na učitelství objevuje už i v bakalářské části studia; konsekutivní model, kde je učitelská příprava soustředěna jen v navazujícím magisterském studiu, vede k redukované podobě učitelské přípravy a neumožňuje přiměřenou kontinuitu přípravy oborové.

2. Základem kvalitního učitelského vzdělávání je oborová didaktika; AK očekává, že oborová didaktika bude těsně provázána s oborovou, oborově učitelskou i pedagogicko-psychologickou přípravou a bude kvalitně personálně garantována.

3. Posílení reflektované praxe je možné dosáhnout vymezením určitého prostoru v rámci povinně volitelných předmětů; praxi zaměřenou na orientaci v profesi je vhodné zařadit už v bakalářské části studia.

4. Obsahovou přetíženost studijních modulů směřujících k učitelství lze řešit i větší integrovaností vzdělávacích obsahů (nepominutelné obsahy nemusí být prezentovány v rámci tradičních konstituujících disciplín, mohou být integrovány do předmětů specificky vytvářených pro učitele – např. školní pedagogika apod.)

5. AK podporuje aktivity směřující k vymezení očekávaného standardu absolventa a k upřesnění profesního vzdělávání v kariérním systému učitele tak, aby bylo zřejmé, které dovednosti si absolvent musí osvojit v pregraduálním vzdělávání (a kde se počítá s dalším vzděláváním po nástupu do profese).

6. AK upozorňuje, že v rámci navrženého modelu přípravy učitelů pro střední školy není možné tematicky a časově obsáhnout specifika přípravy učitele základní školy, a proto považuje za nezbytné model

14

omezit na přípravu středoškolských učitelů; v případě ambice nabízet učitelství pro základní školy musí být model patřičně obsahově a časově rozšířen, včetně zařazení dostatečné praxe na tomto stupni školy.

Jistě oprávněně je velký důraz v rámci pregraduální přípravy učitelů kladen na oborové didaktiky. Specificky se jim věnuje i stálá pracovní skupina AK pro oborové didaktiky, jejíž ustavení vzešlo z potřeby AK soustředit se v učitelských studijních oborech na oborové didaktiky jako hlavní profesní disciplíny (Stálá pracovní skupina pro oborové didaktiky, 2013). Nejen dle jejího názoru kvalitu studijního učitelského oboru nelze odvozovat pouze od kvality výuky v jednotlivých vzdělávacích oborech nebo jen od kvality pedagogických a psychologických disciplín, byť obojí tvoří jeho integrální součást. Jde o nezbytné předpoklady pro vytváření oborových didaktik jako svébytných vědních disciplín, neboť teprve jejich prostřednictvím lze zajistit kvalitní profesní přípravu učitele. V úvodní informaci k ustavení této pracovní skupiny je rovněž zdůrazněn jeden z problémů: v českém školství nebyly oborové didaktiky po dlouhou dobu systematicky pěstovány, a tak se jim nedařilo konstituovat se jako samostatné vědní disciplíny na úrovni srovnatelné se standardem evropských zemí. AK v posledním období podporovala vznik pracovišť doktorských studií v oborových didaktikách, protože si uvědomovala prohlubující se problém kvality učitelské přípravy. AK ve své snaze usilovat o udržení a zvyšování kvality učitelských programů zahájila hodnocení doktorských studijních oborů v oblasti didaktik přírodovědných oborů a matematiky – v závěrečné zprávě je zdůrazněn jeden z hlavních cílů rozvoje doktorských studijních programů v oblasti oborových didaktik: rozvoj oborově didaktického výzkumu a zkvalitňování a proměna výuky oborových didaktik na fakultách připravujících učitele (Zpráva Akreditační komise o hodnocení doktorských studijních programů z oblasti oborových didaktik přírodních věd, 2010).

Co se týká obsahu studia (tedy především studijních plánů): není jistě pochyb, že jednotlivá pracoviště k přípravě budoucích učitelů přistupují zodpovědně, že sestavují studijní plány tak, aby co nejlépe naplnily představu o profilu absolventa učitelství. Nicméně – vždy bude záležet na konkrétním personálním zajištění pracoviště, na zaměření a aktivitách vyučujících (především vyučujících didaktických předmětů). Je nesporné, že studenti jsou v rámci povinně-volitelných a výběrových předmětů vzděláváni především v tématech, které jsou oblastí zájmu jednotlivých vyučujících – což samozřejmě vůbec nemusí být na škodu.

15

Hodně se hovoří o nutnosti nových přístupů ve vzdělávání, na něž by měl obsah pregraduální přípravy učitelů odpovídajícím způsobem reagovat. Je zřejmé, že se mění akcent na jednotlivé kompetence budoucího učitele.

Mezi klíčové kompetence učitele bude stále patřit kompetence oborově didaktická. Kompetence oborově didaktická podporuje také tvůrčí kompetenci, která nebývá obvykle charakterizována jako samostatná pedagogická kompetence, i když se tvořivost považuje za jeden z atributů učitelovy činnosti (Škrabánková, 2008).

Lze očekávat, že do popředí bude stále více vystupovat kompetence psychodidaktická (zahrnující mimo jiné podporu dovednosti studenta pracovat s učivem a dovednosti podněcovat žákovo myšlení a učení při osvojování kurikula), kompetence sociálně komunikativní (založená spíše na utváření a rozvíjení pedagogické kondice studenta jednat v pedagogických situacích, než na výcviku komunikativních dovedností) a kompetence metodologická, resp. výzkumná (Švec, 2010).

Nelze opomenout ani roli učitelů ve vztahu k novým vzdělávacím technologiím – souhrnné a aktuální informace k této oblasti lze získat např. z článku Vzdělávací technologie 21. století (Brdička, 2013), který obsahuje nejen odkazy na související literaturu a další informační zdroje, ale i videozáznamy k jednotlivým tématům (např. Didaktické aspekty současného vývoje technologií, Digitální proměna školy, Budoucnost vzdělávacích technologií aj.).

A samozřejmě nelze opomenout otázky finanční podpory státu v oblasti učitelského vzdělávání. Je snad již bez diskusí představa, že učitel je vysokoškolsky vzdělaný absolvent minimálně magisterského stupně vzdělávání. Jak však s touhle podmínkou nakládat v době, kdy Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy každoročně snižuje počet financovaných studentů v magisterských oborech? Nehledě na skutečnost, že financovaný počet studentů se stanovuje i vzhledem na parametr „kvality a výkonu“ definovaný pro magisterské studijní programy (Úplné znění pravidel pro poskytování příspěvku a dotací veřejným vysokým školám, 2014), který nejvyšší vahou zohledňuje započítané body RIV (Rejstřík informací o výsledcích) podle platné metodiky (Metodika hodnocení výsledků výzkumných organizací a hodnocení výsledků ukončených programů, 2013), která vysokými body hodnotí především články v impaktovaných časopisech, což jistě není nejsilnější parketa publikačních aktivit pracovníků v oblasti vzdělávání.

16

AKTUÁLNÍ PŘÍSTUPY K POSTGRADUÁLNÍMU VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ

Ani postgraduální vzdělávání učitelů v ČR není systémově podpořeno žádným celorepublikovým dokumentem. Kariérní řád, který má zvýšit prestiž učitelského povolání a ocenit dobré učitele, stále není schválen a reakce na jeho připravované znění nejsou vůbec jednoznačné (Záznam kulatého stolu: Připravovaný kariérní řád vyvolává rozporuplné reakce, 2014).

Lze tedy jenom ocenit aktivity pracovišť, která realizují různé formy dalšího vzdělávání učitelů. Je nesporné, že právě konference a semináře jsou dobrým zdrojem inspirací pro realizaci těchto aktivit.

BUDOUCNOST VE VZDĚLÁVÁNÍ – „STRATEGIE VZDĚLÁVÁNÍ 2020“

Je zřejmé a pochopitelné, že koncepcemi vzdělávání se zabývá řada zemí. Vždyť to, jak budou stanoveny cíle vzdělávání a jak se je bude dařit naplňovat, ovlivní dlouhodobě rozvoj jednotlivých zemí.

Vládou ČR byla v červnu 2014 projednána a schválena strategie s pracovním názvem Strategie 2020 (Strategie vzdělávací politiky České republiky do roku 2020, 2014). Její obsah vychází ze tří základních priorit:

- snižovat nerovnosti ve vzdělávání, - podporovat kvalitní výuku a učitele jako její klíčový předpoklad, - odpovědně a efektivně řídit vzdělávací systém. V dokumentu je samozřejmě zmíněna i role učitelů ve vzdělávacím

procesu, jejich pregraduální příprava i postgraduální vzdělávání. Uveďme alespoň několik stěžejních myšlenek z tohoto materiálu:

a) Společnou charakteristikou vzdělávacích systémů obecně považo-vaných za úspěšné je významná pozornost věnovaná výběru, po-čáteční přípravě a průběžné profesní podpoře učitelů.

b) Kvalitní a respektovaní pedagogové jsou stěžejním předpokladem pro úspěch žáků a studentů, přičemž se v souvislostí s řadou studií zdůrazňuje, že vedle kvality učitele je také jeho prestiž a postavení ve společnosti tím, co určuje a formuje jeho vliv na žáky a studenty a na jejich výsledky.

c) Jako zásadní problémy českého vzdělávacího systému v oblasti učitelů jsou uvedeny nízká atraktivita učitelské profese v regionál-ním školství, zapříčiněná nejen poměrně nízkými průměrnými platy

17

(a to nejen v mezinárodním kontextu, ale i ve srovnání s průměrem vysokoškolsky vzdělané populace v ČR), ale i omezené možnosti kariérního postupu a rozšířené přesvědčení, že profese nenabízí dostatečné příležitosti k seberealizaci a odpovídající společenské uznání.

d) Klíčovým aktérům ve vzdělávání se dosud nepodařilo dospět ke sdílené představě o tom, jakou roli by učitelé v dynamicky se proměňujícím světě vzdělávání měli plnit. Právě těmito faktory je pravděpodobně urychlována řada znepokojivých trendů, které lze v posledních letech v souvislosti s profesní skupinou učitelů spojit – je to především stárnutí a prohlubující se genderová nevyváženost učitelských sborů.

Strategie 2020 vychází z předpokladu, že pro zlepšování učení a každodenních výukových a řídicích praktik ve škole je třeba moder-nizovat počáteční přípravu učitelů a zároveň významně přispět k sou-stavnému zlepšování jejich pedagogických dovedností a k dalšímu profesnímu rozvoji v průběhu kariéry.

Zkušenosti úspěšných vzdělávacích systémů navíc ukazují, že je potřeba též otevřeně formulovat představu o tom, jaké základní parametry má naplňovat kvalitní škola, resp. jakým způsobem lze docílit průběžného zlepšování výuky. Kvalitní vzdělávání přitom předpokládá také průběžnou modernizaci vzdělávacích zdrojů a vzdělávací infrastruktury, v níž stále významnější místo získávají informační a komunikační technologie. Možnosti jejich těsnější integrace do výuky vytváří vynikající příležitosti nejen pro podporu efektivních procesů učení postavených na principu individualizace v rámci školního vzdělávání, ale také základ pro celo-životní učení a život ve společnosti, která bude dalším rozvojem digitálních technologií zásadně ovlivňována.

Strategie 2020 je zaměřena na lepší vyvážení teoretické a praktické části přípravy v rámci počátečního vzdělávání a na posilování podpůrných mechanismů ze strany státu a zřizovatelů, ale i na kultivaci profesních vazeb mezi učiteli samotnými. Cílem je nejen modernizovat přípravu učitelů na vysokých školách, ale přispět také k soustavnému zlepšování jejich pedagogických dovedností a dalšímu profesnímu rozvoji v průběhu jejich kariéry.

Vzhledem ke krátkosti času, který uplynul od prezentace uvedené strategie, nejsou k dispozici zásadní reakce – v této souvislosti je zajímavý např. článek srovnávající Strategii 2020 s koncepcí školství v Britské

18

Kolumbii, tj. zemi, jejíž výsledky v mezinárodních porovnáních jsou velmi dobré a vykazují rostoucí úroveň (Brdička, 2014).

PREGRADUÁLNÍ PŘÍPRAVA A POSTGRADUÁLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ CHEMIE NA PŘF OU

Na PřF OU je pregraduální příprava učitelů (a tedy i učitelů chemie) realizována formou dvoustupňového studia s tím, že bakalářský stupeň není prioritně zaměřen na vzdělávání, ale studenti uvažující o budoucí profesi učitele si mohou zvolit z bloku povinně volitelných předmětů takové, které jsou určeny právě pro oblast vzdělávání. Tyto předměty jsou naprosto shodné s povinnými předměty u oborů zaměřených na vzdělávání realizovaných na Pedagogické fakultě Ostravské univerzity (dále jen „PdF OU“). Do navazujících magisterských oborů učitelství jsou pak absolventi bakalářských oborů přijímáni na základě úspěšně složených přijímacích zkoušek, jejichž nedílnou součástí je i přijímací zkouška z pedagogiky a psychologie. Analogická koncepce struktury studijních plánů oborů na PřF OU a Filosofické fakultě Ostravské univerzity umožňuje realizaci mezifakultních kombinací s využitím učitelských oborů všech tří fakult, což je jednou ze silných stránek Ostravské univerzity v oblasti pregraduální přípravy učitelů. Tzv. společný základ učitelského vzdělávání v oblasti pedagogicko-psychologických předmětů zajišťují pracovníci PdF OU, na dobré úrovni je spolupráce obecných a oborových didaktiků.

Obsah studia v povinných předmětech navazujícího magisterského stupně rámcově odpovídá studijním plánům na ostatních fakultách připra-vujících učitele, aktuální trendy ve vzdělávání promítáme především do oblasti povinně volitelných a výběrových předmětů (např. Možnosti mo-dernizace výuky chemie, Internet a výuka chemie, Možnosti posilování klíčových kompetencí, Motivační prvky ve výuce chemie, Mediální vý-chova ve výuce chemie, aj.).

Zastoupení studentů učitelství v navazujících magisterských oborech na PřF OU se dlouhodobě pohybuje kolem 20 %, nicméně na základě dlouhodobých statistik je potěšující skutečnost, že propadovost v těchto náročných oborech je téměř nulová – jinak řečeno: pokud si studenti zvolí navazující magisterský obor učitelství a úspěšně absolvují přijímací zkoušky, dosahují ve studiu velmi dobrých výsledků. A co je rovněž pozitivní – právě tito studenti se velmi aktivně zapojují především do popularizačních aktivit pro všechny věkové skupiny.

19

Postgraduální vzdělávání učitelů chemie je realizováno řadou kurzů v rámci celoživotního vzdělávání – jejich nabídka byla zajišťována v po-sledních několika letech převážně v rámci projektů operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

ZÁVĚR

Jednou z příčin problémů ve vzdělávání v České republice je ne-existence jasné koncepce vzdělávací politiky. Předložená Strategie vzdělávací politiky ČR do roku 2020 je další v řadě koncepcí, která má problémy odstranit. Problémem všech stávajících koncepcí však nebyla jejich reálnost, ale realizovatelnost. Všechny koncepce však zdůrazňují důležitost učitele ve vzdělávacím procesu – učitele dobře připraveného, který má kvalitní podmínky pro svou práci i pro svůj další rozvoj.

A nejen proto zcela souhlasím s následujícími atributy kvalitního vzdě-lávání (Strategie 2020, aneb jedna za 18, druhá bez dvou za 20?, 2014):

- Vzdělání je prioritou – nikoli pouze deklarovanou – systémově je tedy nutné vyřešit podfinancování školství – systémově neznamená ESF/OPVK, …

- Je třeba do centra vzdělávání vrátit schopného, vzdělaného a mo-tivovaného učitele – zajistit, aby školství bylo přitažlivé pro nej-schopnější absolventy, zajistit možnosti profesního rozvoje apod.

- Také je třeba vytvořit učiteli podmínky pro efektivní vzdělávání v rámci heterogenního vzdělávacího prostředí.

LITERATURA A OSTATNÍ ZDROJE

Brdička, B. 2013. Vzdělávací technologie 21. století – závěrečná zpráva o kurzu. [online]. Dostupné z <http://spomocnik.rvp.cz/clanek/17233/VZDELAVACI-TECHNOLOGIE-21-STOLETI-–-ZAVERECNA-ZPRAVA-O-KURZU.html> [cit. 5.7.2014].

Brdička, B. 2014. Koncepce školství v rychle se měnícím světě podle Britské Kolumbie. [online]. Dostupné z <http://spomocnik.rvp.cz/clanek/18921/KONCEPCE-SKOLSTVI-V-RYCHLE-SE-MENICIM-SVETE-PODLE-BRITSKE-KOLUMBIE.html > [cit. 5.7.2014].

Koncepce pregraduální přípravy učitelů základních a středních škol, 2004. [online]. Dostupné z <http://aplikace.msmt.cz/AK/koncepce1.htm?highlightWords=koncepce+pregradu%25C3%25A1ln%25C3%25AD> [cit. 5.7.2014].

http://spomocnik.rvp.cz/clanek/17233/VZDELAVACI-TECHNOLOGIE-21-STOLETI-–-ZAVERECNA-ZPRAVA-O-KURZU.html

http://spomocnik.rvp.cz/clanek/17233/VZDELAVACI-TECHNOLOGIE-21-STOLETI-–-ZAVERECNA-ZPRAVA-O-KURZU.html

20

Metodika hodnocení výsledků výzkumných organizací a hodnocení výsledků ukončených programů, 2013. [online]. Dostupné z <http://www.vyzkum.cz/storage/att/373C18E8F5E1311F5B8AF2BD17FAB115/M2013_v95.pdf> [cit. 5.7.2014].

Stálá pracovní skupina pro oborové didaktiky, 2013. [online]. Dostupné z <http://www.akreditacnikomise.cz/cs/oborove-didaktiky/278-stala-pracovni-skupina-ak-pro-oborove-didaktiky.html> [cit. 5.7.2014].

Strategie vzdělávací politiky České republiky do roku 2020, 2014. [online]. Dostupné z <https://8e6083c5e5b47fbfcf90c1b6bab6fa03dfd2cc1a.googledrive.com/host/0B3x8X77RaMBPdGxkNEc0SHZBc00/CS/Strategie%202020%20-%20PV.docx.pdf> [cit. 5.7.2014].

Strategie 2020, aneb jedna za 18, druhá bez dvou za 20?, 2014. [online]. Dostupné z <http://ceskomluvi.cz/strategie-2020-aneb-jedna-za-18-druha-bez-dvou-za-20/> [cit. 5.7.2014].

Škrabánková, J. 2008. Aktuální trendy v pregraduální přípravě učitelů základních a středních škol. Brno : Masarykova univerzita.

Švec, V. 2010. Příprava budoucích učitelů na kurikulární proměny ZŠ. [online]. Dostupné z <http://www.utb.cz/file/18648_1_1/download> [cit. 5.7.2014].

Úplné znění pravidel pro poskytování příspěvku a dotací veřejným vysokým školám, 2014 [online]. Dostupné z < http://www.msmt.cz/vzdelavani/vysoke-skolstvi/uplne-zneni-pravidel-pro-poskytovani-prispevku-a-dotaci > [cit. 5.7.2014].

Zápis č. 03–14 ze zasedání Akreditační komise 16. – 18. června 2014, Doksy, 2014. [online]. Dostupné z <http://www.akreditacnikomise.cz/attachments/article/515/zapis_ak_03_2014.pdf> [cit. 5.7.2014].

Záznam kulatého stolu: Připravovaný kariérní řád vyvolává rozporuplné reakce, 2014. [online]. Dostupné z www <http://www.eduin.cz/clanky/zaznam-kulateho-stolu-pripravovany-karierni-rad-vyvolava-rozporuplne-reakce/?gclid=COXc_cn1wb8CFSoOwwod4B8ATg/> [cit. 5.7.2014].

Zpráva Akreditační komise o hodnocení doktorských studijních programů z oblasti oborových didaktik přírodních věd, 2010. [online]. Dostupné z <http://www.akreditacnikomise.cz/attachments/231_hodnoceni_dsp_didaktiky_2010.pdf> [cit. 5.7.2014].

https://8e6083c5e5b47fbfcf90c1b6bab6fa03dfd2cc1a.googledrive.com/host/0B3x8X77RaMBPdGxkNEc0SHZBc00/CS/Strategie%202020%20-%20PV.docx.pdf

https://8e6083c5e5b47fbfcf90c1b6bab6fa03dfd2cc1a.googledrive.com/host/0B3x8X77RaMBPdGxkNEc0SHZBc00/CS/Strategie%202020%20-%20PV.docx.pdf

http://www.utb.cz/file/18648_1_1/download

21

„UDRŽATEĽNOSŤ“ VŠEOBECNÉHO PRÍRODOVEDNÉHO VZDELÁVANIA

Ľubomír Held Pedagogická fakulta, Trnavská univerzita, Trnava, Slovakia

[email protected]

Abstrakt Súčasný stav prírodovedného vzdelávania núti učiteľov, didaktikov i politikov zamýšľať sa nad jeho stavom a perspektívami. Vznikajú inovácie, v ktorých sa ťažko orientuje. Príspevok analyzuje induktívno-deduktívnu dimenziu prírodovedného vzdelávania ako nástroj posudzovania rozličných prístupov ku konštrukcii a realizácii obsahu prírodovedných predmetov, ako aj zladenia jeho protichodných alebo komplemen-tárnych stránok. Kľúčové slová Induktívne a deduktívne vzdelávanie, udržateľnosť prírodovedného vzdelávania, induktívno-deduktívna dimenzia vzdelávania

“Sustainability” of Science Education

Abstract The current situation in science education compels teachers, experts in theory of education and politicians to think about its state and prospects. It is difficult to navigate in number of arising innovations in the field. The article analyses inductive-deductive dimension of science education. This dimension is used as a tool to assess different approaches to the construction and implementation of science content as well as to reconcile its contradicting or complementary parts.

Keywords Inductive and deductive instruction, sustainable science education, inductive-deductive dimension of education.

ÚVOD

Odborové didaktiky ako súčasť pedagogických vied sú paradigmatické disciplíny, čo v praxi znamená, že v reálnom čase pôsobenia žijúcich učiteľov a didaktikov možno len ťažko posúdiť, ktorý zo staronových alebo

22

novo vzniknutých alternatívnych prístupov, obsahov, metód, a ďalších modifikácií vzdelávania sa presadí ako dominantný, prinášajúci úžitok v budúcnosti. Vznikajú inovácie, v ktorých sa ťažko orientuje. Pritom na vzdelávacích reformách, perspektívnych kurikulách modernizačných po-stupoch a moderných pomôckach treba pracovať s takouto perspektívou. Súčasný stav prírodovedného vzdelávania núti učiteľov, didaktikov i po-litikov zamýšľať sa nad jeho stavom a budúcnosťou.

V nadväznosti na práce nášho pracoviska (Žoldošová 2010, Held et al. 2011, Orolínová – Kotuľáková 2014) chceme na tomto mieste referovať o monografickej práci, ktorá vyšla nedávno (Held 2014). V nej sa zaoberáme niektorými charakteristikami prírodovedného vzdelávania, ktoré majú potenciál rozhodujúcej dimenzie, v rámci ktorej možno v záujme hľadania perspektívneho riešenia porovnať i veľmi odlišné programy prírodovedného vzdelávania. Analyzujeme korene, pozitívne príklady a perspektívy induktívneho vzdelávania ako protikladu deduktívneho vzde-lávania, ako aj príčiny dominancie deduktívneho vzdelávania v súčasnosti. Kladieme si za cieľ zdokumentovať zreteľné etapy vzdelávania, v ktorých sa jeden z označených prístupov presadil na úkor druhého a predurčil tak trajektórie prírodovedného vzdelávania na dlhšie obdobie. Zaujíma nás najmä induktívno-deduktívna dimenzia obsahu prírodovedného vzdelá-vania, resp. jej vedomé či skryté presadenie sa pri konštrukcii obsahov prírodovedného vzdelávania. Do nedávnej doby sme termín induktívne vzdelávanie nepoužívali. Snažili sme sa to, čo teraz vnímame ako induk-tívne vzdelávanie, induktívny prístup, nazývať „prirodzeným postupom“. Zdalo sa nám to celkom postačujúce pre vyjadrenie protikladov, ktoré sme videli z hľadiska konštruktivistických pozícií v praxi dominujúcom transmisívnom prístupe.

Podobné „videnie“ problémov vo vzdelávaní je možno pozorovať okrem prírodných vied napríklad aj v matematickom vzdelávaní. Je to odklon od teórie množín vedúci k prirodzenejšej genéze matematických pojmov. Taktiež v jazykovom a literárnom vzdelávaní vnímame nami sledovaný problém ako odklon od sprostredkúvania jazykových a lite-rárnych pravidiel prostredníctvom lingvistického a literárnovedného štrukturalizmu k prirodzenejšej vzdelávacej situácii v neoddeliteľnej väzbe na výkon reči.

Pohyby vidíme aj v cudzojazyčnom vzdelávaní. Tradícia cudzojazyč-ného vzdelávania u nás možno súvisí s výučbou klasických jazykov a nápadne sa jej podobala. Zvládnuť štruktúru latinského neživého jazyka však malo iný cieľ, než komunikovať v latinčine. Predpokladalo sa, že

23

jazykové štruktúry sú vzormi logiky a logického myslenia, „odtláčajú“ sa do mozgov detí a v konečnom dôsledku majú formujúci účinok a zmysel. Modernizačné snahy vo výučbe cudzích jazykov však čerpajú z pri-rodzenejších situácií, z vysokej efektivity osvojovania materinského jazyka v dôsledku veľmi prirodzenej potreby komunikácie medzi dieťaťom a okolitým svetom. V cudzojazyčnom vzdelávaní sa teda presadzujú koncepcie, ktoré sú spojené s komunikačným procesom ako najprirodze-nejším východiskom jazykového vzdelávania.

Pri porovnávaní uvedených situácií v pomerne odlišných oblastiach vzdelávania vidíme podobné črty: odklon od prezentácie hotových štruktúr, ktorých poznanie malo veľmi rýchlo a teda aj efektívne zabezpečiť súlad s príslušnými matematickými, vedeckými, či lingvistickými poznatkami so zámerom jeho efektívneho nasadenia v praxi. Príklon sledujeme smerom k prirodzenejším vzdelávacím situáciám, kde pravidlá nie sú východiskom vzdelávania ale jeho konečným produktom.

Napriek tomu, že jednotlivé oblasti vzdelávania (prírodovedné, mate-matické, jazykové a cudzojazyčné) vychádzajú z rozličných východísk, teórií a opisov, predsa len majú mnoho spoločného. Aby sme toto spoločné pozadie mohli vyjadriť, pokúšame sa vyjadrovať pomocou iduktívno-deduktívnej dimenzie osnovania (konštruovania) vzdelávacích aktov.

Historické a kultúrne rozdiely v rozvoji vzdelávania, diferenciácii ná-rodných školských sústav, teoretických pedagogických prístupov a peda-gogickej praxe sa postupne v globalizovanom svete stierajú. Aktéri vzdelávania – žiaci i učitelia sú však vystavovaní nešetrným „nárazom“ v teórii, školskopolitických rozhodnutiach, konštrukciách kurikulárnych dokumentov, vzdelávacej praxi. Nové termíny ako: kompetencie, prie-rezové témy, taxonómie cieľov, štandardy, evalvácie, riadenie kvality, didaktické (pedagogické) znalosti obsahu (PCK), didaktická rekonštrukcia obsahu „vytesňujú“ tradičné pojmy, v ktorých sa vzdelávacie aktivity a situácie doteraz plánovali a realizovali. Niet preto divu, že úpadok školského vzdelávania v súčasnosti je okrem ekonomických, sociálnych, kultúrnych a globalizačných, teda viac menej externých dôvodov spre-vádzaný „vnútorným“ chaosom a nekonzistentným teoretickým pozadím aktuálnych vzdelávacích procesov. Nie je nič výnimočné, že napríklad ony kľúčové kompetencie sa rozdrobili v kurikulárnej dokumentácii v Českej republike na špecifikované a konkretizované ciele, kde sa slovo schopnosť alebo spôsobilosť zamenila slovom kompetencia. V praxi slovenských škôl zasa nie je nič výnimočné, že školské vzdelávacie programy spracované učiteľmi napríklad deklarujú, ako prírodovedné predmety rozvíjajú všetky

24

možné kompetencie, len na prírodovednú gramotnosť, teda tú najpod-statnejšiu kompetenciu, kvôli ktorej majú prírodovedné predmety stabilné miesto vo vzdelávaní, sa akosi pozabudlo.

Štruktúra práce Práca je štruktúrovaná do krátkych kapitol, ktoré rozoberajú relatívne

samostatnú oblasť. Všetky však prispievajú synergickým spôsobom k zdôvodneniu induktívno-deduktívnej dimenzie ako signifikantnému momentu nahliadania na príval informácií v oblasti teórie prírodovedného vzdelávania. Práca má nasledovné kapitoly

• Aktuálnosť štúdia induktívno-deduktívnej dimenzie vzdelávacích kategórií

• Induktívno-deduktívne dimenzia vzdelávania v kontexte tradičnej didaktiky

• Rast a úpadok prírodovedného vzdelávania v školách • Úroveň prírodovednej gramotnosti v medzinárodných evalvač-

ných štúdiách PISA • Podmienky a limity deduktívneho prírodovedného vzdelávania • Legitimizácia dominancie deduktívneho prístupu a slabiny tradič-

nej argumentácie • Semiotické nástroje v prírodovednom vzdelávaní a nástrahy

učenia sa z textu • Indiktívno-deduktívna dimenzia a model troch svetov • Stratené prírodovedné obsahy: môže byť história užitočná aj dnes? • Príklady budovania náročných prírodovedných konceptov

induktívnym postupom • Induktívne prístupy v stredoeurópskej didaktickej tradícii

Záver V predchádzajúcom texte sme naznačili momenty vedúce k spraco-

vaniu spomenutej publikácie a uviedli sme jej štruktúru. V závere nášho referátu chceme ešte zdôrazniť dva momenty:

• Induktívno-deduktívna dimenzia pravdepodobne presahuje oblasť prírodovedného vzdelávania. Jej existenciu je užitočné vnímať aj v jazykovom a matematickom vzdelávaní a aj v oblasti výchovných predmetov,

25

• Udržateľnosť akceptovateľného stavu prírodovedného vzdelávania podľa nášho presvedčenia spočíva v riešení súčasného „didaktického sporu“ o naplňovaní kurikul odporujúcimi si kategóriami: obsahom alebo kompetenciami. Využitie induktívno-deduktívnej dimenzie môže viesť k ich rozumnému zosobášeniu.

POĎAKOVANIE

This paper is published thanks to the financial support of the project Nr. 540149-LLP-1-2013-1-FR-Comenius-CNW named: SUSTAIN.

LITERATÚRA

Held, Ľ. et al. 2011. Výskumne ladená koncepcia prírodovedného vzdelávania. IBSE v slovenskom kontexte. Trnava : TYPI.

Held, Ľ. 2014. Induktívno-deduktívna dimenzia prírodovedného vzdelávania. Trnava : TYPI.

Orolínová, M., Kotuľáková, K. 2014. Rozvoj spôsobilostí vedeckej práce v podmienkach kontinuálneho vzdelávania. Trnava : TYPI.

Žoldošová, K. 2010. Implementácia konštruktivistických princípov prírodovedného vzdelávania do školských vzdelávacích programov na 1.stupni ZŠ. Prešov : Rokus.

26

SÚČASNOSŤ A PERSPEKTÍVY CHEMICKÉHO VZDELÁVANIA NA SLOVENSKU

Jarmila Kmeťová Faculty of Natural Sciences, Matej Bel University, Banská Bystrica, Slovak republic

[email protected]

Abstrakt Na prvý pohľad sa zdá, že školská reforma z roku 2008 vyriešila naštartovanie novej koncepcie chemického vzdelávania, predovšetkým vo väzbe na výsledky medzi-národných meraní prírodovednej gramotnosti. Reforma sa dotkla obsahovej prestavby chémie ako vyučovacieho predmetu v základných školách a gymnáziách. Rozbehli sa mnohé projekty, v názve ktorých rezonovali predovšetkým modernizácia, digitalizácia vzdelávania či e-vzdelávanie. Príspevok uvádza pohľad na súčasný stav, či kroky, ktoré boli urobené a sú realizované prinášajú očakávané “ovocie”. A aké sú smerovania a vízie?

Kľúčové slová Školská reforma. Chémia. Základná škola. Gymnázium. Obsah vzdelávania.

Present and Perspectives of Chemical Education in Slovakia

Abstract At the first glance it seems that school reform in 2008 has initiated new chemistry education concept, especially in relation to results in natural science apprehension worldwide. The reform has affected syllabus content at elementary as well as grammar schools. There were being run number of projects with aim how to modernize, digitize education or e-learning. The article provides current view and steps that were carried out or still are in progress and achieved anticipated results. And what are directions and visions?

Keywords School reform. Chemistry. Elementary school. Grammar school. Educational content.

ÚVOD

Vzdelanosť národa a proces vzdelávania je od dávna jedným z naj-väčších kultúrnych a sociálnych problémov krajiny. Budovanie vzdelaných

27

generácií je základom pre rozvoj prosperujúcej krajiny a jej etablovanie sa vo svete. Preto systém vzdelávania pomerne často podlieha rôznym transformáciám, mnohokrát nazývaných reformy. V súčasnosti fenomén kurikulárnej transformácie vzdelávania vzbudzuje postupne čoraz väčší záujem verejnosti, reformným úsilím je zasiahnuté celé európske školstvo. Ide predovšetkým o zmenu v hierarchii cieľov vzdelávania: namiesto tradičnej triády vedomosti – zručnosti – návyky, s dôrazom na pamäťové osvojovanie veľkého množstva poznatkov v hotovej podobe, všestranná kultivácia žiakovej osobnosti (Spilková, 2007). V procese reformovanej výučby sa ako zásadné východisko javí proporcionálna harmónia medzi vedomosťami, zručnosťami, schopnosťami, postojmi a hodnotovou orientáciou žiakov v kľúčových kompetenciách, vyvážený zreteľ k rozvoju poznávacej, postojovej a výcvikovej stránky osobnosti žiaka. Novo-koncipované ciele vzdelávania vychádzajú zo všeobecne uznávanej formulácie štyroch základných cieľov vzdelávania pre 21. storočie (Delors):

• Učiť sa poznávať – nástroje poznávania, kritické a tvorivé my-slenie, zvedavosť, pozornosť.

• Učiť sa konať – získavať životne dôležité zručnosti. • Učiť sa žiť spoločne – rešpekt a úcta k druhým, tolerancia k od-

lišnosti. • Učiť sa byť – schopnosť sebareflexie, autoregulácie, zodpovednosti

(Blaško, 2010). Slovenské školstvo prešlo od roku 1976 (vydanie ideového dokumentu

Ďalší rozvoj československej výchovno-vzdelávacej sústavy, ktorý sa stal východiskom všetkých legislatívnych noriem prijatých v rokoch 1978 - 1984) ďalšou zásadnou reformou až v roku 2008, kedy bol Národnou radou Slovenskej republiky 22.5.2008 prijatý zákon č. 245/2008 Z.z. o výchove a vzdelávaní a o zmene a doplnení niektorých zákonov (školský zákon). Samozrejme, obdobie medzi rokom 1976 a 2008 nebolo na snahu zmien v školstve chudobné, išlo však o nedotiahnuté kroky, mnohokrát ne-systémové, ktoré predstavovali často len všeobecné formulácie bez konkrétnej predstavy ich realizácie. Ide predovšetkým o projekty: Konštantín – Národný program výchovy a vzdelávania z roku 1994, ktorý bol prezentovaný ako prvá ucelená reformná koncepcia po roku 1989, a projekt Milénium z roku 1999, ktorého zámer neprerástol do podoby celonárodnej diskusie. Dôležitým medzníkom pre slovenské školstvo bola neschopnosť prijať v rokoch 1998 – 2006 školský zákon, ktorý by pre reformu vzdelávania vytvoril priaznivé systémové prostredie. Zákon je

28

totiž nevyhnutným predpokladom na to, aby reforma prebehla celoplošne, ucelene, a nielen na niektorých školách a medzi iniciatívnymi učiteľmi. Jednoducho povedané, aby šlo o systémové reformné kroky (Humajová et al, 2008).

ŠKOLSKÁ REFORMA

Školská reforma je súhrnom cielených zmien v organizácii a štruktúre školstva, v cieľoch, obsahu, metódach a prostriedkoch výchovy a vzde-lávania, zmien, ktoré sú vyvolané sociálnymi a inými príčinami. Školské reformy reagujú na rozpory medzi spoločenskou potrebou a výkonnosťou školstva. Politická scéna však dogmaticky zasiahne do procesu školskej reformy a dosiahne sa len stav tzv. kozmetických úprav.

Najdôležitejšou podmienkou úspešnej realizácie zmien v školstve je vytvorenie takých podmienok, ktoré rozvíjajú a posilňujú profesijné kompetencie učiteľa, zvyšujú jeho autonómiu a motivujú ho navrhnuté zmeny prijať a ochotne ich realizovať vo svojej praxi. Reformu totiž nemožno nariadiť zákonom či iným legislatívnym nariadením zhora a s platnosťou od daného dátumu. Zmena myslenia učiteľov je dlhodobý proces. Ale proces fungujúci a prinášajúci efekt len v prípade dodržania určitých dohôd a podmienok. Okrem politických, ekonomických, peda-gogických a organizačných aspektov školskej reformy majú pre reformné zmeny podstatný význam aj psychologické faktory. Bez dostatočného ohodnotenia učiteľa spoločnosťou, či už morálneho alebo finančného, sa k stanovenému cieľu, ktorým je transformácia výchovy a vzdelávania v slovenskom školstve, nedostaneme. Učitelia disponujú nízkym seba-vedomím a seba poňatím sa ako profesionálov. Učiteľ nemá vnímať školskú reformu ako narušenie jeho profesijnej identity. Má smerovať cestou, ktorá bude presadzovať také ciele reformy, ktoré zachovajú učiteľom čo najviac známych kontextov, aby priebežne mohli naberať reformné prvky paralelne s ich doterajšími skúsenosťami. Učitelia musia vedieť, že ich doterajšia pedagogická prax bude naďalej využiteľná.

O školskej reforme bolo doposiaľ ako na Slovensku tak aj v Čechách, vydaných mnoho publikácií či článkov, ktorých teoretické aj praktické, výskumné aj empirické poznatky poukazujú na pozitívne a negatívne stránky realizovaných reforiem a predovšetkým ich dopad na vzdelanostnú úroveň populácie. Tieto poznatky sú konfrontované s niektorými para-metrami medzinárodných meraní, predovšetkým OECD-PISA, IEA-TIMSS, PIRLS a pod. Cieľom tohto príspevku nie je hľadať, analyzovať prípadne

29

predikovať či je školská reforma nastolená v roku 2008 správna, nesprávna, či sa realizuje a k niečomu vôbec vedie. Môžeme si však položiť niekoľko otázok, a to napríklad:

• Obsah koľkých editovaných publikácií vydaných k téme školskej reformy z roku 2008 rieši a diskutuje o výsledkoch procesu realizácie a dopadoch školskej reformy, podložených na základe výskumu?

• Došlo naozaj k reforme? Ak áno, týkala sa len zmien obsahu vzdelávania, akejsi formálnej úpravy pedagogickej dokumentácie a zavedenie konceptu participatívneho kurikula – dvojúrovňové projektovanie vzdelávacích obsahov (Pupala, Held, 2007).

• Je správne, že na úrovni kurikula týkajúceho sa konkrétnych učebných predmetov (hierarchicky po kurikule doporučenom, ktorý rieši základné koncepčné otázky) je požadovaná unifikovanosť v oblasti formulácii charakteristiky predmetov, cieľov, obsahového a výkonového štandardu? Je predsa prípustné aby realizované kurikulum bolo koncepčne iné pre predmety spoločensko-huma-nitné a prírodovedné. Teória výchovy a vzdelávania – didaktika disponuje rôznymi prístupmi, ktoré sú špecifické a svojím obsahom predurčené pre určitú skupinu predmetov. Bolo to niekým analyzované? V zahraničí práve z týchto dôvodov dochádza k integrácii predmetov a výučba je realizovaná prepojením po-znatkov napríklad medzi predmetmi prírodovedného zamerania, čo u nás nie je zaužívané.

• Bol návrh reformy podstúpený odbornej a verejnej diskusii? Predchádzala samotnému návrhu reformy vôbec nejaká diskusia? Boli oslovení odborníci z komunity pedagógov, didaktikov, osob-nosti z vysokých škôl pripravujúcich budúcich učiteľov? Či v diskusiách rezonovali stále tie isté mená odborníkov? Kvalita odbornej, verejnej diskusie a diskusie medzi učiteľmi, rodičmi a samosprávou je jedným z determinantov úspešnosti reformy vzdelávania.

• Predchádzal reforme experiment? Boli zamýšľané zmeny overo-vané na vybraných typoch škôl?

• Nie je súčasný koncept kompetencií ako žiaka tak aj učiteľa nadraďovaný nad obsah vzdelávania, jeho koncepcie, prístupy?

30

• Je správne dávať do vzťahu výsledky medzinárodných meraní? Ak áno v ktorých parametroch? Na základe čoho mnohí autori dokážu interpretovať výsledky medzinárodných meraní vo väzbe na schopnosti našich žiakov? Realizovali sa národné meranie, ktoré by odzrkadľovali skutočnú úroveň ich vedomostí? Je koncepcia vzdelávania blízka koncepciám vzdelávania krajín, ktorých žiaci dosahujú v medzinárodných meraniach nadpriemer alebo aspoň priemer?

• Sú naši budúci učitelia počas štúdia pripravovaní dostatočne a tak aby oni vzdelávali žiakov dosahujúcich lepšie výsledky v národ-ných a medzinárodných meraniach? Rozhodujúcim subjektom pre efektívnosť a úspešnosť reformy je a zostáva učiteľ, kvalitný a vhodný učiteľ pre súčasného žiaka. Podľa Rýdla pedagogická práca stojí a padá na motivácii a schopnostiach učiteľov. Inovačná ústretovosť a profesionalita musí vychádzať z kvalitatívne nových foriem vzdelávania a prípravy učiteľov (Rýdl, 2007). Priebeh reformy je predsa proces závislý predovšetkým od toho, akým spôsobom sa s nastolenými zmenami obsahu vzdelávania stotožnia učitelia, či ho príjmu a v akej podobe odovzdajú žiakom. Nič sa nezreformuje, ak sa nezreformuje profesia učiteľa.

• Kto má dnes záujem stať sa učiteľom? S akým vedomostným potenciálom prichádza uchádzač na štúdium? Ide o budúceho učiteľa, ktorý má byť zárukou kvalitného vzdelávania a úspešnosť ďalších generácií. Aké kvality, kompetencie a aký profil má mať učiteľ vstupujúci do pedagogickej praxe? Má sa neustále vzde-lávať? Určite áno, ale však v nastavenom fungujúcom systéme. Ten bohužiaľ dnes na Slovensku nemáme.

Vieme na vyššie otázky odpovedať? Zamýšľame sa vôbec nad nimi a hľadáme odpovede. No v prvom rade by mali mať snahu na ne odpovedať tí najkompetentnejší.

ŠKOLSKÁ REFORMA A CHEMICKÉ VZDELÁVANIE

Po všeobecných informáciách týkajúcich sa prebiehajúcej školskej reformy je našim cieľom poukázať ako sa kroky realizovanej školskej reformy pretavili do prírodovedného vzdelávania, podrobnejšie do učeb-ného predmetu chémia. Reforma v roku 2008 priniesla pre výučbu chémie mnohé zmeny.

31

• Strata predpísaných vyučovacích hodín vymedzených v rámcovom učebnom pláne ISCED 2 (2. stupeň základnej školy) a ISCED 3A (gymnázium). Pôvodné varianty počtu hodín pre základnú školu ponúkali aj variant s 5-hodinovou týždennou dotáciou za celý stupeň štúdia, reforma priniesla pre chémiu v základnej škole 4 hodiny za týždeň za celý stupeň (6. až 9. ročník základnej školy). Na gymnáziách sa pôvodných 7 hodín za týždeň (všetky ročníky gymnázia) znížilo na 5. Rámcové učebné plány predpisovali spočiatku presne stanovený počet vyučovacích hodín za týždeň v ročníku, minister školstva Jurzyca stanovil, že je na škole, ako si predpísaný počet hodín škola rozvrství do jednotlivých ročníkov. Následný minister to však zrušil a vrátil školám povinnosť dodržať týždennú dotáciu hodín stanovenú pre konkrétny ročník.

• Redukcia obsahu vzdelávania ako v chémii základnej školy tak aj gymnázia. Nedošlo len k vynechaniu vybraných odborných pojmov, zrušené boli aj celé témy. K tým najradikálnejším patria pre základnú školu: vynechanie chemických výpočtov stechio-metrických koeficientov, výpočtov z chemických rovníc, pre gymnázium: výpočty z chemických rovníc pre plynné látky, rádio-aktivita, názvoslovie mnohých zlúčenín, systematická anorganická chémia – výber chemických prvkov, katabolické a anabolické bio-chemické deje, priemyslová chémia a pod.

• Vydanie nových učebníc chémie pre základné školy a gymnáziá. Pre gymnázia so štvorročným štúdiom boli vydané nové učebnice po vyše dvadsiatich rokoch. Koncepčne sú učebnice ponímané tradične, výrazné didaktické zmeny nie sú v nich zreteľné. Boli vydané v súlade s predpísaným obsahom a vymedzeným štan-dardom, ako aj v súlade s nastolenou koncepciou vzdelávania. Negatívnym faktorom pre proces tvorby učebníc bol čas, ktorý mali autori na vytvorenie učebníc, ako aj učebnicová politika na Slovensku, navyše v priebehu krátkeho času sa rýchlo meniaca.

• Obmedzenie používania chemických látok pre demonštračné pokusy učiteľa a žiacke pokusy. Nevymedzenie financií na materiálno-technické zabezpečenie pre výučbu chémie.

Realizácia školskej reformy je proces otvorený, stále prebiehajúci a reagujúci na mnohé podnety. Dôvody pre podnety bývajú rôzne. Je to napríklad nespokojnosť škôl, učiteľov, zmena vlády a personálne zmeny na postoch, ktorých dosah na prebiehajúcu reformu je významný. V roku 2012

32

vznikol podnet pre úpravu pedagogickej dokumentácie, predovšetkým štátneho vzdelávacieho programu, vrátane úprav rámcových učebných plánov – vymedzenie počtu hodín pre jednotlivé predmety (pre chémiu ide v návrhu o navýšenie počtu hodín, základná škola na 5 a gymnázium na 6). Termín uvedenia zmenených dokumentov a nadobudnutia platnosti bol september 2014. Napriek vyvíjajúcemu tlaku na predmetové komisie a ich promptnú prácu sa termín zavedenia dokumentov do školskej praxe posúva na september 2015. Mohli by sme to vnímať ako pozitívum, že ešte je predsa čas a priestor pre precizovanie navrhnutých dokumentov, predložiť dokumenty na odbornú a verejnú diskusiu. No predstavu odborníkov didaktikov a mnohých učiteľov táto zmena nenadchýna. Opäť ide totiž o redukciu obsahu vzdelávania, úpravu a tvorbu dokumentov podľa presne definovaných pokynov pracovníkov inštitúcií, ktoré tvorbu týchto do-kumentov koordinujú. Nie je tak možná radikálna zmena prístupov vo výučbe chémie, ako to v mnohých svojich publikáciách zdôvodňuje a navrhuje Held (Held, 2014). Kladie dôraz na prechod k induktívnemu prístupu v prírodovednom vzdelávaní od deduktívneho. V prírodovednom vzdelávaní je totiž nutné klásť dôraz na konštruktivistické prístupy k sprostredkovávaniu nového poznania, koncepcie vzdelávania založené na princípe objavovania, skúmania, konštruovania žiakmi. Samozrejme ne-možno zabúdať na sociálnu dimenziu učenia sa a na metakognitívne témy o vlastnom učení sa a učení učebného predmetu.

Môžeme konštatovať, že aj napriek prebiehajúcej reforme nie je vízia dosiahnuť to, čo by sme viacerí chceli. Zmeniť prístupy, zmeniť metódy vo vzdelávaní. Samozrejme sú to spojené nádoby so zmenou v obsahu vzdelávania. No nemožno robiť oddelene len jedno bez koncepčných zmien v tom druhom. Mnohí z nás participujú na projektoch, ktoré sú koordino-vané národne, prípadne na projektoch, ktoré sú v kompetencii riešenia konkrétnych škôl. To či ich obsahový zámer a nastavené ciele sú v súlade s deklarovanými cieľmi reformy by sa dala viesť dlhá diskusia.

Ďalším momentom, ktorý trápi nás didaktikov chémie je príprava budúcich učiteľov. Kto sa dnes hlási na štúdium učiteľstva chémie? Naše skúsenosti hovoria jasne. Až na výnimky sú to uchádzači o štúdium medicíny či farmácie, ktorí sa poistia aj zaslaním prihlášky na štúdium chémie, v prevažne miere v kombinácii s učiteľstvom biológie, a po ich neúspechu dostať sa na prvoplánované štúdium idú študovať učiteľstvo. Ďalšou skupinou, veľmi malou, sú uchádzači, ktorí z týchto predmetov maturovali, inklinujú viac k prírodovedným predmetom a z tých volia naj-častejšie práve kombináciu chémie a biológie. Snažia sa vyhnúť ma-

33

tematike a fyzike, čo je zreteľné aj v ich úspešnosti absolvovania predmetov matematického a fyzikálneho charakteru počas štúdia. Mnohí volia učiteľské povolanie z núdze cnosti, že na inom štúdiu by neboli úspešní. A dostávame sa tak do začarovaného kruhu, že v snahe prípravy čo najkvalitnejších učiteľov pripravujeme učiteľov z tých, ktorí sa o učiteľské štúdium uchádzajú. Vnímame aj výraznú diverzifikovanosť v procese prípravy budúcich učiteľov medzi jednotlivými vysokými školami. Tie síce všetky postúpia akreditácii so snahou dodržania predpísa-ných kritérií a opisov študijných odborov, rozdiely sú však veľké. Mnohí z nás sme ale otvorení vzájomnej diskusii (tá už aj prebieha) s cieľom, aby učitelia chémie, ktorých pripravíme do pedagogickej praxe nám vy-chovávali žiakov, ktorých vzdelanosť v oblasti chémie a vôbec prírodných vied bude predstavovať výraznú časť hodnoty kultivovaného človeka.

ZÁVER

Hovorí sa, že ak je začiatok dobrý tak možno čakať aj dobrý koniec. Súčasná školská reforma nemala dobrý začiatok a tiež sa hovorí, že začiatok poznačuje všetko čo za ním nasleduje. Nie sme ale skeptici a vnímame proces realizácie reformy optimisticky. Jej zmysel a cieľ predsa len ostávajú. Stále je čas otočiť kormidlo tým správnym smerom, tak aby ciele, ktoré boli reformou deklarované sa naplnili. Vyžaduje si to však zmenu myslenia ľudí, vzájomné konštruktívne dialógy a ochotu počúvať sa. Reforma vzdelávania nie je možná bez ucelenej koncepcie, ktorej zodpovedá komplexná zmena celého vzdelávacieho systému.

V súčasnosti sme na Slovensku svedkami často krát bežiacich ne-zmyselných projektov, ktoré neprinesú do vzdelávania zlepšenie jeho procesuálnej stránky, riešia napríklad meranie úrovne znalostí žiakov. Ich obsah nie je zameraný na konštruktívne zmeny v prístupoch vzdelávania. Niektorí odborníci môžu síce tvrdiť, že najprv je potrebné zistiť v čom spočíva neúspešnosť našich žiakov v medzinárodných meraniach, a to práve zisťovaním schopností riešiť úlohy, a potom nastaviť návrhy opatrení pre zmeny koncepcie vyučovania. Podrobná analýza napríklad pri vy-hodnocovaní vybraných parametrov a určovanie korelácií medzi jed-notlivými premennými v medzinárodnom meraní PISA nám hovorí veľa. Vieme z tejto podrobnej kvalitatívno-kvantitatívnej analýzy vyčítať mnoho, plne postačujúcej na to, aby sme vedeli povedať kam ako smerovať vzdelávanie. Projektom chýba koncepcia, systém a profesionalita. Na ich riešenie sú vynaložené nemalé finančné prostriedky, ktorých možnosti využitia v slovenskom školstve by na iné účely boli oveľa zmysluplnejšie.

34

LITERATÚRA

Blaško, M., 2010. Niektoré aspekty školskej reformy. [online] Available at <http://web.tuke.sk/ kip/main.php?om=1300&res=low&menu=1310>

Held, Ľ., 2014. Induktívno-deduktívna dimenzia prírodovedného vzdelania. Trnava : PF TU.

Humajová, Z., Kríž, M., Pupala, B., Zajac, P., 2008. Vzdelávanie pre život. Reforma školstva v súvislostiach. Bratislava : Konzervatívny inštitút M. R. Štefánika.

Pupala, B., Held, Ľ., 2007. Mentálne hranice kurikulárnej reformy. In: Ako sa učitelia učia? Zborník referátov z medzinárodnej konferencie. Prešov : FHPV PU, MPC, OZ Učenie bez hraníc. p. 226-230.

Spilková, V., 2007. Proměny vzdělávaní učitelů v kontextu kurikulární reformy. In: Učitelské listy [online] Available at http://www.ucitelske-listy.cz/Ucitelskelisty/Ar.asp?ARI=103266&CAI =2155

Rýdl, K., 2007. Proč a za jakých podmínek se má škola měnit? In: Učitelské listy [online] Available at <http://www.ucitelske-listy.cz/Ucitelskelisty/Ar.asp?ARI=103157&CAI =2147>

35

APOLOGIE UČITELSKÉHO VZDĚLÁVÁNÍ A JEHO PERSPEKTIVY V ČR

Jiří Rychtera Přírodovědecká fakulta, Univerzita Hradec Králové, Česká republika

[email protected]

Roman Hásek Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola Trutnov,

Česká republika hasek@szstrutnov

Abstrakt V letošním roce oslavuje Pedagogická fakulta v Hradci Králové 50. výročí vzniku. Padesát let je sice z pohledu existence lidstva velmi krátký okamžik, ale z pohledu exis-tence specializovaného vysokoškolského studia učitelství významný kus historie. Jak je to s učitelskou profesí, jaké jsou perspektivy dalšího specializovaného učitelského vzdělávaní a jaké představy mají autoři o struktuře efektivního vzdělávání učitelů je předmětem řešení uvedeného příspěvku.

Klíčová slova

Profese učitelství, specializace učitele, pedagogická praxe, uzavření studia

Teacher Education Apology and Its Perspectives in the Czech Republic Abstract This year celebrates the Faculty in Hradec Králové 50th anniversary. Fifty years may be from the perspective of human existence very short moment, but in terms of the existence of a specialized Master's Studies Teacher significant piece of history. What about the teaching profession, what are the prospects for further specialized teacher training and what ideas the authors of the structure of effective teacher education is subject of that allowance.

Key words Teaching profession, specialization of teachers, teaching practice, closure of study

mailto:[email protected]

36

ÚVOD

V letošním roce oslavuje Pedagogická fakulta v Hradci Králové 50. výročí vzniku. Padesát let je sice z pohledu existence lidstva velmi krátký okamžik, ale z pohledu existence specializovaného vysokoškolského studia učitelství významný kus historie. Historie, která je nepominutelná, nena-hraditelná a nezanedbatelná. Nutí nás mj. k zamyšlení nejen nad tím, jakých těch padesát let bylo, kolik studentů se může „chlubit“ absoluto-riem, ale také kolik z nich jsou učitelé v pravém slova smyslu učitelské profese, kolik z nich můžeme považovat za skutečné experty tohoto oboru. Často dochází k polemikám nad úrovní vysokoškolského studia učitelství, je srovnáváno s úrovní technicky a přírodovědně orientovaných studií na Univerzitách a označováno jako pseudostudium, které následně snižuje renomé vysokoškolského vzdělávání. Dokonce jsou známí řed-itelé škol, kteří principielně odmítají absolventy pedagogických fakult pro jejich neúměrný paedotropismus, jiní zase berou mezi své svěřence jen absolventy s praxí, protože je předcházející praxe vyléčila z nad-měrného pedagogického optimismu.

V zájmu obhajoby učitelského vzdělávání, v zájmu vysvětlení někte-rých zkreslených pohledů na tento relativně „mladý typ“ vysokoškol-ského studia se pokusíme hledat příčiny z našeho pohledu zdánlivým nepochopením stimulovaných kritických vyjádření. Proč jsme si dovolili použít pro charakteristiku studia i charakteristiku profese pojmu mladý? Historickým mezníkem pro vymezení profese a teoretizaci profesních do-vedností je hromadná školní docházka, která se váže termínově na našem území v podobě povinné k vládě Marie Terezie (6. 12. 1774). V této době vznikají také první tzv. preparandy pro přípravu učitelů [14]. A to je ve srovnání s historií přírodovědných disciplín teprve nedávno.

Pokud najdeme při těchto úvahách nějaké nesrovnalosti, případně vý-znamná negativa, bude nás také zajímat, v souladu se zásadami konstruk-tivní kritiky, jak dané problémy řešit do budoucna, tedy jaké jsou vize a perspektivy učitelské profese a současně tedy co udělat ve prospěch nápravy pojmenovaných problémů. Případný čtenář nám jistě odpustí, bu-dou-li některé názory, především ty „pro futurum“, vyznívat jako by pocházely z ostrova „Utopia“. Přesto předpokládáme, že se nejméně stanou předmětem diskusí.

37

1 UČITELSKÁ PROFESE

Odborná komunita zabývající se profesionálně učitelským vzděláváním vychází při svých polemikách zpravidla nejdříve z rozboru fenoménu sa-motné profese. Z hlediska sociologie profesí tuto problematiku komplexně analyzuje ŠTECH v [18]. Opírá se o 6 základních kriterií charakterizujících profesi, která zde nebudeme uvádět z toho důvodu, že v další části analýzy jsou tato kritéria zredukována na dvě rozhodující podmínky:

• pravá profese se vyznačuje souborem formalizovaného, ab-straktního vědění (poznatky),

• jasně uvědomovaným ideálem služby.

Za zmínku z této analýzy stojí ještě názor Etzioniho, kterého ŠTECH [18] uvádí jako protagonistu názoru o učitelství jako semi-profesi. Jeho 3 kritéria uvedeme k tvůrčímu zamyšlení:

• je vykonávána ve velkých byrokratických organizacích, které jsou hierarchicky uspořádány a vládne v nich princip administrativní autority odlišný od autority profesních asociací a korporací založený spíše na kreativitě a autonomii jedinců;

• příliš velký počet jedinců profese,

• příliš velký počet žen.

Vymezená kritéria, která jsme uvedli pro úplnost, spíše naznačují, že zvláštní charakter učitelské profese souvisí s donedávna existujícím direk-tivním řízením autoritativní institucí, která v podstatě tlumila kreativitu a tvůrčí potenciál nositelů profese, současně ale zabezpečovala nezaned-batelnou jednotnou linii.

Diskuse nad problematikou zda vůbec existuje učitelská profese se z našeho pohledu jeví nadměrně teoretické. Je zde nezbytné vycházet z faktu, že v ČR nastupuje ročně do škol podle zprávy Českého statis-tického úřadu z roku 2013 přibližně sto tisíc nových žáků. Když tento počet vynásobíme počtem ročníků, vyjde nám přibližně číslo, které je třeba za-bezpečit nejen po stránce vzdělávací, ale i po stránce výchovné, se kterou úzce souvisí otázka odpovědnosti za bezpečnost žáka z hlediska pracovně právního. Z této zjednodušené úvahy pak vyplyne 129 000 učitelů, které uvádí MŠMT jen v přibližné hodnotě jako zdůvodnění pro zavedení tzv.

38

„Registru“, který by měl vzniknout v r. 2016 a sloužit mj. i pro potřeby Pedagogických fakult [17]. (Uvedená hodnota je bez učitelů působících na vysokých školách – pozn. autora). Otázka tedy zní: „Je třeba obhajovat potřebu specializovaného učitelského vzdělávání“? Vždyť uváděná čísla, charakterizující počet učitelů, představují více jak 1 % celkové populace a vzhledem k ontogenezi lidského vývoje nelze předpokládat v blízké době zánik této profese, ať už ji charakterizujeme jakkoliv. Historie lidského rodu představuje velmi dlouhé období charakterizované řadou změn, jež výrazně odlišují dnešní společnost od vývojově starších kultur. Pokud vezmeme v úvahu periodičnost života živých organismů, jejímž důsledkem je neúprosné střídání generací charakterizované soustavným vznikem a zá-nikem organismů, pak je logické, že v zájmu kontinuity vývoje celé společnosti je nezbytné vytvoření systému předávání doposud poznaného tj. vzdělávací systém. Co tedy představuje učitelská profese? V odborné literatuře je řada pokusů postihnout tzv. „pedagogický prostor“ resp. „strukturu obecné didaktiky chemie“ např. [20]. Je to krásná a dá se konsta-tovat, že promyšlená teorie. Ve skutečnosti je učitel ve škole vtažen do kolotoče přestávkových dozorů, vyplňování smyslné i méně smyslné administrativy, řešení specificky orientovaných výchovných problémů, které zpravidla nemají modelová řešení a často je komplikuje „humanitně“ orientovaná a žáky i některými rodiči umně zneužívaná legislativa. Pak teprve přijde na řadu přímá vyučovací povinnost, při které plní učitel roli, kterou zjednodušeně označujeme jako „metodika“ (zpracovává za použití poznaných teorií metodicky známý, RVP vymezený a ŠVP rozpracovaný obsah učiva).

„V pojetí učitele jako profesionála, jako experta na učení a vyučování tvoří „professional knowledge“ základnu veškeré jeho praktické činnosti – rozhodovacích procesů, akce i její reflexe. Svět teorie a praxe je propojen (komunikace mezi teoretickým a praktickým věděním, implicitním a ex-plicitním, subjektivními a objektivními teoriemi). Učitel je schopen teoretické reflexe praktických zkušeností, schopen zvědomování, racionalizace, verbalizace intuitivních, implicitních, skrytých, za-mlžených předpokladů rozhodování a jednání. Je schopen porozumět souvislostem, kontextu, obecnějším zákonitostem.““ [13] Uvedená charak-teristika vyjadřuje základní rozdíl mezi stavem, který představuje stav označovaný v profesní hierarchii jako „učitel začátečník“ a stavem tzv. „učitele experta“. K této problematice se vyjadřuje mj. [5]: „V profesi učitelů, podobně jako v jiných povoláních, se kvalifikace vytváří ze dvou zdrojů: (1) Na základě formálního vzdělávání (v případě učitelů označo-

39

vaného jako „počáteční/přípravné“ vzdělávání), (2) na základě prak-tických zkušeností při výkonu povolání (plně kvalifikovaný učitel v tomto smyslu je až „učitel-expert“, nikoliv „učitel-začátečník“).

Na základě komparace obou citací po stránce obsahové lze před-pokládat, že teprve v procesu získávání praktických zkušeností při výkonu povolání, si osvojuje učitel schopnost porozumět souvislostem, kontextu, obecnějším zákonitostem, je schopen „zvědomování“, racionalizace, ver-balizace apod. Nastíněný problém spočívající v řešení otázky „proč až učitel expert je schopen teoretického zvědomování svého jednání“ není nový a je v průběhu historického vývoje pregraduální učitelské přípravy soustavně analyzován a patří do skupiny těch nevyřešených. Nabízí se tedy otázka: Je možné zabezpečit, aby absolvent pregraduálního učitelského studia byl schopen efektivní teoretické reflexe, tzn. je možné zkvalitnit jeho přípravu tak, aby byl proces jeho „zrání“ (efektivního, intenzivního učení) kvalitnější a rychlejší?

2 PEDAGOGICKÉ FAKULTY A STRUKTURA STUDOVANÝCH DISCIPLÍN

„Péče o vysokou úroveň učitelského povolání je jedním ze základních úkolů, jak zajistit vzdělanost nastupující generace a vybavit lidské zdroje kvalitami nezbytnými pro zabezpečení budoucího vývoje. Musí se při tom opírat o strategie zevrubně promyšlených a vědecky argumentovaných pos-tupů, které berou v úvahu teoretické modely, konkrétní výzkumná fakta, domácí zkušenosti i reálné možnosti a mezinárodní trendy.“ [19] Dvě věty, ve kterých Beneš [19] vyjadřuje vše potřebné, co by mělo charakterizovat úspěšné a kvalitní učitelské vzdělávání. Problém nastává, když se uvedené myšlenky pokusíme konkretizovat. Dostáváme se tak do konfrontace s re-alitou a ta přináší řadu regulativních prvků, které nebývají snadno řešitelné a vyžadují kompromisy. Uvedeme zde několik představ, v jejichž realizaci spatřujeme progresivní prvky vývoje fakult vzdělávajících učitele a tedy i samotné učitelské profese.

2.1 Specifikace učitelského studia

1. V nedávné době se většina pedagogických fakult (s výjimkou pražské) restrukturovala ve prospěch rozvoje jednotlivých Univerzit. Vzni-kaly tak fakulty přírodovědecké, filosofické apod. a „to co zůstalo“ jsou fakulty pedagogické. „Zůstatek“ nebývá zpravidla úplný. Domníváme se tedy, že první předpoklad úspěšné organizace studia je právě úplnost

40

ve smyslu vzdělávaných oborů. Konkrétně to představuje např. úplné personální obsazení nejen pro přípravu učitelů předškolního stupně a primárního stupně, ale také existenci kateder oborových didaktik pro zabezpečení celého spektra předmětů v úrovni druhého stupně ZŠ. Zdánlivě drobnost, ale z pohledu rozvoje didaktických disciplín nezbytná nutnost. Jen tak lze prosadit skutečnost, že nosnými disciplínami jsou pro učitelství disciplíny pedagogické, psychologické a didaktiky jednotlivých oborů.

2. Druhá úroveň představovaných změn se jeví zásadnější a zasahuje do oblasti „pro futuro“. Východiskem je podstatě zrychlený společenský vývoj zapříčiněný technologiemi ICT. Drobná přizpůsobení jako je zavedení předmětů na školách se zaměřením na studium základů informatiky a pří-prava učitelů pro tento předmět se jeví tím nejzákladnějším, co jsme mohli pozměnit. ICT však zasahují všechny oblasti lidské činnosti a tak lze po-chopit, že učitel, jehož vytíženost jsme si představili v předchozí části příspěvku, nemůže obsáhnout po profesionální stránce přímé řízení výuky, přípravu všech úrovní vyučovacích programů, řešení specificky orien-tovaných výchovných problémů, které zpravidla nemají modelová řešení, svépomocné zdokonalování materiálních didaktických prostředků apod. Zvláštní pozornost v tomto ohledu je třeba také věnovat spolupráci s rodiči. Charakter přístupu rodiče ke vzdělání se odráží také v přístupu žáka ke škole a je si nezbytné uvědomovat, že rodič je téměř „přímým“ účastníkem. On nese velký podíl na motivaci žáka, na kvalitě domácí přípravy, na pří-stupu k plnění i těch nejběžnějších školních povinností. Jaký z této diskuse učinit závěr. Použijeme slova Jana Wericha z pohádky „Byl jednou jeden král“- „Na odbornou práci, mají být odborníci“. Tedy učitel se specializací. Specializací pro přímé řízení výuky, výchovné poradenství, speciální peda-gogiku, ale i pro tvorbu vyučovacích programů, psychologii s právní orien-tací pro řešení nestandardních pedagogických situací, učitel (psycholog) orientovaný na spolupráci s rodiči. Bude-li tato specializace předmětem vyšších ročníků pregraduálního studia či součástí postgraduálu lze obtížně odhadnout, ale nebude to určitě příklad první profilace. Máme možnost komparace s jinými obory podmíněnými vysokoškolským vzděláváním, jako jsou lékaři, právníci, architekti apod.

2.2 Pedagogická praxe – nezastupitelný prostředek profesního růstu

V úvodních partiích citované a analyzované myšlenky vedou k jed-noznačnému závěru. Pedagogickou praxi je nutno považovat za nezastu-pitelný prostředek profesního růstu učitele a její zefektivňování by se mělo

41

odrazit na kvalitě absolventa učitelského studia. V pregraduální učitelské přípravě je pedagogická praxe součástí vzdělávacího programu, je podle školské terminologie vyučovacím předmětem se všemi jeho důsledky.

„K jednomu z nejzákladnějších principů a zákonů každého učení, jak se dnes obecně uznává, patří princip zpětné vazby, jinak formulovaný jako působení faktoru KR, tj. „znalosti výsledku činnosti“ [1]. O funkci, princi-pech působení, způsobech realizace atd. byla již publikována řada pří-spěvků mj. např. [2;3;4], ale vždy je třeba brát do úvahy poznatek, že „systému bez účinné zpětné vazby hrozí neadekvátní činnost a zcela se vymkne kontrole“ [5]. Přestože KULIČ [1] v uváděné citaci nijak nespeci-fikuje faktor KR, lze na základě obecného poznatku z [5] usuzovat, že se jedná o faktor kontrolní a regulační. Zpětná vazba charakterizovaná v prvé řadě kontrolní a následnou regulační činností může být realizována mnoha způsoby a také různě pojmenovávána. Omezíme-li se na učební procesy pak zpětnovazební charakter mají situace, které jsou spojeny např. s ře-šením úloh, principy charakterizující řízené učení, prověřování a hodnocení vědomostí a dovedností, práce s chybami, hospitační procedury přímé i zprostředkované, učební činnosti podporované počítači apod. a charak-terizují je pojmy: kontrola, regulace, autoregulace, reflexe, sebereflexe, diagnostika, autodiagnostika atd.

Obecně formulovaný poznatek „systému bez účinné zpětné vazby hrozí neadekvátní činnost a zcela se vymkne kontrole“, lze považovat za jed-noznačné potvrzení místa kontrolních a regulačních principů v systému efektivního učení a to bez jakékoliv specifikace adresáta zpětnovazební informace. Tzn., že v našem případě není nutné rozlišovat, zda se jedná o případ tzv. „vnitřní zpětné vazby“ určené tomu, kdo se učí, nebo o „vněj-ší zpětnou vazbu“ určenou tomu, kdo učení řídí. V obou těchto případech však je prvotní zabezpečení kontrolních principů za účelem získání in-formací o průběhu a tedy i o kvalitě výkonu a ty se stávají následnou podmínkou uplatnění principů regulativních, vedoucích ke změnám této kvality.

V rámci praktické složky pregraduální učitelské přípravy jsou kontrolní principy zabezpečovány především prostřednictvím přímých hospitací, v po-slední době nabývají však na významu tzv. zprostředkované hospitace, umožňované digitální videotechnikou. Regulační principy se uplatňují po uskutečnění pohospitačního rozboru nebo analýze videozáznamu. Přímé hospitace i videozáznamy vyučovacích hodin poskytují soubory informací o konkrétních pedagogických situacích, soubory které lze následně dia-

42

gnostikovat. Cílem pedagogické diagnostiky, jako nově se koncipující pedagogické disciplíny, je porozumění pedagogické situaci a toto poro-zumění je základem pro vytvoření teoretického vhledu do často nahodile a intuitivně řešených pedagogických situací. Při průzkumech názorů studu-jících pregraduálního učitelského studia se dovídáme, že reálné peda-gogické situace jsou pro ně uzavřené, nejsou schopni na nich vnímat informační elementy, které jsou podmínkou k myšlenkovým operacím ne-zbytným pro zobecňování jako základní podmínku teoretizace. Z těchto důvodů lze vyvozovat, že studenta je nutné učit dovednosti analyzování pedagogických situací a vhodným prostředím pro takovou výuku je právě pedagogická praxe. Po zvládnutí pedagogické diagnostiky „cizích peda-gogických situací“ lze následně předpokládat, že student bude rozumět učení vlastnímu a uplatňování teoretických principů v rámci řízení peda-gogického procesu bude již významným znakem profesionality. Proces zdokonalování se však v tomto smyslu jeví neuzavřený, z čehož vyplývá, že nezastupitelnou činností v procesu učitelova profesního zdokonalování je soustavná a podrobná autodiagnostika řídících procesů. Pro potvrzení uvedených myšlenek je možné najít v literatuře řadu citací. Např. Vašutová [9] uvádí: „Podstatou reflexe a sebereflexe v učitelské profesi je reflektivní myšlení, které zahrnuje komplexní repertoár profesních znalostí a doved-ností, posuzování kontextu jako vztahu teorie a praxe a kritickou analýzu vlastní práce spojenou s flexibilní reaktivitou učitele. Reflexe se stává zák-ladním aspektem profesionalizace učitelů.“ Zbývá tedy jen jediné – uznat systém zprostředkovaných hospitací jako oficiální metodologii a zabezpečit její cestu po stránce technologické i legislativní do pro-gramů pregraduálního studia, přičemž stránka technologická se jeví již z výrazné části dostatečně rozpracovaná [7] [8] [11].

2.3 Struktura studovaných disciplín a uzavření studia

Jednoznačné vymezení disciplín, které by naplňovaly představy odpo-vědných institucí o ideálním absolventovi učitelského vzdělávání by bylo mimořádně náročné. Jen sám soupis kompetencí, které se uvádějí, jako předpoklad k výkonu učitelské profese vydá na několik stran textu. Je třeba při výběru vnímat i skutečnost, že kvalita uchazečů o studium odráží po-stavení učitelů mezi ostatními profesemi. Nastupují studovat učitelství v převážné míře až po neúspěšných řízeních na fakultách lékařských, far-maceutických, přírodovědeckých atd. Změnu lze předpokládat se změnou společenské prestiže, což je záležitost dlouhodobé perspektivy a souvisí i mj. s úrovní studia. Z tohoto, ale i jiných zde nejmenovaných příčin je

43

tedy je možné se domnívat, že vnitřní orientace koncepce vlastního studia by měla zahrnovat dvě úrovně. Úroveň základní představující studium zá-kladních disciplín nezbytných pro úspěšné řízení vyučovacího procesu (za výuku chemie reprezentovanou např. disciplínami základy obecné didak-tiky chemie, speciální didaktiky chemie učiva ZŠ, didaktická technika při výuce chemie, motivace ve výuce chemii, základy pedagogické diagnostiky vyučovacích hodin chemie apod.) a úroveň rozšiřující, výrazněji přispíva-jící ke zvládnutí dovedností nezbytné teoretizace a oslovující aktivnější a kreativnější část studentské populace (např. obecná didaktika chemie II, inovace didaktické soustavy učiva chemie, projektování učebních úloh apod.), Disciplíny druhé úrovně by byly zařazovány jako volitelné a pod-statně by rozšiřovaly spektrum učiva, které není možné zpravidla z důvodů uzavřenosti časové dotace vyučovat dostatečně do hloubky.

Vyvrcholením pregraduální přípravy učitele jsou státní zkoušky. V sou-časném systému jsou to zkoušky, při kterých se prověřují především vědo-mosti a intelektuální dovednosti z pedagogiky, psychologie, odborných předmětů dvoupředmětové aprobace a oborových didaktik. Dovednost efektivní interpretace chemického experimentu, nebo návyk efektivního zahájení vyučovací hodiny však zastupují vyšší úroveň cílů. Ty téměř při státních zkouškách neprověřujeme, a proto je nezbytné uvažovat o prak-tickém nebo semipraktickém modelu výstupů ze studia. Příkladně by taková zkouška mohla obsahovat: prověření vědomostí a intelektuálních dovedností z oborové didaktiky, dále mikrovýstup s realizací vytypovaného chemického experimentu podpořený komunikativními dovednostmi (efek-tivní interpretace) a diskuse nad záznamem vyučovací hodiny prověřo-vaného studenta s obhajobou. Poznatky z odborných předmětů aprobace a pedagogiky s psychologií by byly předmětem souborných státních zkoušek v průběhu studia.

ZÁVĚR

K zamyšlení nad otázkami perspektiv učitelského vzdělávání nás přivedla obava o jeho další vývoj. Honba za okamžitým zhodnocováním financí, kterou s sebou přináší současné společenské uspořádání, nekritické napodobování školských modelů snižujících význam profese učitele a sou-časný stav a výsledky našeho školství varují před přehlížením existujících problémů. S perspektivami budované pedagogické fakulty by se tak měly

44

stát zárukou pozitivního vývoje školství, ale i zvýšení prestiže učitele nez-bytné nejen pro obhajování přirozené autority ve škole.

LITERATURA

1. Kulič, V. Člověk, učení, automat. 2. vyd. Praha: SPN, 1989.

2. Kulič, V. Chyba a učení. Praha: SPN, 1971, 248 s.

3. Nezvalová, D. Reflexe v pregraduální přípravě učitele. Olomouc: Polygrafické střed. VUP, 2000, 72 s.

4. Kulič, V. Chybami se člověk učí – ale kdy a jak? Pedagogika, 1992, roč.XLII, č. 1, Příloha s. 1-12

5. Průcha, J. Učitel: současné poznatky o profesi; Praha, Portál, 2002, 160 s.

6. Kyriacou, Ch. Klíčové dovednosti učitele; Praha, Portál s.r.o., 1996, 155 s.

7. Rys, S. Hospitace v pedagogické praxi, SPN Praha, 1978, 2.vyd., 147 s.

8. Hladíková, D., Rychtera, J. Příspěvek k zabezpečení triangulace zpětné vazby v procesu praktické přípravy studentů učitelství chemie In Aktuální otázky výuky chemie XV. UHK, Gaudeamus, 2005, s. 266.

9. Vašutová, J. Profese učitele v českém vzdělávacím kontextu. Brno, Paido 2004.

10. Vašutová, J. Strategie výuky ve vysokoškolském vzdělávání. Praha, UK PedF, 2002.

11. Rychtera, J., Hladíková, D. Profesní portfolio učitele a jeho přínos učitelskému vzdělávání. In Elektronický sborník XII. konference ČAPV „Profil učitele a sou-časná společnost“. Ústí nad Labem, 2004.

12. Ferjenčík, J. Úvod do metodologie psychologického výzkumu; Portál, Praha, 2000, 255 s.

13. Spilková, V. Klíčové koncepty v současných proměnách didaktiky – od metafory transmise k metafoře konstrukce. In JANÍK, T. (ed) Oborové didaktiky v pre-graduálním učitelském studiu. Brno: Paido, 2004, CD-ROM .

14. http://www.czso.cz/csu/redakce.nsf/i/skolstvi/$File/08_skolstvi.pdf (cit. 6. 7. 2014)

15. http://www.pf.ujep.cz/obecna-didaktika/pdf/Pedeutologie.pdf (cit. 6. 7. 2014)

16. http://www.radavs.cz/prilohy/08p12c)_KomPUC_Novotna.ppt#275,1, (cit. 6. 7. 2014)

http://www.czso.cz/csu/redakce.nsf/i/skolstvi/$File/08_skolstvi.pdf

http://www.pf.ujep.cz/obecna-didaktika/pdf/Pedeutologie.pdf

http://www.radavs.cz/prilohy/08p12c)_KomPUC_Novotna.ppt#275,1

45

17. http://zpravy.idnes.cz/vznikne-registr-ucitelu-087-/domaci.aspx?c=A140315_105954_domaci_jj (cit. 6. 7. 2014)

18. Štech, S. Co je to učitelství, a lze se mu naučit? Pedagogika, roč. XLIV, č. 4, 1994, s. 310.

19. Beneš, P., Rambousek, V. 60 let pedagogických fakult 1946-2006; KONIÁŠ, Plzeň, 2007, s. 16.

20. Pachmann, E., Hofmann, V. Obecná didaktika chemie; SPN Praha, 1981, s. 12.

http://zpravy.idnes.cz/vznikne-registr-ucitelu-087-/domaci.aspx?c=A140315_105954_domaci_jj

http://zpravy.idnes.cz/vznikne-registr-ucitelu-087-/domaci.aspx?c=A140315_105954_domaci_jj

46

INOVACE PROFESNÍ PŘÍPRAVY BUDOUCÍCH UČITELŮ CHEMIE

Marta Klečková, Jiří Kameníček, Jana Prášilová Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, Olomouc, Česká republika

[email protected], [email protected], [email protected]

Abstrakt Při vysokoškolské přípravě budoucích učitelů je nutné průběžně doplňovat studijní materiály a inovovat požadavky na jejich profesní složku vzdělávání. V rámci EU projektu „Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie“ bylo zpracováno několik studijních materiálů, které studenti učitelství využívají při přípravě na výuku jak v didaktických předmětech oboru chemie, tak při pedagogické praxi na školách. Nedílnou součástí výuky chemie jsou školní experimenty, proto je kladen velký důraz na to, aby si je budoucí učitelé řádně osvojili a zvládli je v praxi bezpečně a s jistou realizovat. Studentům učitelství chemie je v průběhu studia umožněn ve velké míře přímý kontakt s žáky různých věkových kategorií při exkurzích, při organizaci Chemické olympiády, při akcích zaměřených na popularizaci přírodních věd (Přírodovědný jarmark, Dětská univerzita, Noc vědců, apod.), při kterých si ověří své schopnosti realizovat školní chemické experimenty a vést při experimentování žáky. Experimentální činnost je také základem badatelsky orientované výuky (IBSE Inquiry-based Science Education), kterou by mladí učitelé měli ve školské praxi v chemii používat.

Klíčová slova Výuka chemie. Příprava učitelů. Chemické experimenty.

The Innovation of Future Chemistry Teachers Professional Education

Abstract During collegiate education of future teachers, it is necessary to continuously upgrade study materials and innovate the requirements for the vocational part of the education. During the solution of the EU project “Innovation of vocational education of future teachers of Chemistry”, a number of study materials were compiled, which have been used by students in the preparation for teaching in the Chemistry Teaching Methodology courses as well as in the teaching practice at schools. School experiments represent an integral part of Chemistry teaching, which is why there is great emphasis on them during the collegiate education, so that the future teachers were able to learn them and also perform them in practice safely and confidently. The studies of Chemistry Teaching Methodology enable students to get in direct contact with pupils of varied age categories during excursions, organizing Chemical Olympics, events aimed at

47

popularization of science (Science Fair, Children´s University, Night of Scientists etc.), during which the students verify their ability to realize school chemical experiments and to lead pupils during experiments. The experimental activities form a basis of the Inquiry-based Science Education (IBSE), which should be used by young teachers in Chemistry teaching practice.

Keywords Teaching of Chemistry. Teachers´ preparation. Chemical experiments

ÚVOD

Vysokoškolskou přípravu učitelů můžeme rozdělit na dvě základní oblasti, jednak je to odborná příprava, většinou ve dvou oborech aprobačního předmětu (resp. v jednom oboru) a také profesní příprava, která zahrnuje přednášky, semináře a praktická cvičení z pedagogiky, psychologie a didaktiky. Na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci byla řadu let ve studijních plánech upřednostňována především složka odborná. V průběhu posledních desíti let se zvýšila i nabídka předmětů z oborové didaktiky a pedagogiky. Na zkvalitnění profesní přípravy budoucích učitelů přírodovědných předmětů bylo získáno několik grantů (Učitel chemie, Profesní příprava učitelů přírodovědných oborů pro uplatnění v konkurenčním prostředí, a další).

Inovace předmětů a pedagogické praxe spadajících do oborové didaktiky chemie byla ukončena v akademickém roce 2013/2014. Byly vytvořeny nové studijní matriály pro přípravu budoucích učitelů chemie, byly upraveny sylaby některých předmětů, provedené změny reflektují moderní trendy ve vzdělávání v přírodovědných oborech (důraz na větší uplatnění integrace přírodovědných poznatků, možnosti vyžití badatelsky orientované výuky (IBSE Inquiry-based Science Education) v chemii (Rocard et al. 2007, Windschitl et al. 2008), další možnosti využití ICT atd. Nově v předmětu didaktika chemie byly zařazeny přednášky odborníků z jiných vysokých škol a učitelů ze školské praxe. V laboratorním cvičení Školní pokusy byl kladen velký důraz na to, aby si studenti učitelství chemie řádně osvojili praktické dovednosti nutné pro realizaci školních chemických experimentů. Pro budoucí učitele byla rozšířena nabídka aktivit pro získání dalších pedagogických zkušeností.

48

NOVÉ STUDIJNÍ MATERIÁLY

Pro budoucí učitele chemie bylo zpracováno 5 publikací, které VŠ studentům usnadňují jednak zpracování učiva na vyučovací hodiny v průběhu pedagogické praxe a také přípravu na dílčí zkoušku z didaktiky chemie i na státní závěrečnou zkoušku. Studijní matriály mohou využívat pro výuku chemie po nástupu do školské praxe:

„Vybraná témata pro výuku chemie“ (1. - 3. část) s CD přílohou prezentací v PowerPointu všech 22 zařazených témat obsahuje učivo z různých oblastí chemie. Před jejich zpracováním byl proveden průzkum mezi učiteli ze středních škol, jehož cílem bylo zjistit, o kterou problematiku z oboru chemie mají zájem, které kapitoly by chtěli mít k dispozici v novém zpracování. Zvolená témata jsou různorodá, zahrnují jak základní, tak i rozšiřující učivo středoškolské chemie; např. Chemické názvosloví, Chemická vazba, Chemická katalýza, Redoxní reakce, Acidobazické reakce, Nukleové kyseliny, Mírové využití uranu, Luminiscenční reakce, Nanotechnologie, Tkáňové inženýrství, atd. (Klečková, et al. 2012, 2013a, 2013b). Obtížnost učebních textů je zvolena tak, aby jim porozuměli žáci středních škol. Metodické poznámky pro učitele jsou psány petitem, vyučující je mohou využít při výkladu zvoleného tématu.

Další publikace „Vybrané kapitoly z průmyslové chemie“ obsahuje základní chemické výroby a biotechnologie: celkem 8 témat, např. výroba kyseliny sírové, chloru a hydroxidu sodného (elektrolytickými metodami), piva a mléčných výrobků, atd. Zařazené výrobní postupy popisují moderní technologie používané v současnosti v průmyslové praxi. V příloze na CD jsou opět výukové prezentace všech uvedených průmyslových výrob. (Prášilová, Kameníček 2013)

Studijní text „Názvosloví anorganických látek a bezpečnost v chemické laboratoři v anglickém jazyce“ umožňuje studentům učitelství chemie procvičit si jazykové znalosti, chemickou terminologii v angličtině, aby mohli bez větších problémů získávat odborné informace z cizojazyčných chemických zdrojů a využívat je při zpracování příprav na vyučovací hodiny chemie. Text mohou také v budoucnu využít při práci se svými žáky na středních školách, např. při integraci – využití angličtiny v chemii. V publikaci jsou vysvětleny základní principy tvorby anglického názvo-sloví anorganických sloučenin (Connelly et al., 2005), bezpečnostní zásady práce v chemické laboratoři a názvy laboratorních pomůcek v anglickém jazyce. Studijní materiál dále obsahuje chemické texty z anglického

49

originálu na procvičení překladu odborného textu (český překlad je uveden v příloze) a otázky na ověření získaných vědomostí i s řešením (Drahoš, Křikavová 2013).

ŠKOLNÍ CHEMICKÉ POKUSY V PŘÍPRAVĚ UČITELŮ CHEMIE

Nedílnou součástí výuky chemie na všech typech škol je chemický experiment, proto je kladen velký důraz na to, aby budoucí učitelé chemie zvládli nejen základní techniku realizace školních chemických pokusů, ale také aby si nacvičili i jejich odlišné metodické využití v několika formách výuky (demonstrační pokus v hodině základního typu, v badatelsky orientované výuce, v projektové výuce, atd.) i různé varianty téhož experimentu (jednodušší a náročnější provedení), aby je mohli zařadit do hodin chemie, i když nemají k dispozici dostatečně kvalitně vybavenou školní laboratoř.

Velmi se nám osvědčila spolupráce s odborníky z jiných VŠ, kteří se ve svých vystoupeních převážně zaměřili na problematiku školních pokusů. Prof. Bílek z PřF UHK zvolil téma Počítačová podpora školního chemického experimentu a doc. Solárová z PřF OU se věnovala tématu Domácí chemické pokusy, kteří nejdříve v přednášce problematiku teoreticky uvedli a následně v praktických seminářích si VŠ studenti experimenty vyzkoušeli. Doc. Rychtera z PřF UHK zařadil v úvodu své přednášky několik demonstračních experimentů a provedl jejich metodický rozbor s využitím videozáznamu, poté seznámil studenty s ukázkami analýzy reálných vyučovacích hodin s podporou videozáznamů. Velmi zajímavou přednášku na téma Práca učiteľa s nadanými žiakmi přednesla Mgr. Martina Habľáková ze školy pro mimořádně nadané děti a gym-názium z Bratislavy. V semináři pak měli budoucí učitelé možnost diskutovat přímo s talentovanými žáky gymnázia o jejich vztahu k pří-rodním vědám, k chemickým experimentům a jejich plánech dalšího studia.

Výuka externistů byla studenty hodnocena velmi kladně, ocenili jejich odbornost, pedagogické i praktické zkušenosti.

ROZŠÍŘENÍ PEDAGOGICKÉ PRAXE

Rozsah povinné pedagogické praxe není ve studijních plánech příliš velký, proto je studentům učitelství chemie umožněn nad rámec této časové dotace přímý kontakt s žáky při různých aktivitách pořádaných na zá-kladních a středních školách či přímo v prostorách Přírodovědecké fakulty.

50

Studenti se podílejí na realizaci např. školního, okresního a krajského kola chemické olympiády všech kategorií, zapojují se do tvorby a organizace chemicky zaměřeného programu pro dětskou univerzitu, popularizační akce jako je Noc vědců, Přírodovědný jarmark, Veletrh vědy a výzkumu, atd. Tato forma pedagogické činnosti s žáky různých věkových kategorií je u začínajících učitelů chemie velmi oblíbená. Do svého portfolia, které předkládají u státní závěrečné zkoušky z pedagogiky a psychologie, uvádí nejen přehled své pedagogické praxe, ale také zařazují dokumentaci z profesního působení v průběhu vysokoškolské přípravy, které absolvovali nad rámec povinné výuky.

ZÁVĚR

Kvalitní příprava budoucích učitelů chemie umožňuje absolventům učitelství snadněji zvládnout náročný vstup do školské praxe. Přírodovědné předměty dnešní mladou generaci příliš nezajímají, a proto velmi zaleží na pedagogických schopnostech učitelů, jak je dokáží pro tyto obory získat. Jen dobře připravení učitelé přírodovědných předmětům mohou žáky zaujmout, např. v badatelsky orientované výuce, v projektové výuce, kde se využívají mezi žáky stále ještě oblíbené experimenty.

PODĚKOVÁNÍ

Tento článek vznikl za finanční podpory EU projektu CZ.1.07/2.2.00/15.0324 „Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie“.

LITERATURA

Connelly, N. G., Damhus, T., Hartshorn, R. M., Hutton, A. T., 2005. Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005), Cambridge (UK).

Drahoš, B., Křikavová, R., 2013. Názvosloví anorganických látek a bezpečnost v chemické laboratoři v anglickém jazyce. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.

Klečková M., Švandová V., Štosová T., Kameníček J., Prášilová J., Husárek J., Šindelář Z., 2012. Vybraná témata pro výuku chemie: 1. část. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.

Klečková M., Čajan M., Kameníček J., Klanicová A., Prášilová J., Šindelář Z., Štosová T., 2013a. Vybraná témata pro výuku chemie: 2. část. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.

51

Klečková M., Čajan M., Kameníček J., Klanicová A., Křikavová R., Šindelář Z., Šrajbr D., Štosová T., 2013b. Vybraná témata pro výuku chemie: 3. část. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.

Prášilová J., Kameníček J., 2013. Vybrané kapitoly z průmyslové chemie. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.

Rocard, M., et al., 2007. Science Education Now: A New Pedagogy for the Future of Europe. Brusel: European Communities.

Windschitl, M., Thompson, J., Braaten, M., 2008. Beyond The Scientific Method: Model-Based Inquiry as a New Paradigm of Preference for School Science Investigations. Science Education. Vol. 92, pages 941–967. [online] dostupné na <http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sce.20259/pdf> [citováno 7. srpna 2014].

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sce.v92:5/issuetoc

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sce.20259/pdf

52

ACTUAL PROBLEMS AND PERSPECTIVES OF CHEMICAL AND SCIENCE EDUCATION IN HIGH AND

SECONDARY SCHOOL

Yuri Orlik Federal University of Latin-American Integration, UNILA, Foz do Iguaçu, Brazil

[email protected]

Abstract The article shows the current situation and problems in area of Chemical education at school in Europe, Asia, America, Latin America and other countries, and also recommended ways to improve the quality of knowledge and skills in Chemistry and Science of students in secondary and high school.

Key words Chemistry, science education, schools, quality, improvements

It is important problem of practical teaching and learning pedagogy in science subjects (biology, physics, chemistry, mathematics and so on) to analyse the current situation and problems in this area for schools in Europe, Asia, America, Latin America and other parts of the world. There are different main factors that have direct influence to the quality in science education: the legislative system, funding of education, quality of pre-service teaching preparation programs in science subjects, the level of research work in science education, social status of school teachers, the level of reading books in the educational system and in the society and others. Another problem for this analysis is that actually there are only few countries with good or satisfactory systems for in-service teacher actualization in modern methodologies.

It is known that there are rather strong differences between developed and developing countries in the practical policy of science education. For the first group of countries it is easier to reach modern objectives of general and science education due to the big national budget and existing the strong national research system and culture.

It is possible to observe too interesting results for some other countries who show last decades best results in science education in different international exams and Science Olympiads (Brazil, PR China, Korea,

53

Singapore, Indonesia, India etc.). In this case we can observe the constant State attention for the quality of secondary science education as the main base of the National industrial and agricultural development. All big achievements of these countries in last decades are a direct consequence of correspondent level of science education (Orlik, 2013).

There are different effective ways and policies to improve the quality of knowledge and skills in Science subjects of students in secondary and high school. One of the main of them is improving and reforming curricula, pedagogy and assessment. In many countries more flexibility is also required to enable teachers to innovate and inspire. This implies changes in text books and teaching resources to ensure schools have the right tools for the teaching and learning processes. Modern pedagogy including inquiry-based, hands-on and ICT based approaches must be adopted on a wider basis and be encouraged and supported. The educational authorities have the challenge of motivating more students for STEM studies and careers. There are many different approaches which may suggest good points for resolving the problem in a more systematic way. Also the effective and modern National system (National Institute, Academy) for in-service teacher development in modern methodologies needs to be organized in many countries. This important system allows teachers to take special time for courses and to prepare themselves on the base of corresponding University and Academy programmes on modern methodologies for improving teaching and learning science in students.

Another important way for improving is valuation of the role of teachers (including science teachers) in society. Generally in many countries, unfortunately, the social status of secondary school teachers does not correspond to the need to improve the results in educational systems and the quality of life. It is necessary to make government authorities, officials of education and in society, in general, the fact that the secondary (high) school teacher must be taken as a very respected and high valuated person to the development of each country and society (Orlik, 2013).

REFERENCES

Orlik, Y. 2013. Problems and Prospects of Education in Science in Basic School in Brazil and Latin American Countries (In Portuguese). Bogota : Foundation JSE.

54

SKĄD WYSZLIŚMY I DOKĄD DĄŻYMY

Jan Rajmund Paśko Uniwersytet pedagogiczny, Krakow, Polska

[email protected]

Streszczenie

Przedstawiono w skrócie kolejne etapy nauczania z uwzględnieniem przedmiotu chemia. Zwrócono uwagę na zmiany, jakie zaszły w dydaktyce w części państw europejskich po I i po II wojnie światowej. Zasygnalizowano zagrożenia płynące z nadmiernej komputeryzacji procesu kształcenia, zwłaszcza chemicznego. Wyrażono obawy czy tak dalece skomputeryzowany proces edukacji będzie w stanie wykształcić ludzkiego człowieka. Jako przeciwwagę dla tego owczego pędu zaproponowano stworzenie dydaktyki Państw Słowiańskich. Na końcu zadano pytanie: I Co dalej?

Slowa kluczowa Nauczanie chemii, dydaktyka chemii, komputerizacja nauczania.

From Where We Went Out and To Where We Are Going?

Abstract Here the outlines of the learning process with regard to the subject of chemistry are presented. The changes that have occurred in teaching in selected countries in Europe after the First and the Second World War are highlighted. Moreover the risk of excessive computerization of the educational process, especially of chemistry classes, is pointed out and discussed. As a counterbalance to this phenomenon the creation of the new form of didactics as a science, namely didactics of the Slavic Countries was proposed. At the end the question about the future of didactics is asked?

Key words Chemistry Education, Chemistry Didactics, Computerisation of Instruction.

Człowiekowi pierwotnemu, potrzebna była taka wiedza, która pozwalała mu na przetrwanie. Nauczanie było jak się wydaje w dużej mierze praktyczne. Tak mijały tysiące lat a umiejętności były przekazywane w sposób intuicyjny. Kształcenie dokonywało się wewnątrz rodziny czy grupy plemiennej. Z czasem, gdy wykształcały się społeczeństwa pojawiał się ten, którego zadaniem było przekazywanie wiedzy. Wiedza ta jednak


55

nie była jednakowa dla wszystkich, jej zakres zależał od usytuowania w społeczeństwie. Biorąc pod uwagę, że zawody były w dużej mierze dziedziczne to jest zrozumiałe, że kształcenie odbywało się pod kontem przygotowania do podjęcia pracy zawodowej. Inaczej kształcono synów władców a inaczej rzemieślników a jeszcze inaczej dzieci chłopskie. Jednak od samego początku można zauważyć, że kształcenie w mniejszym lub większym stopniu jest ukierunkowywane przez ośrodki władzy.

W nie tak odległych czasach w porównaniu z historią ludzkości, pojawia się rozdział na kształcenie szerokich mas i kształcenie elit. Jednak kształcenie na wszystkich szczeblach odbywa się w sposób zależny od nauczyciela. Wiek XVII przynosi pierwsze próby porządkowania systemu kształcenia. Niewątpliwie na tym polu zasługi położył Jan Amos Komeński. Wprowadził etapy kształcenia, którym przypisał zakres przekazywanej wiedzy. Jest zwolennikiem udostępnienia nauki wszystkim. Propaguje nauczanie w dużej mierze poglądowe. Niewątpliwym przełomem w rozwoju nauczania było przejście od alchemii do chemii, co nastąpiło w XVIII wieku. Z tym faktem wiąże się powstawanie katedr chemii. Pojawia się, więc nowa samodzielna dziedzina nauki, która w ciągu około 200 lat przenika prawie do wszystkich dziedzin nauki, zmieniając w nich poglądy i metody badań. Dotyczy to nie tylko nauk przyrodniczych, ale też i nauk humanistycznych.

Na początku XIX wieku filozof Jan Fryderyk Herbart stara się unaukowić pedagogikę i nałożyć nowe ramy nauczaniu. Wypowiada się za kształceniem przyszłych nauczycieli. Z tego powodu jest uważany za "ojca naukowej pedagogiki". Nie ulega wątpliwości, że na jego poglądy wpływ miał starszy od niego Jan Henryk Pestalozzi zwany ojcem szkoły ludowej, twórca pierwszej teorii nauczania początkowego.

Przełom XIX i XX wieku to nowe prądy, do głosu dochodzą idee progresywistów. Są one tak piękne, że aż w zasadzie na szerszą skalę nierealne. Właściwie wszystko kręci się wokół kształcenia elementarnego, jako tego, które winno być powszechne. Na wyższym szczeblu edukacji wystarcza nauczyciel i podręcznik. Zresztą kształcenie to jest ewidentnie elitarne. Zaczynają tworzyć się dydaktyki przedmiotowe. Chemia, jako przedmiot szkolny nie ma dobrej passy, jest on często łączony razem z fizyką. Można odnieść wrażenie, że przez większość pedagogów jest on odbierany w dalszym ciągu, jako wiedza tajemna. Tym bardziej, że przez długie lata w wydaniu szkolnym nie przypomina chemii z obecnych podręczników szkolnych. Stanowi on zbiór informacji o związkach chemicznych i zachodzących procesach. Można stwierdzić, że jest to

56

chemia makroświata, czyli tego, co możemy bezpośrednio odebrać naszymi zmysłami. Spontaniczny rozwój chemii, jako nauki nie ma większego odbicia w treściach przekazywanych uczniom. Ukazują się pierwsze podręczniki do metodyki nauczania poszczególnych przedmiotów. Jednak preferowane są głównie treści odnoszące się do makroświata. Zresztą nie ma się, co za bardzo dziwić, skoro badania nad strukturą atomu zaczęły się rozwijać właściwie dopiero na początku XX wieku. Początki dydaktyk przedmiotowych to w zasadzie metodyka nauczania danego przedmiotu, co odzwierciedla nazwa odnosząca się do metodyki nauczania. Ten okres w rozwoju w dydaktyce chemii można określić, jako chemia praktyczna. W procesie nauczania chemia i fizyka są łączone razem, gdyż w procesie edukacji obydwie opierają się na doświadczeniu, z tą jednak różnicą, że fizyka na doświadczeniu z wykorzystaniem sprzętu a chemia z wykorzystaniem różnych substancji. W fizyce w czasie eksperymentu sprzęt nie ulega zużycie w przeciwieństwie do chemii gdzie substancje raz użyte nie mogą być powtórnie wykorzystane.

Pierwsi dydaktycy w większości przypadków rekrutowali się z pośród nauczycieli. Zdobyta praktyka, duże doświadczenie pozwało im na zajmowanie się problematyką nauczania danego przedmiotu, co z czasem pozwalało wykładać zasady nauczania na wyższych uczelniach.

Po pierwszej wojnie światowej oprócz zróżnicowania przedmiotowego dochodziło jeszcze zróżnicowanie wynikające z sytuacji politycznej. W Europie powstały nowe państwa z rozpadu monarchii Austro-Węgierskiej. Najciekawsza była sytuacja w Polsce, gdzie w ramach jednego państwa skupiały się doświadczenia wyniesione z trzech zaborów. W nowo-powstałych państwach kształtują się nowe poglądy na kwestie nauczania. Zrozumiałym jest, że są one inne w każdym państwie, gdyż po uzyskaniu suwerenności chcą one zaakcentować swoją niezależność i w pewnym sensie inność. W rezultacie, czego kształtują się niezależne systemy edukacji. Czego dowodem jest powstanie w Polsce w wyniku reformy trzystopniowego systemu szkolnego, który można opisać: szkoła powszechna, gimnazjum i liceum.

Z analizy podręczników szkolnych można wnioskować, że do wybuchu II wojny światowej nauczanie chemii pozostaje głównie w sferze opisów właściwości substancji i ich przemian. Pierwsze lata po zakończeniu wojny można określić w niektórych państwach, jako wygaszanie pewnych wypracowanych odrębności. Nowy podział polityczny świata wyraźnie zaznacza pewną odrębność w systemie kształcenia w państwach określanych potem, jako socjalistyczne. Można to określić: razem wspólna ideologia,

57

lecz systemy charakterystyczne dla danych państw. Ten system kształcenia przez drugą połowę XX. wieku ewoluował nie wnosząc żadnych rozwiązań rewolucyjnych. Ewolucja ta dotyczyła systemów kształcenia a w większej mierze programów nauczania baz specjalnego ich unowocześniania w sferze merytorycznej.

Po zakończeniu II wojny światowej władze państwowe przywiązują dużą wagę do procesu kształcenia, dowodem, czego są placówki zajmujące się tylko kształceniem przyszłych nauczycieli. Z czasem studia nauczycielskie stają się pełnymi studiami kończącymi się dyplomem ich ukończenia. W uczelniach pedagogicznych a z czasem i w uniwersytetach pojawiają się zakłady metodyki nauczania przedmiotów, które następnie przekształcane były w zakłady, katedry dydaktyki danego przedmiotu. Jest to okres bujnego rozwoju dydaktyk przedmiotowych, który trwa do początku XXI wieku. Z czasem można się doktoryzować z dydaktyk przedmiotowych rzadziej na wydziałach pedagogicznych a w większej części na wydziałach merytorycznych.

Rozwój techniki wiązał się z upowszechnieniem projektorów przeźroczy a następnie rzutników pisma zwanych też grafoskopami. Wyposażenie szkół w grafoskopy wpływa ewidentnie na metodykę przekazywania treści kształcenia. W zakładach metodyki czy to dydaktyki nauczania przedmiotów powstają nowe rozwiązania dydaktyczne. Widoczne jest to też w przypadku chemii. Powstają konspekty lekcji a nawet podręczniki jak wykorzystywać grafoskop do projekcji wykonywanych w czasie lekcji reakcji chemicznych. Nauczanie przedmiotów ulega modernizacji. Jednak w wielu przypadkach przekazywane treści nie ulegają uaktualnieniu. Model atomu przekazywany uczniom pozostaje taki, jakim go wymyślił Bohr a będzie to sto lat temu. Na uwagę zasługuje fakt, że sam autor odniósł się do niego krytycznie a w latach 30. powstała już w pełni zadawalająca naukowców teoria budowy atomu. Jeszcze bardziej archaiczna jest teoria kwasów i zasad. Można zauważyć, że w ciągu ostatnich 50. lat informacje dotyczące budowy atomu i wiązań chemicznych przesuwają się coraz bardziej w kierunku początkowego etapu edukacji chemicznej. W niektórych podręcznikach są one już wprowadzane na pierwszych lekcjach.

Głównym problemem dydaktyk przedmiotowych jest określenie ogólnego celu kształcenia w zakresie danej dziedziny nauki. I znowu chemia zostaje postawiona w innej sytuacji niż pozostałe przedmioty szkolne. Jaki jest cel nauczania chemii? Poznanie chemii, jako nauki przestaje zadawalać peda-gogów, ten cel jest zbyt odległy od praktyczności i od życia codziennego. Dlatego po tendencjach próby pełnej naukowości, próbujemy uczyć o tym,

58

co chemia daje życiu. W związku z takimi tendencjami większą uwagę przywiązuje się do przemysłu. Jednak w całej polityce światowej pojawia się nurt zwany "ekologicznym". Chemia szkolna nie pozostaje na uboczu, zmienia się orientacja haseł programowych. W nurcie praktycyzmu pojawia się hasło, uczeń powinien umieć wykonać proste substancje chemiczne przydatne w życiu codziennym takie jak kleje, pasty do zębów itp. Niektóre skrajne prądy, które zapanowały w ostatnich latach w pedagogice w zasadzie powinny wyeliminować chemia z programu szkolnego. Uczeń na lekcjach chemii nie uczy się nic, co by mu było nieodzowne do egzystowania w obecnej rzeczywistości. Zresztą podobne zarzuty można postawić wielu przedmiotom a w końcu zlikwidować dużą ilość szkół, co bez wątpienia przyniosłoby oszczędności w wolnorynkowej gospodarce.

Należy zastanowić się, czy w tych hasłach o uczeniu tylko tego, co praktyczne nie nawiązujemy do edukacji w początkach ludzkości. Czyżby zamknęło się koło czy dążymy do punktu wyjścia.

Jako pedagog, dydaktyk, chemik, zadaje sobie pytania. Pierwsze, po co uczyć chemii? Po odpowiedzeniu na pierwsze stawiam drugie:, Czego należy uczyć w ramach edukacji chemicznej. A końcowym jest trzecie pytanie, w którym nareszcie należy postawić problem: Jak uczyć chemii.

Nie ulega wątpliwości, że podstawowym zadaniem szkoły (może wbrew intencjom niektórych polityków) jest dbanie o prawidłowy rozwój intelektualny ucznia. Chemia jest jednym z tych przedmiotów, który łączy ze sobą dwa elementy obserwację i wytłumaczenie przyczyny obserwowanego zdarzenia. Oznacza to, że, zachowanie substancji obserwowane w świecie makro tłumaczy się niewidocznymi dla naszych zmysłów procesami zachodzącymi w świecie mikro. Z tego też powodu jest jednym z tych przedmiotów, który rozwija myślenie, oraz kojarzenie przyczynowo-skutkowe.

Dydaktyki przedmiotowe w ostatnich latach XX wieku doznają kolejnej rewolucji i kolejny raz znowu nie treściowej a technicznej. Wiąże się to z pojawieniem się komputerów. Rozpoczyna się kilkuletnia walka zwo-lenników i przeciwników komputeryzacji. Za przeciwnikami komputeryzacji stoją tylko argumenty zdroworozsądkowe, natomiast za zwolennikami cały przemysł związany z produkcją sprzętu jak i oprogramowania. Początek był niewinny i zbyt mało przekonywujący. Komputery naśladowały grafoskopy, a mały monitor nie wytrzymywał konkurencji obrazom wyświetlanym na ekranach. Sytuację odmieniły projektory multimedialne i tablice interaktywne. Sprzęt był już na odpowiednim poziomie, jednak

59

słabą stroną było oprogramowanie dydaktyczne. W zasadzie to wielkie przedsięwzięcie komputerowe ograniczyło się do przełożenia na programy, płyty CD tego, co było dotychczas wersją papierową.

Natomiast w dydaktyce państw byłego obozu socjalistycznego następuje wydawałoby się rewolucja, którą jest wprowadzenie pluralizmu w pod-ręcznikach. Powoduje to walkę na rynku wydawniczym. Czy wygrywa najlepszy tego nikt nie jest pewien. Wiadomo natomiast, że wszystkie chwyty stosowane w celu zdobycia odbiorcy są dozwolone, chociaż nie zawsze są zgodne z zasadami zdrowej konkurencji.

W tej sytuacji największe zmiany w dydaktyce przedmiotowej zachodzą w byłych państwach socjalistycznych. Podręcznikowy rynek wydawniczy w zasadzie znalazł się poza nadzorem odpowiednich organów państwowych. Obserwuje się odchodzenie przez dydaktyków od unowocześniania treści nauczania na rzecz problematyki wykorzystania multimediów w procesie edukacji. Można to określić, jako chorobę przerostu formy nad treścią.

W tej pogoni za komputeryzacją, za ułatwieniem procesu edukacji zaczyna zatracać się to, co najważniejsze ludzki obraz człowieka. Gotowe identyczne dla wszystkich nauczycieli konspekty lekcji, zastawy pytań na sprawdziany z prawidłowymi odpowiedziami, instrukcje wykonywania ćwiczeń nagrane w postaci sfilmowanych doświadczeń mają zastąpić przeżywanie eksperymentu na żywo. To tylko niektóre formy pracy nauczyciela zastępowane przez programy komputerowe. One kształtują "jedynie słuszne" poglądy i wyobrażenia. Takiego nauczyciela niebawem zastąpi komputerowy robot, kształcący obywateli według jednego "porządnego schematu", takiego, jakiego sobie życzą elity rządzące. Ta przerażająca wizja wyeliminowania nauczyciela z procesu edukacji zdaje się być coraz bliżej.

A może przyszedł czas, aby się opamiętać. Może należy się zastanowić nad stworzeniem własnego Słowiańskiego stylu kształcenia, w którym priorytetem były dobrze ogólnie wykształcony obywatel. Czyli mądry, myślący a nie posłuszny bezgranicznie władzy.

Zastanówmy się, dokąd bezwolnie dążymy wierząc w e wspaniałe obietnice. Opamiętajmy się za nim będzie za późno. A zatem zamiast podsumowania pytanie: I Co dalej?

60

THE PRIORITIZED DIRECTIONS OF ADDITIONAL EDUCATION IN CHEMISTRY IN THE YAKUTSK

REGION

Natalia A. Nakhova

North-Eastern Federal University M. K. Ammosova, Yakutsk, Russia [email protected]

Abstract This article observes the prioritized directions of additional education in chemistry in the north region of Russia. Methods in teaching minerals' chemistry mainly as natural chemical compounds are also revealed.

Key words Chemistry Education, minerals' chemistry, Chemistry Education in the Yakutsk Region.

The chemistry is one of difficult subjects at school. Even for qualified

teachers it is impossible to interest capable pupils in chemistry. In the course of formation of chemical knowledge pupils quite often forget that the chemistry studies the nature that substances represent natural objects. So, if in biology pupils study concrete objects of the nature - plants and animals, on physics - electric devices, a physical body, etc., in chemistry are studied substances in that ideally pure look in which they practically don't meet in the nature.

In modern conditions formation in consciousness of pupils of understanding has to be the purpose of a subject of chemistry as one of the sciences studying the nature, that the nature and natural objects have the material beginning. This idea isn't new. It is known that in the 30th years Lebedev P.P. offered the subject project chemistry where its studying is carried out from the point of view of practical value of chemistry. However at that time Verkhovsky V. N. project as more systematic theoretical course was priority.

In Soviet period during existence of stable textbooks there were anthologies for additional reading in chemistry in which the material discovering the interesting and fascinating facts of service to chemistry to mankind was attractively stated.

Profile training of chemistry covers pupils who already became interested in chemistry who understood its need, communication with

61

future profession and chose this subject therefore the purpose of more profound studying of theoretical knowledge, preparation for Unified State Examination delivery is traced. However, as practice shows, pupils who wish to enter the medical institute choose a biological-chemical profile. The chemistry is studied only for Unified State Examination delivery. It occurs not because teachers don't apply any other technique to work with these pupils but because at the teacher each hour is structured only for laying out and fulfilling new theoretical concepts, i.e. time only on systematization of theoretical knowledge practically suffices. Studying of pure substances at lessons of chemistry is necessary to acquaint pupils with chemical concepts and laws.

It is connected with that in the region the chemical industry is poorly developed.

The aspiration in any ways to approach chemistry in consciousness of pupils to the nature has to be the purpose of additional education of chemistry in our region.

When studying chemistry of minerals we considered the following general provisions of a universe in a modern picture of the world:

1) crust has a certain composition of chemical elements which are constantly supported by atoms generally 88 chemical elements and form various chemical compounds;

2) prevalence of atoms of chemical elements is not equal; natural chemical compounds of the live and lifeless nature formed by them can be investigated by chemical and physical and chemical methods of the analysis;

3) natural compounds of chemical elements of the lifeless nature (minerals, air, water) are used in production;

4) change of structure of chemical compounds leads to change of an initial condition of any system (a crystal, a live organism, the wood, the lake, etc.); changes of these systems lead to ecological violations in the nature.

Thus, studying of mineral raw materials has to show to pupils essence of a production activity on the basis of use of knowledge of natural connections.

The maintenance of the selected training material can be divided on subjects as follows.

Subject 1 "A structure of crust and its element structure" includes the following contents. Crust structure. Historical periods of formation of a surface of Earth. Rock and mineral. Prevalence of chemical elements in

62

crust. Geochemical groups of elements. Changes of a chemical composition of a terrestrial surface.

Subject 2 "Chemical classification of minerals". In the maintenance of this subject 11 classes of minerals are included, each of which is characterized according to the plan: 1) class definition; 2) examples of minerals; 3) general chemical properties; 4) applications.

The subject 3 "A structure and physical properties of minerals" includes the contents about a crystalline and amorphous state of substances, an internal structure of minerals, the law of constancy of corners of crystals, physical properties of minerals.

Subject 4 "Structure and chemical properties of minerals". This subject includes the contents about a chemical composition of minerals, about chemical reactions with participation of minerals, about value of the periodic law and the Periodic Table in sciences about Earth.

In a subject 5 "Production on the basis of mineral raw materials" questions of mineral raw materials, production and raw materials processing, process of receiving a product of production are revealed.

In a subject 6 "Environmental pollution by production wastes" the following questions are included. Transformation of chemical elements in the nature. Geochemical cycle of chemical elements. Pollution of objects of environment by waste. Value of the waste-free production technology for preservation environment's purity.

Such structure of the contents allows to see all picture of movement of atoms of chemical elements from Earth surface through production and their application as raw materials and materials to a condition of waste which are again redistributed on a terrestrial surface.

Each subject includes group of concepts which are in direct dependence on the basic concept. So, in the first subject "Structure of Earth and Its Element Structure" the basic is the concept "chemical element" which is considered in a basic course of chemistry.

Additional concepts (rock, a mineral, Clark, etc.) are in direct dependence on the basic and by means of these concepts knowledge of pupils of chemical element extends and supplemented.

In structuring the contents the special place is taken by practical part which includes chemical experiment as a method of training of chemistry.

The practical part, the bases of the chemical analysis are included, allowing pupils to understand essence of chemical research of natural and pure substances. Availability and the variability of work connected with providing classrooms of chemistry, of course, have to belong to requirements for practical part. Availability of the contents is provided with

63

use of the minimum equipment, a small amount of chemical reagents and a performance outage of technology. Variability of the content of practical works provides possibility of a choice and shift of demonstration, laboratory and practical works in the maintenance of a course.

Thus, it is necessary to put chemistry "from the head on feet" that it should be interesting to pupils to study chemistry. Because now the chemistry is one of difficult subjects at school and not each teacher can open a practical orientation of this subject not only because of complexity of a material, but also it is simple lack of time.

REFERENCES

Nakhova, N. A. 2001. Principle of regionality as a basis of implementation of connection of teaching chemistry with life (on the example of the facultative course "Chemistry of Minerals"). Dis … of k.p.s. – Moscow, 130 p.

Nakhova, N. A., Egorova, K. E. 2006. Chemistry of minerals: textbook of an elective course. -2 processed edition. ME RS(Y), Approved by ME of RS(Y), Yakutsk: Publishing house "Offset", 112 p.

64

THE COURSE "PRACTICAL DIDACTICS" AND ITS ROLE IN THE SOLUTION OF TRAINING PROBLEMS

OF A CHEMISTRY TEACHER.

Evgeny Minchenkov Moscow Regional State University, Moscow, Russia

[email protected]

Abstract The school reflects the society life. Processes happening in the state and society have impact on the structure and school activities. Changes in the school demand alternative training of a teacher. Nowadays training of a teacher in our country demands that he independently could estimate educational opportunities of groups of pupils, methodical situations and also chooses methods of work, tutorials, receptions development and education of pupils so that the results of his work meet the requirements of the state standard of chemical education. The course "Practical Didactics" is devoted to the solution of this task.

Keywords Training, growths, education, pupils, practical didactics, methodical means, subject, subsystems of concepts, logical structure of the course, generalization of knowledge, examination, development and education systems.

INTRODUCTION

Big changes in school education have happened in recent years in our schools. It is possible to refer to them as appearance of various lines of textbooks on all the basic disciplines, including natural and scientific, introduction of the Standard of education, strict requirements to the results of training, development and education of pupils, the unified state examination and so forth. In these conditions there was an urgent need in change of training of the teacher for modern school. One of the directions of this preparation is connected with improvement of his methodical opportunities. It is possible to call this type of preparation as formation at the teacher of pedagogical craft.

It is impossible to imagine a musician who cannot play his instrument as well as an artist without ability to work with paints. It is also impossible for a teacher not to know the basic elements of his craft. This craft can be divided into several independent kinds of activities.

65

As education is a trinity it also includes training, development and education of pupils, and training of the teacher needs to be carried out from the same positions, after all he will train, develop and bring up pupils at his lessons.

In the previous years, when in the country there was a single uniform textbook, teachers were trained for teaching with the help of it only. So, it was possible to define accurately methodical solutions of this or that subject of the course and textbooks were kept at schools for decades. Now there are different textbooks at schools and methodical solutions of a specific subjects in them are various. Therefore the former approaches to teachers' training have became impossible. There was an idea to train teachers so that they chose teaching methods and build a certain methodical situations at their lessons and carry out competently examination of school students, etc. Such approach would allow to better prepare the teacher for working at modern schools.

So the current situation has led us to the course "Practical Didactics" creation, the studying of which takes place in our university during the 4th year of education.

CONTENTS OF THE 1ST SECTION OF THE COURSE

This course consists of four sections. In the first students get acquainted with documents and the materials reflecting the content of school chemical education. The second section is devoted to the training process – formation at school students of chemical knowledge and practical abilities, and also to methods of checking of their knowledge. When studying the third section of the course students get acquainted with the activity of the teacher promoting development of intellectual opportunities of pupils. The fourth section is devoted to education of pupils, formation at them the world outlook and ecological knowledge at chemistry lessons.

During the autumn semester students get acquainted with documents and materials reflecting the content of education – the law on education, the subject concept, the school curriculum, the program of the subject matter and the textbook.

Considering the contents of the school course of chemistry, students get acquainted with its various ideas in constructions. The main attention is paid to A. A. Grabetsky and V. Nanov's ideas which allocate the main subsystems of chemical concepts – about chemical element and substance

66

and about chemical reaction – chemical system, kinetics, energetics and the transformation mechanism. They show that the development of these concepts happens at the allocated theoretical levels applicable to the general natural - scientific theories. In the logical relation the course developed by them is close to Kannitsaro, Butlerov, Mendeleyev's courses as its structure reflects the structure of the double logical ascension of the basic concepts.

The training courses of chemistry applicable to this structure have a number of advantages before others, constructed in different logical schemes. Firstly, between structural elements of such courses (more accurately between signs of the content of concepts) the greatest number of connections are formed which promotes the best understanding by school students of both elements and the course as a whole. Secondly, such course with its internal contents corresponds to the principle of historicism as it carries out the development of chemical knowledge of school students through chemical paradigms of last years. Here students get acquainted with a matrix method of the analysis of logicality of the course as well.

In the same section modern working programs of courses of chemistry are considered. The attention to requirements to knowledge and abilities of school students – personal, metasubject and subject is thus paid. And though some characters who knew neither didactics nor teaching techniques probably spent long hours trying to work out the names for these groups, nevertheless students can be shown that subject requirements represent requirements to knowledge and practical abilities of school students, metasubject requirements are requirements mainly to development of pupils, and personal requirements are splinters from former requirements to education of school students.

Then we refer to the textbook. Here the textbook structure as educational book is revealed. The main thing here is the analysis of different types of texts and also the organization of assimilation of the material by pupils and orientations in the book.

When studying the first section of the course students perform 5 practical tasks. In them they have to prepare and substantiate the school curriculum, to conduct the analysis of the program for chemistry lessons and to prove suitability of it for the training organization, to carry out the analysis of the textbook and to state reasonable judgments about quality of the book, and also to define completeness of reflection in the textbook of logical structure of the course, that is to determine possibility of teaching by this textbook.

67

CONTENTS OF THE 2ND SECTION OF THE COURSE

The second section of the course is devoted to planning of educational process and its carrying out. Here students get acquainted with the principles of construction of thematic planning and lesson abstracts.

In the same section the lesson as the main form of education, its compound parts, various types of lessons, etc. is considered.

As this section is devoted to methods of training of school students, the questions connected with explanation of material and types of explanation are considered here. In the same section questions of modeling of explanation are considered, and also why the explanation can seem difficult, what designs of the explanation make it difficult and how to make the explanation clear and interesting. After the explanation students are acquainted with questions of examination of school students. The examination system and the types of checks are being clarified. The important role during consideration of examination is given to formulation of questions and tasks, their validity and levels.

When studying the second section students perform 7 practical tasks such as planning of a lesson and a thematic plan, drawing up abstracts of explanation of the same material in different logical schemes. When studying this section students prepare tasks for various conditions of preliminary check, a task for the current check and for thematic examination. Thus they perform work on examination check on elements of knowledge. During the last years students prepared the examination of elements of knowledge in order to better define what knowledge of pupils would be checked by them.

The end-of-term test on the termination of a winter semester is passed by those students who successfully pass all the tasks. In the course of delivery of works they have to show understanding of work, knowledge of the main terminology and validity of their decisions. Students carry out delivery of works at seminars during the semester.

CONTENTS OF THE 3RD SECTION OF THE COURSE

The third section of the course – "Development of pupils by means of the subject" includes two main subsections. In the first of them formation processes of separate intellectual operations of pupils, such as storing, supervision, main thing allocation, comparison, analysis, synthesis classification, generalization, the proof, etc. are considered. In the second

68

subsection methods of development of thinking processes of pupils are considered.

It should be noted that there are quite enough of objects on which it is possible to form intellectual operations in the course of chemistry teaching. In the course of studying of the first subsystem of concepts about chemical element and substance pupils have to output concepts about their classes, to compare formula and structure of various substances, to carry out their classification, etc. It is not less important that intellectual operations are formed when studying chemical reactions. But fast rate of learning of the material doesn't allow the teacher to diversify methodical receptions and situations at lessons. As a result studying of a new material turns into long, and the main thing boring monologues of the teacher. Thereby, only explanatory and illustrative methodical situation is used at which the pupils only have to remember and reproduce the training material. Development of pupils in such conditions practically doesn't happen.

"The practical didactics" course shows methods of creation of search situations, for the solution of which the pupils have enough theoretical knowledge. Creation of truly problem situations at lessons when for solution of which the pupils need to fill up their theoretical knowledge, isn't considered at classes on practical didactics. The reason for it is that it is impossible to create such situations at average lessons. Entry of pupils into a problem, understanding of need to fill up their knowledge, the replenishment itself and then solution of the problem demands a lot of time. Namely time for chemistry teaching is not enough because of congestion of the curriculum. To help pupils to define the problem quicker and to find a way out of it without destroying the problem situation itself is impossible.

The section of development of pupils by means of the learning subject is finalised by consideration of the question of development of speech of school pupils. In the manual we used the results of research conducted by O. V. Radayeva.

Speech development is a specific matter. At chemistry lessons pupils have to master chemical language. Along with it the knowledge of native language is getting improved too. Such bilingualism presents considerable difficulties in the subject development for pupils. Various methods of development of the chemical and native speech of school students which students have to master have been developed.

In the course of studying of the third section of the course students have to perform about 15 tasks, such as: drawing up of a plan of paragraphs of

69

the textbook with allocation of the main thoughts in it, drawing up exercises for pupils in which they have to use various intellectual operations, identification of essential and insignificant signs of various concepts, drawing up abstracts of explanation with usage of methods of analysis and synthesis, etc.

CONTENTS OF THE 4TH SECTION OF THE COURSE

The fourth section of the course "Practical Didactics" is devoted to education of school pupils. Process of education of pupils assumes instilling of the idea of materiality of the world in them, and also the understanding of environmental problems facing the mankind.

When studying this section the students are explained the main types of education implemented in the course of chemistry teaching, are acquainted with the system of world outlook knowledge and methodical conditions of their formation.

It is known that the training course represents the system of generalizations on various levels – from pure - chemical to philosophical. Already usual understanding of concepts represents generalization, classification of various chemical objects. Consolidation of chemical reactions possessing similar properties in separate groups also represents generalization of knowledge.

Generalization is also consideration of chemical concepts at various theoretical levels which include atomistics, the periodic law, the theory of the structure of atom, the ionic theory and initial modern representations. Thereby in the course of training the pupils are led through some various levels of generalization of chemical knowledge.

In the explanatory note to working programs world outlook ideas which need to be created at school students are specified. These ideas also represent generalizations.

If systematically carry out work on education of school students, formation the world outlook and ecological knowledge at them throughout the whole course, then completion of studying of the subject won't be terminated as a casual chemical question but will be finalised with generalization of knowledge of substance and chemical reaction and the role of this knowledge as for the society in general, as for a certain person.

In the course of studying of the fourth section students perform 3 tasks, such as: identification of systems of generalization in school chemistry

70

courses; drawing up examples of life ecological situations for assessment of which pupils have to make a moral choice or a moral appraisal; drawing up examples of life ecological situations at which a school student has to draw up the plan of his actions.

The end-of-term test is also to be passed in the end of the spring semester by the students who have independently performed and handed over all practical tasks.

CONCLUSION

Totally during the course studying students have to perform about 30 practical tasks. That is why the course is called practical didactics. Formation of important in the methodical relation abilities of students affects the efficiency of pedagogical practice, carried out on the 4th and the 5th levels of education. The developed abilities will also assist the fastest adaptation of the young teacher at school. And it has to affect the improvement of quality of school education in the future.

Thus, the introduction of the course "Practical Didactics" on the fourth year of education of the Natural - Scientific faculty of the Moscow Regional State University, where teachers of chemistry and biology are trained, is really important.

REFERENCES

Minchenkov, E. E. 2008. Practical didactics. Moscow: MGOU Publishing House.

71

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ ДИДАКТИКИ ХИМИИ В ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ

В СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ

Ольга Зорькина, Наталья Фирстова, Наталья Волкова, Александр Вернигора

Естественнонаучный факультет, Пензенский государственный университет, Пенза, Россия

[email protected], nfirst@ yandex.ru, [email protected], [email protected]

Аннотация В статье рассмотрены основные направления развития методики преподавания химии в высшей школе в подготовке педагогических кадров. Представлены новые методы и технологии, которые отвечают требованиям современного общества и новые стандарты российского образования. Авторы показывают отличительные особенности ФГОС 3 поколения для высшей школы и ФГОС 2 поколения для средней школы от образовательных стандартов, действующих ранее. Дана характеристика основных дисциплин, включенных в учебные планы по ФГОС 3 поколения и изучающих методику преподавания химии. Авторы рассказывают об опыте преподавания методики химии при подготовке учительских кадров в Пензенском государственном университете. Реализация профессиональных компетенций осуществляется на лекциях, практических занятиях, при про-хождении педагогической практики в школах города, при подготовке выпускной квалификационной работы. Учебные планы большинства педагогических вузов вводят дисциплины по методики обучения химии «Современные технологии обучения химии», «Проблемы содержания обучения химии», «Методика решения задач по химии», «Внеклассная работа по химии». Авторы показывают цели и задачи каждого курса и его содержание.

Ключевые слова Методика. Химия. Современность.

Current Trends in Development of Didactics of Chemistry in the Preparation of Teachers in Modern Russia

Abstract In the article basic directions of development of methodology of teaching of chemistry are considered at higher school in training of pedagogical personnels. New methods and technologies that answer the requirements of modern society and new standards of




72

Russian education are presented. Authors show the distinctive features of ФГОС 3 generations for higher school and ФГОС 2 generations for high school from educational standards operating before. Description of the basic disciplines plugged in curricula on ФГОС 3 generations and studying methodology of teaching of chemistry is Given. Authors tell about experience of teaching of methodology chemistry at training of teaching personnels in the Penza State University. Realization of professional competenses comes true on lectures, practical employments, at passing of pedagogical practice in schools of city, at preparation of final qualifying work. The curricula of most pedagogical institutions of higher learning enter disciplines for methodologies of educating of chemistry "Modern technologies of educating of chemistry", "Problem of maintenance of educating of chemistry", "Methodology of decision of tasks on chemistry", "Extracurricular work on chemistry". Authors show aims and tasks of every course and his maintenance.

Keywords The Technique. Chemistry. Modernity.

Крупномасштабная реформа Высшего профессионального образо-

вания (ВПО) России ведет свое начало с 2003 года, когда Россия присоединилась к Болонской Конвенции по высшему образованию. В 2007 году в Российское законодательство были внесены необхо-димые изменения, а в 2009 году они вступили в силу. В результате на смену пятилетнего обучения специалиста, традиционно существо-вавшего в системе ВПО России, пришла многоступенчатая система: нижняя ступень – подготовка бакалавра, средняя ступень – ма-гистратура, высшая ступень – получение степени доктора наук (ранее кандидата наук). Наряду с этими изменениями в российском ВПО появились и другие атрибуты – обязательства стран-участниц Болонского процесса: отказ от старых учебных планов и разбивка дисциплин на модули, переход от знание-ориентированного подхода к компетентностному. Под термином компетенция понимается спо-собность применять знания, умения и личностные качества для успешной деятельности в определенной области.

Все названные изменения прописаны в федеральном госу-дарственном образовательном стандарте (ФГОС) третьего поколения (2006-2010 г.), основные положения которого широко, а часто кри-тично, обсуждаются в среде российских ученых и работодателей (Байденко В. И., 2005, Сухомлин В. А., 2009). Особенно часто по-добные критические замечания звучат в адрес введения бакалавриата

73

по медицине, сложным технологиям, наукоемким направлениям и пе-дагогике.

Тем не менее, всероссийская реформа высшего образования, на-копленные в педагогической науке и практике знания, несогласо-ванность предыдущих стандартов с рынком труда, выдвигающего новые требования к подготовке будущих учителей, повлекли и ши-рокомасштабную модернизацию педагогического образования.

Сегодня в России педагогическое образование является одним из направлений подготовки ВПО, подтверждаемого присвоением лицу квалификации (степени) «бакалавр». Отличительной особенностью образовательных программ бакалавров является включение более широкого, нежели ранее, спектра психолого-педагогических и обще-профессиональных дисциплин, освоение которых позволит студенту понять и оценить историю, современное состояние и достижения науки и образования.

Многие вузы России открывают магистерское направление «Педа-гогическое образование», в частности, по магистерским программам «Химическое образование» и «Теория и методика преподавания химии». Обучение по ним осуществляется в течение двух лет.

Модернизация современного высшего педагогического образо-вания инициировала реформирование школы (ФГОСы второго поко-ления). В 2009 году вышел приказ Министерства образования и науки Российской федерации об утверждении и введении в действие ФГОС начального общего образования, в 2010 году – общего образования, а в 2012 году – ФГОС среднего (полного) общего образования. Методологической основой ФГОС является системно-деятельностный подход, основная идея которого – знание в действии.

Отличительными особенностями ФГОС второго поколения является, с одной стороны, сохранение лучших традиций школьного россий-ского образования, а с другой – переориентирование на новые об-разовательные результаты. Основные требования к результатам деятельности обучающихся во ФГОС представлены как предметные (знания и умения, опыт творческой деятельности), метапредметные (способы деятельности в обучении и при решении проблем в ре-альных жизненных ситуациях) и личностные (система ценностных отношений, интересов, мотивации учащихся). В соответствии с но-выми требованиями к результатам образования меняется и содержа-ние образования. Теперь это не только традиционные «знания», «умения» и «навыки», которые отражают систему теорий, понятий и методов школьных дисциплин. Состав содержания дополняется

74

«деятельностной» составляющей, то есть, должен отражать пред-ставления о структуре учебной деятельности на разных этапах обуче-ния и при разных формах ее организации. (Дозморова Е. В., 2010).

Такое понимание результатов и содержания образования требует обращения к технологиям личностно-ориентированного разви-вающего обучения и обновления традиционной оценочной деятель-ности педагога, перестройки деятельности практикующего учителя и подготовки выпускника педагогического вуза, внесения изменений в учебные планы направления подготовки «Педагогическое образо-вание», а также в содержание дисциплины «Методика обучения и воспитания».

Российское школьное химическое образование всегда отличал высокий уровень обучения, который стремятся сохранить практи-кующие сегодня учителя, а в будущем должны поддерживать и ны-нешние выпускники. Они должны четко ориентироваться во всем многообразии авторских курсов современного федерального перечня. Должны уметь анализировать и применять новые педагогические тех-нологии обучения химии на этапах пропедевтики, основной школы, а также средней школы базового, профильного и углубленного уровней. Уметь проектировать содержание факультативных и элективных курсов по химии, а также различных форм внеклассной работы. Уметь грамотно осуществлять различные типы контроля за качеством обучения химии в рамках проверочных и контрольных работ, итоговой аттестации выпускников основной и средней школы, в том числе в форме государственной итоговой аттестации (ГИА) в 9 классе и единого государственного экзамена (ЕГЭ) в 11 классе.

Безусловно, весь этот спектр знаний не может быть включен в содержание только одной дисциплины «Методика обучения и во-спитания (химия)», которая изучается на протяжении трех семестров и является дисциплиной базовой (общепрофессиональной) части про-фессионального цикла. Учебные планы разных педагогических вузов России имеют свои особенности в части дисциплин вариативной (профильной) части, а также дисциплин по выбору. Однако, в боль-шинстве своем, придерживаются требований системно-деятельност-ного подхода к обучению в школе, и вводят в свои учебные планы такие дисциплины как «Современные технологии обучения химии», «Проблемы содержания обучения химии», «Современные средства оценивания результатов обучения», «Методика решения задач по химии», «Внеклассная работа по химии» и т.п.

75

Главная задача курса «Методика обучения химии» – это обеспе-чение будущего учителя химии знаниями и умениями, необходимыми для работы в школе. Эта задача решается в российской дидактике с позиции трех функций обучения: образовательной, воспитательной и развивающей. Курс «Методика обучения химии» в современных российских педагогических вузах сформирован в три крупных блока (Чернобельская Г.М., 2010). Первый этап рассматривает сущность содержания школьного курса химии в свете современных дидак-тических требований, а также воспитывающую и развивающую функцию учебного предмета химии в школе. Второй этап включает ознакомление с организацией процесса обучения химии: методами (словесными, словесно-наглядными, словесно-наглядно-практически-ми), средствами (пособия для учителя, учебники, оборудование ка-бинета химии в школе), формами (урок, факультативные занятия, внеклассная работа) обучения химии. Особое внимание уделяется подготовке учителя к уроку, анализу урока химии, методике использования в обучении химических задач контролю результатов обучения химии (устный, письменный, экспериментальный). Третий этап изучения дисциплины «Методика обучения химии» включает обобщенное рассмотрение конкретных вопросов в преподавании химии в школе. Оно включает формирование и развитие важнейших теоретических концепций и понятий курса химии в школе: атомно-молекулярного учения, Периодического закона и периодической системы Д.И. Менделеева, строения вещества в курсе неорганической и органической химии, теории электролитической диссоциации, системы понятий о химической реакции, изучение основ химических производств. Некоторые авторы учебников для будущих учителей (Габриелян О.С. и соавт., 2009) обращаются также к вопросам модернизации школьного химического образования, пропедевтике, анализу авторских курсов федерального перечня учебников по химии, а также источникам учебной информации по химии (библиотеки, интернет).

В рамках дисциплины «Современные технологии обучения химии» студенты изучают технологии проблемного, проектного, модульного, программированного, дифференцированного, развивающего обучения, личностно-ориентированные приемы обучения, технологии органи-зации самостоятельной работы обучающегося, исследовательские технологии обучения, технологию игрового обучения (Зайцев О.С., 2012, Сальникова Т.П., 2007., Тряпицына А.П., 2006.). Особое место отводится информационным технологиям обучения химии. И это не

76

случайно, ведь одной из ключевых образовательных компетенций, прописанной во ФГОС, является информационная. Эта компетенция предполагает формирование у учащихся умения при помощи реальных объектов и информационных технологий осуществлять поиск, анализировать и отбирать необходимую информацию, орга-низовывать, преобразовывать, сохранять и передавать ее. Таким образом, для достижения поставленных целей, современный учитель, а, следовательно, и выпускник педагогического вуза должен уметь использовать цифровые учебно-методические материалы.

Цель изучения дисциплины «Проблемы содержания обучения химии» состоит в овладении студентами системой знаний о совре-менных проблемах содержания обучения химии в общеобразова-тельных учреждениях. Реализация поставленной цели осуществляется при ознакомлении студентов с целями и задачами химического образования, содержанием основных нормативных программно-ме-тодических документов, регламентирующих содержание и структуру химического образования (ФГОС второго поколения). Важной со-ставляющей дисциплины «Проблемы содержания обучения химии» является изучение методологии отбора содержания курса неорга-нической, органической и общей химии, структуры учебно-методи-ческих комплектов разных авторов, требований обязательного минимума содержания и программ базового и профильного хими-ческого образования.

Введение в перечень дисциплин учебного плана бакалавров на-правления подготовки «Педагогическое образование», профиля «Химия» курса «Современные средства оценивания результатов обучения», обусловлено особыми требованиями ФГОС среднего (общего) образования к результатам деятельности обучающихся. В рамках данного курса студенты знакомятся с методикой проведения предварительного, текущего (поурочного), тематического (еженедель-ного), промежуточного и итогового (рубежного, экзамен) контроля. Составляют примерные задания для каждого из них, включая задания вариативной части билетов. Особое внимание в нашем вузе мы уделяем составлению заданий практико-ориентированного характера для промежуточного и итогового контроля. Такие задания под-разумевают проведение химического эксперимента, для решения теоретической задачи и вооружают будущего учителя методиками грамотной организации подготовки учащихся к ГИА и ЕГЭ.

Важной составной частью обучения химии в школе является умение решать качественные и расчетные задачи. Вопросы орга-

77

низации этой составляющей деятельности учителя рассматриваются в нашем вузе при изучении дисциплины «Методика решения задач по химии». На лекционных и практических занятиях студенты изучают типологию задач и их классификацию, основы методики составления и решения школьных задач базового и усложненного уровней по химии, изучают материал о месте и роли химических задач в процессе обучения химии в школе, методические приемы обучения школьников решению задач различного вида и содержания. Особое внимание уделяется качественным и расчетным задачам с межпредметным, экологическим и прикладным содержанием, тестовым задачам, за-дачам ГИА и ЕГЭ.

Еще одним приоритетным направлением учебно-воспитательного процесса в российском образовании является внеклассная работа. Признано, что устойчивый интерес к школьному предмету «Химия» отмечается именно у тех учителей, которые гармонично сочетают уроки и внеурочную деятельность. Разнообразные формы и способы организации внеклассной работы являются предметом изучения дисциплины «Внеклассная работа по химии». Лекционный курс, а также практические занятия предусматривают рассмотрение кла-ссификации и методики организации массовой, групповой и ин-дивидуальной внеклассной работы (Курганский С.М., 2007, Чернобельская Г.М., 2010). Особое внимание уделяется способам организации исследовательской деятельности учащихся. Традицион-ными формами внеклассной работы в современной российской школе являются тематические вечера по химической тематике, химические олимпиады, научно-практические конференции, дни или недели химии, химические тематические кружки, подготовка к конференции, к олимпиаде, к поступлению в вуз, экскурсии на предприятия и в хи-мические лаборатории. Грамотный подход к организации и про-ведению этих мероприятий позволяет учащимся проявить свои интеллектуальные способности, а учителю ориентировать школьни-ков на профессии, связанные с химией.

Большую роль в формировании представления выпускника на-правления подготовки «Педагогическое образование», профиля «Химия» о значимости и формах профориентационной работы с учащимися играет учебная технологическая практика. В рамках этой практики студенты знакомятся с предприятиями и организациями региона, имеющими химический, химико-технологический и био-химический профиль. Приобретают практические навыки работы с современным оборудованием. Знакомятся с важнейшими профес-

78

сиями работников химической промышленности и с организацией производств, изучаемых в курсе химии в школе. Получают инфор-мацию для проведения профориентационной работы, необходимой в будущей профессиональной деятельности учителя химии. Про-должают обучение методике проведения экскурсий на предприятия для учащихся средних школ. Этот вид деятельности очень актуален в нашем Пензенском регионе и осуществляется учителями в рамках проекта «Промышленный туризм».

Многие из обозначенных выше направлений деятельности совре-менного учителя химии отрабатываются студентами в рамках вы-полнения выпускных квалификационных работ. Содержание разработок выпускных квалификационных работ студентов, выполняемых на кафедре «Химия и теория и методика обучения химии» ПГУ проходит обязательную апробацию. Она осуществляется при подготовке учащихся к олимпиадам разного уровня, в классах с углубленным изучением химии, а также в рамках педагогической практики студентов.

Педагогическая практика бакалавров проводится на третьем и четвертом году обучения. Цель педагогической практики состоит в реализации образовательных программ и учебных планов при выполнении студентом функции учителя химии и классного руководителя в средних учебных заведений, лицеях и гимназиях. На третьем курсе педагогическая практика проходит в восьмых и девятых классах, а на выпускном курсе – в десятых и одиннадцатых классах, под руководством методистов университета и ведущих учителей города и области.

В ходе педагогической практики студент знакомится с типом и основными направлениями учебно-воспитательной работы учебного заведения, педагогической деятельностью классного руководителя и учителя химии по организации учебной и воспитательной работы с учащимися класса, с опытом организации работы школьного ка-бинета химии, каталогом типового оборудования, методическим комплексом, техническими средствами и дидактическим материалом кабинета. Студент также изучает комплекс диагностических методик, применяемых для изучения ученического коллектива и личности учащегося, опыт методической работы учителя химии и воспита-тельной работы классного руководителя. Производственно-экспери-ментальный этап педагогической практики включает «Практику пробных уроков химии»: подготовку и проведение не менее 6 уроков и практических занятий по химии на третьем курсе и не менее 10

79

уроков на четвертом курсе. Такая практика позволяет студенту за-крепить теоретические и практические навыки по разделам психо-лого-педагогического цикла, а также методики обучения химии.

Таким образом, дидактика химии в России на современном этапе претерпевает большие изменения, однако, опыт и педагогическое мастерство учителей и преподавателей педагогических вузов позволят выстроить новую систему подготовки педагогических кадров и обес-печить ее результативность.

ЛИТЕРАТУРA

Байденко, В. И., 2005. Россия в Болонском процессе : проблемы, задачи, перспективы. Москва: Высш.образование сегодня. № 5.

Габриелян, О. С. Остроумов, И. Г., Краснова, В. Г., Сладков, С. А., 2009. Теория и методика обучения химии: учеб. для студ. высш. учеб. заведений. Москва: Издательский центр «Академия».

Дозморова, Е. В., 2010. Новая система оценивания образовательных результатов. Томск: ТОИПКРО,.

Зайцев, О. С., 2012. Практическая методика обучения химии в средней и высшей школе. Учебник. Москва: Издательство КАРТЭК.

Курганский, С. М. 2007. Внеклассная работа по химии: Викторины и химические вечера. Москва: % за знания.

Сальникова, Т. П., 2007. Педагогические технологии: Учебное пособие. Москва. ТЦ Сфера.

Тряпицына, А. П. 2006. Современные педагогические технологии в профильном обучении. Учеб-метод. пособие для учителей. Санкт-Петербург: КАРО.

Чернобельская, Г. М., 2010. Теория и методика обучения химии. Москва: Дрофа.

80

PREGRADUÁLNÍ PŘÍPRAVA UČITELE PRIMÁRNÍ A PREPRIMÁRNÍ ŠKOLY V OBLASTI PŘÍRODOVĚDNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ

Alena Berčíková, Jitka Petrová Pedagogická fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, Česká republika

[email protected], [email protected]

Abstrakt Příspěvek představuje reflexi pregraduální přípravy učitele primární a preprimární školy v oblasti přírodovědného vzdělávání v rámci studia oborů: Učitelství pro mateřské školy, Učitelství pro 1. stupeň základní školy na katedře primární a preprimární pedagogiky, Pedagogické fakulty, Univerzity Palackého v Olomouci. Vzhledem k roz-sahu příspěvku a zaměření konference se autorky soustředí na environmentální vzdělávání, výchovu a osvětu a na blízké předměty. Jelikož se obsah současného předškolního a základního vzdělávání odvíjí od kurikulárních dokumentů – rámcových vzdělávacích programů – nejprve se autorky v příspěvku zaměří právě na ukotvení environmentálního vzdělávání, výchovy a osvěty v těchto dokumentech, kdy sledují ukotvení sledované problematiky. V následující části budou představeny předměty, které studenti během studia absolvují. Předměty budou podrobeny, za užití kritérií sta-novených v souladu s kurikulárními dokumenty, reflexi. V poslední části příspěvku jsou uvedeny akce a představeni participanti, kteří se na přípravě studentů podílejí. V neposlední řadě autorky uvedou základní informace o právě realizovaném projektu typu FRUP: Modernizace a podpora interaktivity výuky integrovaného přírodovědného a společenskovědního základu.

Klíčová slova Environmentální vzdělávání, výchova a osvěta, pregraduální příprava, studenti, Učitelství pro mateřské školy, Učitelství pro 1. stupeň základních škol.

Undergraduate Preparation of Primary and Pre-primary Schools Teacher in Environmental Education

Abstract This contribution presents undergraduate preparation for the teacher of primary and preprimary schools in the area of environmental education in the framework of studies: Teaching for preprimary schools, Teaching for the 1. grade of primary schools in the Department of Primary and Pre-primary Education, Faculty of Education, Palacký University Olomouc. Considering the scale of this contribution and focus of the conference, authoress concentrate on environmental education, education and


81

enlightenment and other related subjects. Since content of contemporary preschool and elementary education draws on from curricular documents – The Framework Education Programme – authoress initially focus on anchorage of the environmental education, upbringing and enlightenment in these documents, where they trace the anchorage of tracked issues. In the following part they present subjects that students must pass during their studies. Those subjects are submitted to reassessment, using given criteria from curricular documents. In the last part of the contribution are mentioned actions related to students' preparation and presented participants on students' preparation. Last but not least authoress bring in basic information on just realized FRUP type project: Modernization and support of interactivity in education of integrated scientific and social science knowledge base.

Keywords Environmental education and awareness, undergraduate training, students, teaching for nursery school, teaching for primary school, student.

ÚVOD

Problematika environmentálního vzdělávání, výchovy a osvěty (dále EVVO) je v současné době velice aktuální, je zakomponována do kurikulárních dokumentů, jsou vydány strategické a metodické dokumenty. To vše má vést k osvojení a prohloubení klíčových kompetencí (dále KK) ve sledované oblasti. Aby byl člověk v dospělosti zodpovědný a schopný chránit a pečovat o své životní prostředí, je vhodné položit základy KK již v dětském věku. To ovšem není možné bez kvalitně a odborně vybavených učitelů preprimární a primární školy. Jejich příprava probíhá na středních a především vysokých školách. Na katedře primární a preprimární pe-dagogiky studují budoucí učitelé 1. stupně základních škol a učitelé mateřských škol. K jejich vzdělávání patří i příprava v oblasti EVVO. Termín EVVO používáme v souladu s Metodickým pokynem Ministerstva školství mládeže a tělovýchovy (dále MŠMT) k zajištění EVVO (2008).

EVVO A JEJÍ UKOTVENÍ V KURIKULÁRNÍCH DOKUMENTECH

Abychom mohli provést reflexi, je nutné stručně představit kurikulární dokumenty a stanovit kritéria, která v rámci reflexe dokumentů sledujeme.

Rámcové vzdělávací programy tvoří státní úroveň kurikulárních do-kumentů České republiky. Kromě vzdělávacího obsahu vymezují mimo jiné podmínky vzdělávání, pokyny ke vzdělávání dětí se speciálními vzdě-lávacími potřebami a dětí mimořádně nadaných, zásady pro zpracování školních vzdělávacích programů, metodické poznámky.

82

Rámcový vzdělávací program pro předškolní vzdělávání (dále RVP PV) RVP PV je závazný kurikulární dokument, podle kterého pracují

mateřské školy zapsané do rejstříku škol MŠMT povinně od 1. 9. 2007. Stanovuje vzdělanostní základ nebo také rámec, na který navazuje povinné vzdělávání a následující vzdělávací etapy, vymezuje hlavní požadavky, podmínky a pravidla pro institucionální vzdělávání dětí předškolního věku.

V první části jsou uvedeny principy předškolního vzdělávání, rámcové cíle vyjadřující univerzální záměry předškolního vzdělávání a KK. KK jsou chápany jako cílové kategorie předpokládaných vědomostí, dovedností, schopností, postojů a hodnot důležitých pro rozvoj dítěte. Jejich naplňování v předškolním věku je základ pro celoživotní vzdělávání jedince. KK jsou formulovány do pěti základních skupin: kompetence k učení, kompetence k řešení problémů, kompetence komunikativní, kompetence sociální a per-sonální, kompetence činnostní a občanské (RVP PV, 2004, s. 9). Dále jsou KK rozpracovány ve vzdělávacím obsahu RVP PV.

Samotný vzdělávací obsah je rozpracován do vzdělávacích oblastí, který je hlavní prostředek vzdělávání dítěte v mateřské škole. Vzdělávací obsah je upořádán do pěti vzdělávacích oblastí – Dítě a jeho tělo (biologická), Dítě a jeho psychika (psychologická), Dítě a ten druhý (interpersonální), Dítě a společnost (sociálně-kulturní), Dítě a svět (environmentální) a díky své propojenosti a provázanosti tvoří flexibilní systém. Každá oblast má stejnou strukturu, obsahuje: dílčí cíle, vzdělávací nabídku, očekávané výstupy a rizika (RVP PV, 2004, s. 15). Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání (dále RVP ZV)

Dítě ukončující předškolní vzdělávání by mělo dosahovat KK v takové kvalitě, aby vstup do základní školy byl harmonický. Proto také oba kurikulární dokumenty na sebe bezprostředně navazují a RVP ZV, vzhledem k věkovým zvláštnostem dítěte mladšího i staršího školního věku, rozvijí základy KK položených již během předškolního vzdělávání.

RVP ZV vymezuje vše nezbytné v povinném základním vzdělávání žáků, specifikuje úroveň KK, vymezuje vzdělávací obsah, zařazuje jako závaznou součást základního vzdělávání průřezová témata. Na RVP ZV navazují kurikulární dokumenty pro střední školy.

Struktura tohoto dokumentu se příliš neliší od struktury RVP PV. Odlišuje se ale obsahově. Za nejdůležitější odlišnosti považujeme: KK jsou rozšířeny o oblast pracovních kompetencí, vzdělávacích oblastí je o čtyři více a jsou tvořeny buď jedním vzdělávacím oborem, nebo více obsahově blízkými vzdělávacími obory, které tvoří suboblasti. Cíle se vztahují k celé oblasti, ale každá suboblast obsahuje očekávané výstupy a učivo. Také je

83

v každé oblasti vymezená část pro 1. a 2. stupeň základního vzdělávání. Dále RVP ZV obsahuje doplňující vzdělávací obory, průřezová témata a rámcový učební plán.

V první části se dokument věnuje charakteristice, cílům a KK dosažitelných během základního vzděláváním. Ty jsou rozděleny do následujících oblastí: kompetence k učení, kompetence k řešení problémů, kompetence komunikativní, kompetence sociální a personální, kompetence občanské, kompetence pracovní (RVP ZV, 2007, s. 14).

Ve vzdělávacím obsahu RVP ZV je učivo chápáno jako prostředek k osvojení činnostně zaměřených očekávaných výstupů, které se postupně propojují a vytvářejí předpoklady ke komplexnímu využívání získaných schopností a dovedností na úrovni klíčových kompetencí (RVP ZV, 2007, 18).

Obsah je rozdělen do devíti vzdělávacích oblastí, v závorce jsou uvedeny suboblasti:

- Jazyk a jazyková komunikace (Český jazyk a literatura, Cizí jazyk) - Matematika a její aplikace (Matematika a její aplikace) - Informační a komunikační technologie (Informační a komunikační

technologie) - Člověk a jeho svět (Člověk a jeho svět) - Člověk a společnost (Dějepis, Výchova k občanství) - Člověk a příroda (Fyzika, Chemie, Přírodopis, Zeměpis) - Umění a kultura (Hudební výchova, Výtvarná výchova) - Člověk a zdraví (Výchova ke zdraví, Tělesná výchova) - Člověk a svět práce (Člověk a svět práce), (RVP ZV s. 18). Na základě kurikulárních dokumentů si pak školy vytvářejí své školní

vzdělávací programy (dále ŠVP), které představují školní úroveň kuri-kulárních dokumentů. Jelikož školám tato koncepce umožňuje volbu pro-středků, metod a postupů pro naplňování vzdělávacího obsahu, spatřujeme zde proto i velký prostor pro uplatnění EVVO, ve které se škola může profilovat a hlavně reagovat na aktuální problémy daného regionu, s využitím prostředků respektující zájmy dětí a žáků. K významným vzdělávacím prostředkům můžeme řadit například sociální a interaktivní hry, „eko“ hry, aktivity podporující sbližování dětí, činnosti na porozumění pravidlům, činnosti na poznávání sociálního prostředí, četba a vyprávění pohádek a příběhů s etickým obsahem a poučením, sledování událostí ve svém okolí, pozorování životních podmínek atd. (Šmelová, 2010). EVVO může být přímo zakomponována do ŠVP, nebo škola vypracovává školní program EVVO.

84

Reflexe kurikulárních dokumentů V následujícím textu provedeme stručnou reflexi RVP PV a RVP ZV

se zaměřením na ukotvení EVVO. V rámci reflexe RVP ZV se zaměřujeme pouze 1. stupeň základního vzdělávání. V souladu s Metodickým pokynem MŠMT k zajištění EVVO a také s ohledem na odlišnosti kurikulárních dokumentů, stanovujeme kritéria: samostatně stojící vzdělávací oblast, průřezové téma jako závazná součást RVP ZV, provázanost vzdělávacího obsahu vzhledem k EVVO/mezipředmětové vztahy, metody vhodné pro aplikaci EVVO, výskyt problematiky v očekávaných výstupech, ve vzdě-lávací nabídce/učivu, v klíčových kompetencích.

Tab. 1: Reflexe RVP PV.

Kritérium 1 100-80%

2 80-60%

3 60-40%

4 40-20 %

5 20-0%

samostatně stojící vzdělávací oblast X

průřezové téma X provázanost vzdělávacího obsahu vzhledem k EVVO X

Metody X výskyt v očekávaných výstupech X

výskyt v učivu/vzdělávací nabídce X

výskyt v klíčových kompetencích X

legenda: 1 nejvíce, 5 nejméně

Komentář: RVP PV obsahuje 5 různých vzdělávacích oblastí, přičemž každá je zaměřená na jinou problematiku. Z reflexe vyplynulo, že pro-blematika EVVO se odráží ve všech oblastech a to i přesto, že v RVP PV je jedna oblast vzdělávacího obsahu věnována právě EVVO.

Jak z reflexe vyplynulo, průměrně se výskyt EVVO ve vzdělávací na-bídce, očekávaných výstupech a KK pohyboval mezi 30 % a 40 %.

Metody doporučené v RVP PV jsou vhodné a využitelné při aplikaci EVVO do edukačního procesu mateřské školy. Tato zjištění hodnotíme po-zitivně.

RVP PV průřezová témata neobsahuje.

85

Tab. 2: Reflexe RVP ZV.

Kritérium 1 100-80%

2 80-60%

3 60-40%

4 40-20 %

5 20-0%

samostatně stojící vzdělávací oblast X

průřezové téma X provázanost vzdělávacího obsahu vzhledem k EVVO X

Metody X výskyt v očekávaných výstupech X

výskyt v učivu/vzdělávací nabídce X

výskyt v klíčových kompetencích X

legenda: 1 nejvíce, 5 nejméně

Komentář: RVP ZV neobsahuje problematiku EVVO jako samostatnou vzdělávací oblast, je ovšem v dokumentu rozpracována jako průřezové téma a základní škola je povinna s touto problematikou pracovat. EVVO se vyskytuje téměř ve všech oblastech kromě: Jazyk a jazyková komunikace, Matematika a její aplikace. I zde ale může učitel aplikovat téma EVVO např. při řešení slovní úlohy z matematiky, či při slohové práci.

RVP ZV hovoří o metodách v tom smyslu, že škola volí adekvátní a různorodé metody pro naplňování vzdělávacího obsahu.

Výskyt EVVO v učivu a očekávaných výstupech se pohyboval mezi 0 – 20 %, v KK v rozmezí 30 – 40 %. Toto zjištění považujeme za optimální, neboť školy mají povinnost zařazovat EVVO do edukačního procesu jako průřezové téma. SYLABY PŘEDMĚTŮ

V následující kapitole se budeme věnovat reflexi vybraných předmětů studijních programů:

- Studijní program: Specializace v pedagogice, bakalářské studium v prezenční formě. Obor: Učitelství pro mateřské školy (dále UMŠ).

- Studijní program: Učitelství pro základní školy, magisterské studium v prezenční formě. Obor: Učitelství pro 1. stupeň základních škol (dále U1ST).

86

Tab. 3: Předměty oboru UMŠ.

Předmět Roč. Statut Účast na výuce/hod.

Prerekvizita pro:

Předmět s praxí

Vhodné metody Zakončení Počet studentů

1. KPV/ PPS1M 2 A 14 EPPS NE ANO Zp. 17

2. KPV/ PPS2M 2 A 24 APVZP

APVJP NE ANO Zp. 17

3. KPV/ EVM 2 A 28 --- ANO ANO Zp. 17

4. KAZ/ VKZM 3 A 20 --- NE ANO Ko 20

5. KPV/ TPPPZ 3 B 20 --- ANO ANO Zp. 30

6. KPV/ TPPPL 3 B 10 --- ANO ANO Zp. Nepřihlášení

studenti 7. KPV/ APVZP 3 B 12 --- ANO ANO Zp. 20

8. KPV/ APVJP 3 B 12 --- ANO ANO Zp. 20

9. KPV/ EPPS 2 C 24 --- ANO ANO Zp. 14

10. KPV/ EKVM 3 C 8 --- ANO ANO Zp. Nepřihlášení

studenti

Komentář: Žádný z předmětů není zakončený zkouškou, pouze jeden kolokviem. Součástí většiny předmětů je i praktická část, metody zvolené pro edukaci studentů jsou v souladu s EVVO. Předměty jsou zařazeny až do 2. a 3. ročníku z důvodu obecné teoretické přípravy v 1. ročníku. Vzhledem k obsahu a zaměření předmětů jsou pre-rekvizity stanoveny vhodně.

1. Poznávání přírody a společnosti 1 2. Poznávání přírody a společnosti 2 3. Ekologická výchova v MŠ 4. Výchova k podpoře zdraví 5. Pobyt v přírodě - zima 6. Pobyt v přírodě - léto 7. Aktivity v předškolním vzděl. - rok v MŠ1 8. Aktivity v předškolním vzděl. - rok v MŠ2 9. Exkurze k poznávání přírody a společnost 10. Exkurze k ekologické výchově

87

Tabl. 4: Předměty oboru U1ST

Předmět Roč. Statut Účast na výuce/hod.

Prerekvizita pro

Předmět s praxí

Vhodné metody Zakončení Počet

studentů 1. KPV/ IPZP 3 A 12 ENV2P ANO ANO Zp 64

2. KPV/ ENV1P 4 A 14 --- ANO ANO Zp 56

3. KPV/ DPŘPX 5 A 42 --- ANO ANO Zp, zk 45

4. KPV/ DPRPX 4 A 36 --- ANO ANO Zp, zk 58

5. KPV/ DVLPX 5 A 15 ANO ANO Zp, zk 45

6. KPV/ IPSP 4 A 12 --- NE ANO Zk 56

7. KPV/ TPPPM 4 A 10 --- ANO ANO Zp Neuve-

deno

8. KAZ/ VYZŽS 5 B 36 --- NE

NE (pouze

monolo-gické)

Zp 36

9. KPV/ ENV2P 4 B 8 --- ANO ANO Zp 30

10. KPV/ ENV3P 4 C 24 --- ANO ANO Zp

Nepři-hlášení studenti

Komentář: Na rozdíl od oboru UMŠ jsou u tohoto oboru 3 předměty zakončeny zkouškou.

Většina předmětů má také praktickou část, kde se studenti učí hodnotit vlastní přípravy, projekty a analyzovat sledovanou skutečnost, přemýšlet o jejím možném zařazení do ŠVP (Šmelová, 2005). Pouze u jednoho předmětu byly zjištěny ne zcela dostačující metody k edukaci studentů. Vzhledem k obsahu a zaměření předmětu je prerekvizita stanovena vhodně. S EVVO se setkáváme až od 3. ročníku, a to z důvodu obecné teoretické přípravy v 1. a 2. ročníku:

1. Integrovaný přírodovědný základ 2. Environmentální výchova 1 3. Didaktika přírodovědy s praxí 4. Didaktika prvouky s praxí 5. Didaktika vlastivědy s praxí 6. Integrovaný společenskovědní základ 7. Pobyt v přírodě (branná výchova) 8. Výchova ke zdravému životnímu stylu 9. Environmentální výchova 2

10. Environmentální výchova 3

88

AKCE V RÁMCI STUDIA A SPOLUPRACUJÍCÍ ORGANIZACE

Ve spolupráci s Centrem ekologických aktivit města Olomouce - Sluňákovem se studenti výrazně podíleli na přípravě a organizaci Dnů Země, připravovaných pro děti a žáky z mateřských a základních škol města Olomouce.

Během přípravy studenti navštívily Sluňákov v Horce nad Moravou, kde je metodička seznámila s tématem, nabídla pomůcky a odbornou literaturu. Studenti poté vypracovali podrobnou přípravu na 6 stanovišť, kterými děti a žáci postupně procházeli a plnily úkoly. Příprava byla průběžně konzultována s metodikem z ekologického centra. Dny Země probíhaly ve čtyřech termínech v příjemném prostředí Rozária Botanické zahrady. Celkem proběhly 3 Dny Země pro základní školy, kterých se zúčastnilo 12 škol, 538 dětí a 1 Den Země pro mateřské školy, na který přišlo 8 škol, 222 dětí.

Tato akce byla realizována v rámci předmětů: Ekologická výchova v MŠ a Environmentální výchova 1.

Předmět Ekologická výchova v MŠ má vyšší hodinovou dotaci a tudíž studenti oboru UMŠ měli možnost absolvovat metodický seminář pro učitele MŠ ve Sluňákově.

Studenti oboru U1ST zapsaní na předmětu Environmentální výchova 2 v rámci výuky absolvovali exkurzi do Čističky odpadních vod Olomouc s odborným výkladem a metodický seminář pro učitele 1. stupně základní školy ve Sluňákově.

Další organizací, podílející se na přípravě studentů, je Vlastivědné muzeum v Olomouci. V rámci předmětu Exkurze k poznávání přírody a společnosti studenti oboru UMŠ navštívili muzeum, další výuka pro-bíhala v terénu.

Studenti oboru UMŠ také navštívili Arcidiecézní muzeum Olomouc v rámci předmětu Poznávání přírody a společnosti společně s dětmi z Mateřské školy Univerzity Palackého v Olomouci a stali se průvodci a pomocníky při prohlídce muzea interaktivní formou.

Na náslechových praxích a mikrovýstupech v rámci předmětů se podílí fakultní mateřské a základní školy. Projekt FRUP

V současné době je na pracovišti primární a preprimární pedagogiky realizován projekt FRUP s názvem: Modernizace a podpora interaktivity výuky integrovaného přírodovědného a společenskovědního základu. Pro-jekt je stanoven na 1 rok.

89

Cílem je modernizovat a inovovat, za přispění interaktivních i tradič-ních materiálů a pomůcek, výuku disciplín Integrovaný přírodovědný základ a Integrovaný společenskovědní základ ve studijním programu Učitelství pro základní školy, oboru U1ST.

Projekt se dotkne i výuky v oblasti EVVO oborů U1ST a UMŠ, neboť umožní modernizaci materiálů, pomůcek, literatury atd.

ZÁVĚR

Kurikulární dokumenty jsou závazné, školy zapsané do rejstříku MŠMT podle nich musí plánovat a realizovat edukační proces a jeho obsah. Z po-psané reflexe lze vyvodit následující závěry: EVVO je vhodně zakom-ponována do kurikulárních dokumentů, její výskyt byl zaznamenán téměř ve všech částech a oblastech dokumentů. Nutno podotknout, že tato sku-tečnost není zárukou toho, že škola bude EVVO zařazovat a realizovat ji jako svoji prioritu.

Reflexe sylabů prokázala adekvátní rozložení předmětů přírodovědného základu do pregraduální přípravy budoucích učitelů.

LITERATURA Metodický pokyn MŠMT k zajištění environmentálního vzdělávání, výchovy a osvěty

(EVVO). Praha: MŠMT. 2008.

Pedagogická fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci. Sylaby předmětů. [online] <https://portal.upol.cz/ > [Citováno 24. července 2014].

Rámcový vzdělávací program pro předškolní vzdělávání. Praha: Výzkumný ústav pedagogický. 2006.

Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání. Praha: Výzkumný ústav pedagogický, 2007. (aktuální znění k 1. 9. 2007)

Šmelová, E., 2005. Sebehodnocení pedagogických dovedností studenty oboru Učitelství pro MŠ na PdF Univerzitě Palackého v Olomouci. ACTA HUMANICA, č. 1/2005, s. 253 - 258. Žilina: Katedra pedagogických studií FHV Žilinské univerzity.

Šmelová, E., 2010. Jak realizovat vzdělávání pro udržitelný rozvoj v předškolním věku. In Sborník z mezinárodní konference Education – Sustainable Life. č. 2010/3, s. 141 - 146. Svatý Jan pod Skalou: Centrum ekologického výzkumu a výchovy.

90

MOTIVAČNÍ ASPEKT PREGRADUÁLNÍHO STUDIA UČITELSTVÍ CHEMIE NA KCH PŘF OU V OSTRAVĚ

Marie Solárová Přírodovědecká fakulta, Ostravská univerzita v Ostravě, Ostrava, Česká Republika

[email protected]

Abstrakt Příspěvek je zaměřen na oblast volitelných předmětů v rámci pregraduální přípravy učitelů chemie pro střední školy. Tato oblast je doplňková pro základní předměty (didaktika chemie, technika experimentální práce), avšak nezbytně nutná pro zkvalitnění výuky chemie na středních školách. Žáci střední školy se již nespokojí s klasickou výukou, ale vyžadují motivaci, aktualizaci předmětu s aplikací na praxi. Ve výuce chemie se najde spousta oblastí, které může učitel v tomto směru využít. Proto byly na Katedře chemie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity v Ostravě vytvořeny netradiční předměty, jejichž cílem je budoucí učitele chemie připravit na svou profesi tak, aby své žáky k výuce chemie motivovat. Autorka příspěvku se zaměří na obsah takových netradičních předmětů, které v rámci pregraduální přípravy probíhají a podloží je ilustrativními ukázkami prací studentů učitelství chemie. Bude se jednat především o předměty Mediální výchova ve výuce chemie, Možnosti posilování klíčových kompetencí ve výuce chemie a Integrovaná projektová výuka v přírodovědném vzdělávání. Vybrané příklady práce studentů mají za cíl dokumentovat kreativitu studentů v uvedených předmětech.

Klíčová slova Pregraduální příprava studentů. Volitelné předměty. Motivace.

Motivational Aspect of the Pre-graduate Studies of the Teaching Chemistry at the University of Ostrava, Faculty of Science,

Department of Chemistry

Abstract

This paper focuses on the optional subjects within the pre-graduate preparation programme for chemistry teachers in secondary schools. This field is supplementary of the basic subjects (didactics of chemistry, techniques of experimental work), however it is essential for an improvement in the quality of the chemistry lessons taught in secondary schools. Nowadays, secondary school students are not satisfied with traditional classes; they require new challenging methods which are focused on the practical use of the subject. There are lots of possibilities in teaching chemistry that can be used by teachers in this field, and therefore the innovative subjects have been

91

introduced at the University of Ostrava. The main aim of these subjects is to prepare future chemistry teachers not only for their teaching profession but also for motivating students in teaching chemistry. The author of the paper concentrates on the content of such innovative subjects which have become a part of the pre-graduate studies, and illustrates them with some examples of students´ work. These main subjects are Media Education in Chemistry Teaching, Development of Key Competencies in Chemistry Teaching and Integrated Project Concept of Natural Science Education. The main aim of the selected examples of students’ works is to document students’ creativity in these subjects.

Keywords Pre-graduate preparation programme. Optional subjects. Motivation.

ÚVOD Pregraduální příprava učitelů chemie probíhá na katedře chemie

Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity v Ostravě ve třech základních blocích:

• Povinné předměty (A) – jejichž cílem je seznámit studenty se základní problematikou výuky chemie na střední škole (Didaktika chemie 1,2, Technika experimentální práce 1,2 a Experiment ve výuce chemie).

• Volitelné předměty (B) – které se zaměřují na “doplnění” učiva ve smyslu motivačním, aplikačním a interdisciplinárním (Motivační prvky ve výuce chemie, Seminář k pedagogické praxi, Výběrový seminář z didaktiky chemie, Možnosti posilování klíčových kom-petencí ve výuce chemie, Mediální výchova ve výuce chemie, Integrovaná projektová výuka v přírodovědném vzdělávání).

• Aplikace získaných dovedností v praxi – tento blok není zahrnut do soustavy předmětů, žáci jej provádějí ve spolupráci se svými vy-učujícími dobrovolně, ve svém volném čase. Jedná se o popula-rizační akce, které mají na PřF OU v Ostravě již velkou tradici (Přírodovědné okénko, Letní škola, Chemická besídka pro děti, Mikulášská besídka, Chemická divadla, Chemický jarmark na Slezskoostravském hradě).

Příspěvek bude zaměřen především na netypické předměty druhého bloku – bloku volitelných předmětů. Cílem příspěvku je ukázat ne-typické možnosti pregraduální přípravy učitelů chemie, pomocí kterých lze žáky v profesním životě motivovat k většímu zájmu a oblíbenosti chemie jako vyučovacího předmětu (Solárová a Slovák, 2010).

92

MEDIÁLNÍ VÝCHOVA VE VÝUCE CHEMIE

Mediální výchova patří mezi průřezová témata RVP, která jsou transformována do ŠVP každé školy (Solárová, 2013). Mediální výchova nabízí ve výuce chemie mnoho možností začlenění. Proto byl vytvořen předmět stejného názvu, který je jednosemestrální, je mu určena tří-hodinová dotace týdně. Je zaměřen na využití mediálních sdělení ve výuce chemie (tisk, televize, reklama apod.) a tvorbu vlastního mediálního sdělení (logo, články k popularizaci chemie apod.). Studenti během semestru ab-solvují prezenční formou přednášky a vlastní prezentace, nedílnou součástí je v rámci samostudia vytváření jejich vlastních návrhů mediálního sdělení, které lze využít ve výuce chemie.

Příkladem využití mediálního sdělení může být reklama při výuce ha-logenů (Jiří Folta, student 2. ročníku NMgr. studia učitelství chemie): Podívejte se na reklamu: https://www.youtube.com/watch?v=XeX4mJ3wGRY A odpovězte na následující otázky:

1. K čemu se používá SAVO? 2. Co je aktivní látkou v SAVU? 3. Co se dává do vody na veřejných bazénech? 4. Co může způsobit nadměrné množství chlóru ve vzduchu? 5. V čem je uvedená reklama nepřesná?

V rámci tvorby vlastního mediálního sdělení lze odkázat na: http://prf.osu.cz/index.php?kategorie=32&id=11567. Studenti se učí formou článků prezentovat své popularizační aktivity (v tomto případě Mikuláš-skou besídku).

MOŽNOSTI POSILOVÁNÍ KLÍČOVÝCH KOMPETENCÍ VE VÝUCE CHEMIE

Klíčové kompetence a možnosti jejich posilování byly začleněny do RVP a následně do ŠVP proto, aby se žáci naučili samostatně studovat, komunikovat, společně řešit problémy a pracovat v týmech. Ne vždy se ale tento cíl setkal ve školní praxi s porozuměním. Učitelé většinou klíčové kompetence odmítají, protože sami nevědí, jak s nimi ve výuce chemie pracovat (Solárová, 2008). Proto vznikl výše uvedený předmět a jeho cílem je naučit studenty neformálnímu posilování klíčových kompetencí formou hry, chemického pokusu a pracovních listů.

https://www.youtube.com/watch?v=XeX4mJ3wGRY

http://prf.osu.cz/index.php?kategorie=32&id=11567

93

Příkladem je ukázka pracovního listu k tématu Voda. Autorkou je Lucie Pastorkové (studentka 2. ročníku NMgr. Studia učitelství chemie)

1. Vytvořte návrh chemického pokusu k tématu „Voda jako rozpouštědlo“. Využijte domácích surovin. Pokus před spolužáky prezentujte.

2. Sestavte následující pojmy související s probíraným tématem - VODA. a. OTRVDTS YVDO b. ÍONDV AÁRP c. ŽTÁIKUOV DOAV d. IAMOÁLNE DYOV

3. Vysvětlete pojmy z předcházejícího cvičení.

4. Pokuste se vytvořit pojmovou mapu k tématu Voda. Pracujte ve skupině, o pojmové mapě diskutujte.

INTEGROVANÁ PROJEKTOVÁ VÝUKA V PŘÍRODOVĚDNÉM VZDĚLÁVÁNÍ

Integrovaná projektová výuka je zaměřena na získávání dovedností žáků při jejich kreativním zpracování projektu (Solárová a Kubicová, 2012). Vyučovací předmět je netradiční týmovou výukou (dr. Kubicová KBE, doc. Solárová KCHE) a možností absolvování předmětu studenty různého aprobačního zaměření nejen z oblasti přírodních věd (např. Ge – HV, M – JČ apod.). Je jednosemestrální, má dvouhodinovou dotaci týdně, forma studia je kombinovaná. Studenti absolvují prezenční přednášku a konečnou prezentaci svého realizovaného projektu, samostudium obsahuje vlastní návrhy projektů, realizaci na školách a vyhodnocení projektu. Obě vy-učující poskytují rady studentům přes moodle.

Příkladem je projekt Petry Slováčkové (studentka 2. ročníku NMgr. Studia učitelství biologie – matematika) s názvem Kosti, kosti, kostičky.

Plánovaná škola realizace: Gymnázium Hladnov a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky

Věk žáků: 17-18 let (seminář biologie ve 3. ročníku) Počet žáků: 12 (žáci budou rozděleni do 4 skupin po třech) Doba trvání: 1 měsíc

94

Mezipředmětové vztahy: biologie, chemie, historie, zeměpis, tělesná výchova, výchova ke zdraví, informatika, vý-tvarná výchova

Materiální zabezpečení: knižní publikace a encyklopedie, internet, počítačové programy (word, excel, power point), psací potřeby, výkresy

Podtémata projektu: 1. Kosterní antropologie 2. Hrad Kost 3. Choroby a zranění kostí 4. Hubená jako kost 5. Chemie kostí

SHRNUTÍ

Uvedené příklady ukazují, že je nutno studenty vést k dovednosti ak-tualizovat výuku chemie formou netradičního přístupu k předmětu i žákům. Dosavadní zkušenosti se zaváděním takové výuky do praxe ukazují, že žáci základních a středních škol jsou lépe motivováni nejen k učivu chemie, ale i k volbě budoucího povolání (studium chemie na vyšším stupni škol).

LITERATURA

Solárová, M., Slovák, V., 2010. Popularizace chemie jako základ efektivního vzdělávání. Research in Didactics of the Science.

Solárová, M., 2013. Mediální výchova ve výuce chemie. Biológia, ekológia, chémia. Solárová, M., 2013. Diagnostika klíčových kompetencí ve vzdělávací oblasti Člověk

a příroda. Current Trends in Chemical Curricula. Solárová, M., Kubicová, S. 2012. Integrované projektové vyučování. Projektové

vyučování v chemii a souvisejících oborech.

95

STAČÍ JEDNA STREDOŠKOLSKÁ CHÉMIA?

Ján Reguli Pedagogická fakulta, Trnavská univerzita v Trnave, Slovensko

[email protected]

Abstrakt Dlhodobý problém s neobľúbenosťou chémie vedie k úvahám o cieli a náplni predmetu chémia. Cieľom žiadneho predmetu nemôže byť získať a pripravovať všetkých žiakov pre ďalšie štúdium daného odboru (a následný výber povolania v tejto oblasti). Dôležitejšie je vychovať zo všetkých žiakov občanov s rozumným vzťahom k chémii. Navrhujeme obsah stredoškolskej chémie v humanitne orientovaných triedach zmeniť tak, aby súvisel so svetom, v ktorom žijeme, aby ponúkal vysvetlenia javov a vlastností látok, používaných v bežnom živote. Aby študentov neodpudzoval, neučil ich zbytočnosti, ale aby ich pripravil pre život. T. j. aby vychovával chemicky gramotných občanov. Podobne ako sa to deje v zahraničí v predmetoch Spotrebiteľská chémia alebo v chémii pre spoločensko-vedne orientované študijné programy (Chemistry for Non-science Majors). Ich základom je najmä text Chémia v kontexte, ktorý sa pripravuje pod hlavičkou Americkej chemickej spoločnosti. Predkladaný príspevok predstavuje návrh obsahu takto zameranej stredoškolskej spotrebiteľskej chémie pre slovenské stredné školy.

Kľúčové slová chemická gramotnosť, spotrebiteľská chémia, stredoškolská chémia

Is it Enough to Have One High School Chemistry for All?

Abstract What is the aim of high school chemistry? We are sure it is not “to prepare all pupils to study chemistry at a university” and subsequently to be a chemist. We consider for more important to prepare citizens with a sound relation to chemistry. We propose to change the content of high school chemistry (for classes oriented towards art and humanities) in such a way it will be linked with the world we live in. This subject should offer explanations of phenomena and properties of things or materials we use in everyday life. It should not be repulsive; it should not to teach useless things. It should prepare pupils for real life. It should resemble the subjects Consumer Chemistry or “Chemistry for Non-science Majors” that use the ACS textbook “Chemistry in Context”. Presented contribution introduces suggestion for the contents of such chemistry for Slovak schools.

Keywords Chemical Literacy, High (Grammar) School Chemistry, College Chemistry for Non-science Majors, Consumer Chemistry, Chemistry in Context

96

AKÝ JE SÚČASNÝ STAV VO VYUČOVANÍ CHÉMIE NA SLOVENSKU?

V roku 2008 bola znenazdajky vyhlásená školská reforma. O tri roky neskôr začali vychádzať nové učebnice chémie pre základnú i stredné školy. V súčasnosti je teda síce predmet chémia pokrytý literatúrou, medzitým sa však zmenil jeho rozsah na základnej škole (posilnil sa na 5 hodín). Ojedinelé ohlasy, že posilnenie chémie je nepotrebné, keďže chemický priemysel zaznamenal na Slovensku v posledných 25 rokoch výrazný útlm, svedčia skôr o nekompetentnosti ich autorov, pretože chémia je základnou prírodovednou disciplínou a rozsah takýchto predmetov je na Slovensku aj v súčasnosti poddimenzovaný. Dalo by sa argumentovať aj opačne – chémia je veda o látkach a ich vlastnostiach. Pred 50 rokmi bolo známych približne 200 000 látok, dnes ich je viac ako 50 miliónov (Jesenák, 2010). V žiadnom inom predmete sa nezvýšil počet pojmov, o ktorých by sa dalo učiť, 250-násobne. (Z tohto množstva zosyntetizo-vaných látok sa našťastie nepoužíva ani desatina percenta.)

V základnej škole musí byť obsah chémie jednotný. Musí však byť aj príťažlivý a podnetný, pretože je známe, že k orientácii záujmu detí na prírodovedné alebo na spoločenskovedné predmety dochádza práve v tomto období. Okrem podnetného obsahu predmetov rozhodujúcu úlohu zohráva aj kvalita učiteľa. Súčasťou chémie v 9. ročníku ZŠ je aj kapitola Organické látky v bežnom živote.

Na stredné školy už žiaci prichádzajú s nadobudnutým vzťahom k jed-notlivým predmetom. Žiaci gymnázií (t. j. „všeobecne-vzdelávacích“ škôl) síce ešte väčšinou presne nevedia „čím chcú byť“, ale už sú väčšinou diferencovaní na spoločensko-vedné (umelecké) a prírodovedné a tech-nické oblasti. Podľa toho majú upravené školské vzdelávacie programy, v ktorých sú určité predmety posilnené (prípadne niektoré sú redukované alebo vynechané).

Na Slovensku je rozsah a obsah jednotlivých predmetov určený v štátnom vzdelávacom programe a v obsahových a výkonových štan-dardoch. Všetci gymnazisti sa teda učia tú istú chémiu, z rovnakých učebníc – bez ohľadu nato, či je pre nich tento predmet prípravou na vysokoškolské štúdium alebo sa s chémiou už nikdy nestretnú a budú si ju pamätať ako predmet, na ktorý sa pripravovali s nechuťou alebo ktorého sa báli.

Od roku 2011 sa na Slovensku používa nový súbor stredoškolských učebníc chémie. Oproti predchádzajúcim učebniciam došlo k zmene ob-

97

sahu najmä v prvom a druhom ročníku. Prvý ročník je celý venovaný všeobecnej chémii, do druhého ročníka je vtesnaná anorganická aj or-ganická chémia a tretí ročník je venovaný biochémii. Stále ide o klasický obsah pripravujúci stredoškolákov na vysokoškolské štúdium bez akého-koľvek učiva, týkajúceho sa aplikácie chémie (dokonca bez polymérov) alebo „chémie bežného života“ (s výnimkou liečiv v rámci biochémie).

STRUČNÝ VÝVOJ PREDMETU CHÉMIA NA AMERICKÝCH STREDNÝCH A VYSOKÝCH ŠKOLÁCH

Na zahraničných stredných školách je možné si zvoliť z ponuky rôznych kurzov chémie. V USA do konca 50. rokov dokonca ani všetky stredné školy chémiu nemuseli mať. Ako dôsledok známeho „sputnikového šoku“ nastúpili dva programy Chemical Bond Approach a Chemical Education Material Study. Tieto programy zahŕňali aj laboratórne cvičenia a riešenie problémov ako súčasť prípravy na vysoké školy. Úvodným predmetom vysokoškolského štúdia bola všeobecná chémia. Bola čisto opisným predmetom s postupne sa nabaľujúcim obsahom a zväčšujúcim sa podielom matematiky. Chémia sa postupne stala pre študentov odpudzujúcim pred-metom, čo sa odzrkadlilo vo výrazne nižších počtoch študentov, zapisujú-cich si chémiu (Hinckley, 2010).

Začiatkom sedemdesiatych rokov v USA v rámci projektu Interaktívne prístupy k chémii vyšla séria učebníc, ktoré sa už nesústredili na jednotlivé teórie a stále sa zväčšujúci objem poznatkov a tém. Namiesto toho sa zamerali na zastrešujúce pojmy, ktoré mali pritiahnuť záujem študentov. Tomuto cieľu sa prispôsobili aj názvy ako Reakcie a príčina, Tvar a funkcia, Molekuly v živých sústavách – vymyslené s cieľom zdôrazniť kontext ché-mie a ten využiť na vyučovanie daných pojmov.

Následne boli v osemdesiatych rokoch pod patronátom Americkej chemickej spoločnosti napísané dve ďalšie učebnice: Chémia v spoločnosti (Chemistry in the Community) a Chémia v kontexte (Chemistry in Context).

98

Obsah Chémie v spoločnosti a Chémie v kontexte (http://www.acs.org/content/acs/en/ducation/resources/undergraduate/chemistryincontext/cic-8th-ed-contents.html).

Chémia v spoločnosti

1 Voda: Skúmanie roztokov.

2 Materiály: Štruktúra a použitie

3 Ropa: Štiepenie a tvorba väzieb

4 Vzduch: Chémia a atmosféra

5 Priemysel: Aplikácia chemických reakcií

6 Atómy: Jadrové interakcie

7 Potrava: Látka a energia pre život

Chemistry in Context Obsah 8. vydania

0 Chémia pre trvalo udržateľnú budúcnosť 1 Vzduch, ktorý dýchame 2 Ochrana ozónovej vrstvy 3 Chémia globálnej klimatickej zmeny 4 Energia zo spaľovania 5 Voda pre život 6 Neutralizácia hrozby kyslého dažďa

a okysľovania oceánov 7 Jadrové štiepenie 8 Energia z prenosu elektrónov 9 Svet polymérov a plastov 10 Práca s molekulami a navrhovanie liečiv 11 Výživa: Potrava na zamyslenie 12 Genetické inžinierstvo a molekuly života

Z uvedených obsahov týchto učebníc je zrejmé, že aj tu boli „pojmy použité v prospech obsahu na rozdiel od tradičného prístupu, kde sa najprv preberajú pojmy“ (Hinckley, 2010).

Vo veľkej Británii majú stredné školy tiež veľký výber z rôznych kurzov chémie, z ktorých každý je zabezpečený učebnicou, sprievodnými textami úloh s riešeniami a metodickými materiálmi pre učiteľov. Prístup podobný spomínaným americkým učebniciam bol zvolený aj v britských kurzoch chémie, fyziky, biológie a prírodovedy, pripravovaných na Univerzite York, ktoré spája meno sponzora projektu Saltersʼ Institute.

Nemecká verzia tohto prístupu ku chémii je zo začiatku 21. storočia a má názov Chemie in Kontext a v nemčine príťažlivo znejúcu skratku ChiK (http://www.chik.de/index2.htm).

CHÉMIA PRE NECHEMIKOV – SPOTREBITEĽSKÁ CHÉMIA Na mnohých zahraničných stredných i vysokých školách si povinne musia zapísať kurz chémie i študenti nechemických študijných programov – ide o tzv. Chemistry for Non-science Majors. Ako prvý príklad spo-meniem Purdue University v USA. V minulosti si všetci študenti museli zapisovať síce rôzne kurzy všeobecnej chémie, všetky však boli podobné svojím matematickým prístupom, ktorí viedol k tomu, že študenti síce vedeli mnoho vecí vypočítať, ale len málo vedomostí dokázali aplikovať a použiť na vysvetlenie javov a dejov okolo seba. Bodner preto už v roku

http://www.chik.de/index2.htm

99

1988 navrhol pripraviť pre takýchto študentov nový predmet Spotrebi-teľská chémia (Consumer chemistry). Navrhol ho pripraviť tak, aby štu-dentom pomohol pochopiť, ako chémia ovplyvňuje ich každodenný život, pripravil ich robiť „vzdelané“ rozhodnutia vo veciach týkajúcich sa vedy a techniky a podporil rozvoj ich kritického myslenia. Dnes by sme mohli povedať, že cieľom bolo vychovať chemicky gramotných absolventov.

Za jeden z najkrajších aspektov kurzu spotrebiteľskej chémie Bodner považoval voľnosť v tom, že nemusí vo svojom predmete učiť látku, ktorá tvorí základ nejakého následného predmetu. Takto to môže byť jediný predmet, v ktorom je dostatok času predstaviť študentom myšlienkové procesy, ktoré viedli k našim súčasným vedomostiam.

Výsledkom takéhoto kurzu by mohli byť študenti, ktorí rozumejú, prečo vedci určitým faktom alebo modelom veria a iné odmietajú, ktorí chápu vedu ako konečný produkt racionálneho myslenia a nie svojvoľných pravidiel, ktoré je treba akceptovať na báze autority, ktorí spoznali všeobecné intelektuálne zručnosti (často označované ako kritické my-slenie), ktorí vedia, ako sa konštruujú užitočné vedomosti, ktorí po-znajú rozdiel medzi zmysluplným a nabifľovaným poznatkom a oceňujú význam prvého z nich (Bodner 1988).

Škôl ponúkajúcich takéto predmety je dnes veľké množstvo, ako príklad uvádzame Pima Community College (https://www.pima.edu) v Tucsone v Arizone. Popri bežných chemických predmetoch (anorganická a or-ganická chémia), forenznej chémii a predmete Chémia a umenie ponúka aj dva predmety pre študentov nechemických smerov. Ide o Chémiu a spo-ločnosť a Spotrebiteľskú chémiu. Predstavíme si ich pomocou toho, čo ich absolvovaním študenti dosiahnu. Po absolvovaní týchto predmetov študent dokáže:

• Klasifikovať všetky vzorky látok ako prvok, zlúčenina alebo zmes. • Opísať usporiadanie základných subatomárnych častíc v atóme,

ktoré vedie k rozdielom v hmotnosti, stabilite a reaktivite prvkov spolu s ich umiestnením v periodickej tabuľke prvkov.

• Klasifikovať dané látky ako kyseliny, zásady a soli, identifikovať tieto zlúčeniny medzi bežnými látkami v domácnosti a dať ich do súvislosti s pH škálou.

• Opísať environmentálne aspekty spotrebiteľských produktov v lokál-nom, regionálnom, národnom a medzinárodnom rozsahu.

• Opísať rádioaktivitu pomocou rozpadu atómového jadra, fungo-vanie jadrovej elektrárne a spoločenské dôsledky tohto javu.

https://www.pima.edu/

100

• Demonštrovať pochopenie a prax pri použití vedeckej metódy skú-mania. Chápať súčasné a budúce problémy vedy a diskutovať o nich.

Absolvent predmetu Chémia a spoločnosť popri tom dokáže aj: • Rozlíšiť kovy a nekovy s využitím periodickej tabuľky a uspo-

riadania elektrónov na valenčnej vrstve. • Chápať vzťah elektriny s prenosom elektrónov z jednej látky na

druhú a aplikovať tento jav na bežné oxidačné procesy a fungovanie batérií.

• Použiť vodu na opis vlastností kvapalín vrátane vplyvu rozpustených kontaminujúcich látok na jej vlastnosti.

• Použiť vzduch na opis plynného skupenstva, vrátane jeho zloženia v atmosfére a znečisťujúcich látok, ktoré menia jeho zloženie.

Absolvent Spotrebiteľskej chémie ešte zvláda: • Opísať zloženie materiálu z jeho chemického názvu alebo zložiek

na etikete. • Identifikovať štruktúry, jednoduché názvy a aplikácie organických

zlúčenín v produktoch pre domácnosť. • Rozlíšiť a vedieť prečítať informácie na etiketách širokého rozsahu

spotrebiteľských produktov a byť schopný nájsť informácie o akej-koľvek „neznámej“ zložke.

• Diskutovať o priebehu procesu prinesenia nového produktu na trh. • Diskutovať súčasné a potenciálne problémy spotrebiteľských pro-

duktov a aditív. • Opisovať bežné a alternatívne zdroje energie a surovín. Absolventa kurzu Chemistry for Liberal Arts na Univerzite Florida

(http://www.chem.ufl.edu/dept/Syllabi/Summer2014/CHM1020BVeige.pdf) môžeme považovať za „chemicky gramotného“, keďže dokáže:

- Preukázať pochopenie základných chemických pojmov a konceptov, vrátane klasifikácie látok.

- Chápať slovník chémie, ktorý preniká do spoločnosti na etiketách po-travín a iných výrobkov, vo vzťahu k znečisteniu životného prostredia a klimatickým zmenám a v diskusiách o trvalo udržateľnej energii.

- Demonštrovať schopnosť efektívne aplikovať chemicky orientované matematické vzťahy v reálnych situáciách, napr. vypočítať energe-tickú hodnotu nejakej potraviny alebo využiť polčas reakcie na vyhodnotenie potenciálnej hrozby rádioaktívneho izotopu.

- Jasne a účinne, slovne i písomne alebo graficky komunikovať ve-decké objavy.

http://www.chem.ufl.edu/dept/Syllabi/Summer2014/CHM1020BVeige.pdf

101

- Vyberať a analyzovať informácie z rozličných strán, vrátane infor-mácií prezentovaných v tabuľkovej alebo grafickej podobe. Vy-užívať pritom logické uvažovanie.

- Opisovať chémiu hlavných environmentálnych rizík pre vzduch a vodu, vrátane stenčovania ozónovej vrstvy, smogu, globálnej klima-tickej zmeny, znečistenia spodných vôd a výroby energie.

Základným sprievodným textom tohto predmetu je 8. vydanie Chemistry in Context.

PRÍPRAVA CHEMICKY GRAMOTNÝCH UČITEĽOV CHÉMIE Autorita učiteľa chémie súvisí s jeho schopnosťou odpovedať na žiacke

otázky, týkajúce sa aplikácie chémie v každodennom živote. Neznamená to, že na všetky otázky musí okamžite poznať správnu odpoveď. Mal by však vždy vedieť zaujať stanovisko, poradiť, kde hľadať návod, resp. potrebné informácie na urobenie správneho rozhodnutia (Reguli 2002).

Na PdF TU sa snažíme o prípravu chemicky gramotných učiteľov chémie, ktorí by mali zvládať výučbu takto orientovanej stredoškolskej chémie. Súčasťou prípravy učiteľov chémie v magisterskom stupni štúdia sú aj predmety Chemická technológia, Chémia a životné prostredie a najmä Spo-trebiteľská chémia. Náplň Spotrebiteľskej chémie tvoria nasledujúce témy:

1. Chemická gramotnosť obyvateľstva. 2. Klasifikácia látok z hľadiska ich bezpečnosti. 3. Čistiace prostriedky. 4. Kozmetika. 5. Liečivá, drogy, doping. 6. Hnojivá a pesticídy v poľnohospodárstve. 7. Prídavné látky v potravinách. 8. Polyméry a plasty. 9. Energia a palivá.

10. Katalyzátory. 11. Nové materiály a nové technológie.

NÁVRH ALTERNATÍVNEJ STREDOŠKOLSKEJ CHÉMIE Na základe porovnania zahraničných kurzov chémie pre nechemické odbory štúdia, resp. spotrebiteľskej chémie navrhujeme takýto obsah predmetu chémia pre spoločenskovedne orientované gymnáziá a iné stredné školy: 1. ročník 1. Veda – prírodné vedy – chémia. 2. Zákonitosti prírody a fyzikálne zákony. 3. Chemická premena. História chemických objavov. 4. Faktory ovplyvňujúce priebeh chemických reakcií.

102

5. Periodická sústava a vlastnosti prvkov a zlúčenín. 6. Princípy chemického názvoslovia. 7. Vzduch. Plyny, atmosféra, smog, klíma, ozón. 8. Voda, roztoky. Kyseliny, zásady, soli. Kyslý dážď. 9. Vybrané anorganické látky a ich použitie. 2. ročník 10. Chemická gramotnosť obyvateľstva. Klasifikácia látok z hľadiska bezpečnosti. 11. Chémia uhlíka. Základy názvoslovia organických látok. 12. Vybrané organické látky. 13. Čistiace prostriedky. 14. Kozmetika. 15. Liečivá, drogy, doping. 16. Potraviny. Prídavné látky v potravinách. 17. Hnojivá a pesticídy. 18. Katalyzátory. 3. ročník 19. Chémia a spoločnosť. 20. Polyméry a plasty. 21. Palivá a iné zdroje energie. 22. Jadrové reakcie. Jadrové zbrane a jadrové elektrárne. 23. Chemický výskum a chemický priemysel. 24. Nové materiály a nové technológie. 25. Základné biochemické pojmy. 26. Chémia živých organizmov. 27. Genetické inžinierstvo.

POĎAKOVANIE Príspevok bol pripravený v rámci riešenia projektu KEGA 004TTU-4/2013 Tvorba vzdelávacích materiálov pre pregraduálne a celoživotné vzdelávanie učiteľov chémie a pre riešiteľov úloh chemickej olympiády.

LITERATÚRA Bodner, G. M., 1988. Consumer Chemistry: Critical Thinking at the Concrete Level. J.

Chem. Educ., 65, 212-213.

Hinckley, G., 2010. Who Needs Chemistry? Engaging Students in the Community and the World. A National Symposium. Fall 2010. Dostupné na http://www.nyu.edu/frn/publications/engaging.students/Hinckley.html (cit. 22.6.2014)

Jesenák K., 2010. Pohľad na súčasný stav publikačnej produkcie v chémii. Chemické rozhľady 11 (3), 189.

Reguli, J., 2002. Príprava chemicky gramotných učiteľov chémie. Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis, Ser. D, Suppl. 1, 6, 153-158 (2002).

http://www.nyu.edu/frn/publications/engaging.students/Hinckley.html

103

ПРОБЛЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЯ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ КОНСТАНТАХ

В ОБУЧЕНИИ ОБЩЕЙ ХИМИИ

Людмила Г. Горбунова Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О.

Макарова Котласский филиал, г. Котлас, Архангельская область, Россия [email protected]

Полина Д. Васильева

Калмыцкий государственный университет, г. Элиста, Россия [email protected]

Виктoрия С. Тугульчиева Калмыцкий государственный университет, г. Элиста, Россия

[email protected]

Аннотация В статье обсуждаются методические вопросы формирования понятий о физико-химических константах, используемых в обучении общей химии в университете. Отличительная особенность химии как учебной дисциплины состоит в том, что в ней две основные системы понятий о веществе и химической реакции прони-зывают все ее разделы, рассматриваясь в статике или в динамике. В системе понятий о физико-химических константах для целей обучения общей химии выделено две категории констант, используемых при изучении этих разделов. На примере выделенного перечня физико-химических констант осуждаются этапы их формирования через раскрытие физической сущности, выявление физического смысла и проверяемость их с помощью эксперимента или расчета, а также раскрывается значение физико-химических констант в изучении естественных наук. Выделены функции физико-химических констант – прикладная и методо-логическая. Первая позволяет выполнять количественные расчеты в химии, а вторая выводит на отражение фундаментальных зависимостей в процессах и явлениях окружающего мира. Через систему расчетных задач авторы рас-сматривают последовательные этапы формирования понятий о наиболее важных, фундаментальных физико-химических константах, используемых в бучении общей химии. Обсуждается значение физико-химических констант в понимании сту-дентами естественнонаучной картины окружающего мира.

Ключевые слова Oбщая химия, физико-химические константы, формирование понятий, методи-ческие приемы.


104

The Problem of Formation of the Concepts of the Physical and Chemical Constants in Teaching General Chemistry

Abstract The article is discussed the methodic questions of the formation of the concepts about physical and chemical constants used in teaching and learning General chemistry in the university. The distinctive feature of General chemistry is its subject. Chemistry course is including two main systems of the Chemistry concepts which cover all content of its. The first system of the concepts is named as the Chemical Static. The second system of the concepts is named as the Chemical Dynamic. There are two types of the physical and chemical constants which used in teaching and learning General chemistry. On the base of the highlighted list of the physical and chemical constants the article is discussed the stages of them formation through the disclosure of the physical essence, allocation of physical meaning and their inspection by experiment. There are two functions of the physic-chemical constants: methodological and practical. The practical function of the physical and chemical constants is allowed to make quantitative calculations in chemistry. The methodological function of the physical and chemical constants is displays the fundamental dependences of Nature. The authors consider the consecutive stages of the formation of concepts about the most important fundamental physical and chemical constants used in teaching and learning General chemistry through the system of calculations to reveal the sense of their Genesis. The article is discussed the significance of physical and chemical constants in understanding of Natural Scientific picture of the surrounding world by the students.

Key words

General chemistry, physic-chemical constants, formation of concepts, methods.

ВВЕДЕНИЕ

Физико-химические константы играют большую роль в познании процессов и явлений, происходящих в природе. В первую очередь, на наш взгляд, это обусловлено нелинейностью и сложностью природ-ных процессов и иерархичностью мира. В познании его по мере развития знаний в различных областях естественно-математических наук, на разных этапах развития знаний о мире, возникла необходи-мость отражения этих качеств мира с помощью физико-химических констант. Эти константы всего лишь инструменты для практического применения законов естествознания и, в первую очередь, предназна-чены для определения границ их применимости.

Актуальность обращения к проблеме формирования понятий о фи-зико-химических константах в обучении общей химии обусловлена

105

рядом причин. Сюда можно отнести эпизодическое обращение учителей к понятию константы как специфического естественно-научного понятия (Серополова, 2007), отсутствие единой согласо-ванной методики их формирования на всех уровнях химического образования и, как следствие такого обращения, достаточно формаль-ное усвоение студентами и школьниками представлений о роли и зна-чении физико-химических констант в понимании естественнонаучной картины окружающего мира. Между тем, в естественно-математи-ческом образовании понятие константы является фундаментальным в процессе предметного обучения (Коржуев А., Попков, 2009). Кон-станта (от лат. constantis – постоянный, неизменный) отражает фун-даментальный характер науки, характеризуется довольно широкой применимостью для экспериментальных исследований и теорети-ческих расчетов явлений и процессов, происходящих в окружающем мире. К началу изучения химии в школе учащиеся уже имеют пред-ставление о многих фундаментальных константах, используемых в школьных курсах физики и математики. Сюда можно отнести число π, гравитационную постоянную, число Авогадро и другие. В физике используется около 300 видов констант, имеющие иерархическую организацию, определены функции этих констант и их рядополо-женность (Kosinov, 2000). В качестве укрупненных дидактических единиц содержания физики используются теории, вокруг которых и происходит генерализация основных понятий физики, в том числе и физических констант. В отличие от физики, основные системы понятий химии «вещество» и «химический процесс» пронизывают все разделы химии (и химические дисциплины в том числе) (Кузнецова, 1989), и, есть основания полагать, что для целей обучения общей химии можно выделить две категории констант: константы разделов химической статики, описывающие «вещество», и химической дина-мики, используемые для описания «химического процесса». Обе группы физико-химических констант позволяют выполнять различ-ные количественные расчеты в химии (практическая функция), и вы-водят на отражение фундаментальных зависимостей в явлениях окружающего мира (методологическая функция). Применение физико-химических констант в обучении химии должно опираться на междис-циплинарные связи химии, физики и математики, которые оказывают большое влияние на развитие системного мышления и познавательной деятельности студентов.

Задачей настоящего исследования является выявление следующих проблем:

106

1. Что объединяет все физико-химические константы, используе-мые в процессе обучения химии?

2. Какие константы наиболее часто применяются в учебном про-цессе?

3. Какие количественные характеристики веществ и процессов отражают константы?

4. Как строить методику их формирования для отражения физи-ческого смысла физико-химических констант?

МЕТОДЫ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД

В исследовании были использованы следующие методы и методо-логические подходы:

– анализ научной литературы и государственных нормативных документов России в области высшего профессионального образования;

– анкетирование, интервьюирование, сравнение, сопоставление, анализ результатов;

– системный подход, позволяющий обеспечить формирование понятий о физико-химических константах, которые имеют вы-раженный междисциплинарный характер и характеризуются важным методологическим значением в целостном естественно-научном образовании, через систему расчетных формирующих заданий.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Физико-химические константы, используемые в процессе обуче-ния общей химии для решения ряда практических задач, являются одним из классов (Kosinov, 2000) или категорий (CODATA) физи-ческих констант. В словарях понятие «физическая константа» трак-туют неоднозначно. Приведем одно из определений этой дефиниции – «численные коэффициенты, присутствующие в уравнениях физичес-ких законов» (Wikipedia). И чем большее число констант содержит тот или иной закон физики, тем более фундаментальный характер он имеет. В физике эта дефиниция употребляется в двояком смысле (Kosinov, 2000):

107

– численное значение некоторой величины вообще не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется во времени;

– изменение численного значения некоторой величины несуще-ственно для рассматриваемой задачи.

Таким образом, физическая константа представляет собой некую физическую величину, которая может быть размерной или безраз-мерной. Размерная физическая константа имеет размер и размерность, то есть численное значение константы зависит от выбора системы единиц измерения. Безразмерная физическая константа характери-зуется только размером, численное значение которого не зависит от выбора системы единиц и определяется чисто математически в рамках единой теории.

В отдельных случаях физические константы являются масштаб-ными коэффициентами разнообразных физических процессов, нашед-ших свое толкование в различных физических (физико-химических) теориях и законах. Общими свойствами для всех констант является постоянство и неизменность в определенных границах применимости, определяемых границами применимости соответствующего закона. Численные значения (размер) всех физических констант получены экспериментальным путем. Таким образом, все физические константы можно наделить следующими общими признаками: они связывают физические теории и физические величины между собой, а также имеют экспериментальный характер определения значений. Раскры-тие этих признаков физических (в том числе и физико-химических) констант в процессе обучения общей химии (или иным естественно-научным дисциплинам в связи с междисциплинарным характером констант) позволяет не только выяснить их роль в природе и научном познания объектов окружающего мира, но и более основательно изучить природу физико-химических процессов. Таким образом, на методическом уровне процесс формирования понятий о физико-хи-мических константах должен включать в себя использование знаний методологического характера, которые позволят раскрыть перед учащимися единство естественнонаучной картины и мира и взаимо-связь всех физико-химических процессов, происходящих в нем. Объем понятия «физико-химические константы» в общем объеме физических констант незначителен и трактуется исследователями неоднозначно. Мы воспользуемся рекомендациями CODATA в версии 2010 года и в таблице 1 приведем наиболее широко используемые константы при решении практических задач в курсе общей химии.

108

К категории физико-химических констант по данным CОDATA также относятся такие константы как постоянная Стефана-Больцмана (σ), молярная постоянная Планка (NA·h) и другие.

Таблица 1: Некоторые константы из категории «Физико-химические константы» по данным CODATA на 2010 г.

Наименование физико-химической константы Обозначение Величина (размер), размерность

Атомная единица массы mu 1,660 538 921(073)·10–23 кг Постоянная Авогадро NA 6,022 141 29(27)·1023 моль–1

Молярная газовая константа R 8, 314 4621(75) Дж моль–1К–1

Молярный объем идеального газа

(273,15К 101,325 кПа) 𝑉𝑚 22,413 968(20) )·10–3 м3моль–1

Постоянная Больцмана 𝑘 = 𝑅𝑁𝐴� 1,380 6788(13) ·10–23Дж К–1

Постоянная Фарадея 𝐹 = 𝑁𝐴𝑒 96 485,3365(21) Кл моль–1

Постоянная Лошмидта 𝑛0 = 𝑁𝐴𝑉𝑚� 2,686 7805(24) м–3

Как видно из таблицы 1, некоторые из приведенных констант (постоянная Больцмана, Фарадея и Лошмидта) являются производ-ными величинами и могут быть выражены из других констант (постоянная Авогадро, универсальная газовая постоянная и другие). Однако, результаты развития современной физики показывают, что и они могут быть сводимы к четырем фундаментальным физическим константам (Томилин, 2006).

Константа Больцмана определяет связь между температурой и энер-гией: согласно молекулярно-кинетической теории газов на одну степень свободы поступательного движения частицы приходится энергия, равная 𝐸 = 1

2𝑘𝑇, что выражает идею дискретности энергии

и отражает взаимосвязь объектов и процессов микро- и макромира. При температуре близкой к абсолютному нулю все уровни по-ступательных степеней свободы частицы заморожены и энергия поступательного движения близка к нулю. Приведенное в таблице 1 численное значение постоянной Больцмана, является очень ма-леньким. Но поскольку константа имеет размерность, то ее значение (размер) зависит от выбора системы единиц. Например, в есте-

109

ственной системе единиц Планка единица температура задается так, что постоянная Планка принимает значение, равное 1, а температура Планка (𝑡𝑝 = 5.39106(32) ∙ 1032, 𝐾) относится к универсальным фи-зическим константам. Постоянная Больцмана может быть выражены через две наиболее важные физико-химические константы – по-стоянную Авогадро и универсальную газовую постоянную. Именно эти константы, а также молярный объем идеального газа наиболее широко используются при решении расчетных задач в разделе «химическая статика» курса общей химии. Постоянная Авогадро – физическая величина, равная количеству специфических структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и других) в 1 моль вещества и определяется как количество атомов, содержащихся в 12 г (точно!!) чистого изотопа углерода-12. Таким образом, именно введе-ние постоянной Авогадро в химию позволило определить количе-ственно физическую величину «моль» вещества, как такое количество вещества, которое содержит NA его структурных элементов (атомов, молекул, ионов, электронов и других). Фактическое признание за единицей количества вещества физической величины «моль» обусло-вило фундаментальный характер постоянной Авогадро для химии как естественной науки, реализуя переход количественных соотношений в качественные. Используя значение постоянной Авогадро, можно рассчитать число молекул идеального газа, которые будут находиться при нормальных условиях в единице его объема, то есть, постоянную Лошмидта, которая уже является удельной величиной. Универсальная газовая постоянная является мольной величиной и легко рассчиты-вается из уравнения состояния для 1 моль идеального газа. Идея дискретности вещества, известная еще с античных времен, количе-ственным образом отразилась в существовании постоянных Авогадро и Лошмидта, а затем в значениях масс элементарных частиц, таким образом, гипотеза Авогадро явилась следствием развития современ-ной квантовой теории строения вещества.

В разделе «химическая динамика» при изучении окислительно-восстановительных процессов (ОВР) в количественных расчетах ши-роко используется постоянная Фарадея, и так же как постоянная Авогадро и универсальная газовая постоянная она является мольной величиной, то есть, отнесена к молю вещества, как основной его структурной единице. Причем постоянная Фарадея численно равна электрическому заряду, который можно пропустить через раствор электролита, чтобы выделить на электроде 1 моль одновалентного

110

вещества. Таким образом, идея дискретности электричества нашла подтверждение в существовании элементарного электрического за-ряда и реализации перехода количества электричества в новое ка-чество, вещество.

Все перечисленные константы широко используются при решении разнообразных практических задач в процессе обучения химии. Они играют важную роль в формировании естественнонаучного мировоззрения студентов, что, несомненно, следует отнести к числу основных ценностно-целевых ориентиров процесса обучения химии в вузе.

Однако раскрытие признаков и функций физико-химических кон-стант не обеспечивает формирование знаний о них, как особой группе понятий химии. Процесс формирования их должен включать в себя не только использование знаний методологического характера, которые позволяют раскрыть взаимосвязь и единство констант с явлениями и процессами окружающего мира. Но и, опираясь на особенности раз-вития мыслительных операций студентов, необходимо определить дидактические условия их формирования через систему приемов мыслительной деятельности (сравнение, классификация, обобщение, анализ и другие) в процессе обучения химии в университете (Менчинская, 1989; Шеварев, 1998).

Анализ психолого-педагогической литературы позволил нам выде-лить следующие этапы формирования понятий о физико-химических константах:

1. Изучение, повторений опорных понятий, величин, явлений, необходимых для раскрытия сущности изучаемой физико-химической константы.

2. Выявление физического смысла констант и проверяемость их с помощью эксперимента или расчета.

3. Раскрытие роли и места физико-химической константы в пони-мании естественнонаучной картине мире.

В качестве иллюстрации содержание выделенных этапов приве-дено в таблице 2 для четырех физико-химических констант, наиболее широко используемых в обучении общей химии.

111

Таблица 2: Содержание этапов формирования понятий о физико-химических константах

Физико-химическая константа

Число Авогадро,

NA

Молярный объем при

нормальных условиях, Vm

Универсальная газовая

постоянная, R

Постоянная Фарадея, F

Раздел общей химии

Молекулярно-кинетическая теория газов, атомно-молекулярное учение, основные

газовые законы

Учение об электричестве,

ОВР

Опорные понятия, величины, явления

Моль, идеальны

й газ, атом,

молекула, ион

Моль, нормальные

условия, идеальный газ

Моль, идеальный

газ, уравнение состояния

Ион, число ионов, масса

вещества, число Авогадро, заряд

электрона, гравитационная

постоянная

Методы расчета и экспериментального

определения Решение расчетных задач

Мировоззренческая роль физико-химической константы

Являются неизменными характеристиками окружающего мира, играют существенную роль в раскрытии фундаментальных законов природы, показывает взаимосвязь явлений микро-

и макромира, переход количественных отношений в качественные, в силу неизменности и стабильности являются

естественными природными эталонами

Для обеспечения понимания прикладной функции физико-хими-ческих констант важно показать их физический смысл, практическую применимость в расчетах, выделить их общие признаки и функции в системе физико-химических знаний, а для устранения догма-тического изложения материала о константах важна опора на экспериментальные или расчетные их подтверждения. В обучении химии не всегда представляется возможным проведение эксперимента (временной фактор, отсутствие оборудования), да и далеко не все фундаментальные опыты могут быть воспроизведены даже в упро-щенном, модельном варианте (Коржуев, Попков, 2009). При форми-ровании понятий о физико-химических константах оптимальной, на наш взгляд, формой организацией учебного процесса является ре-шение формирующих заданий. Такие задания должны представлять собой составную часть системы знаний о физико-химических кон-стантах и методах их эмпирического определения, быть дифферен-цированными, учитывать особенности мыслительной познавательной

112

деятельности студентов и требования нормативно-регламентирующих документов. Они должны быть направлены на развитие логического мышления, творческих способностей и экспериментально-практи-ческих умений студентов. Как правило, такие задания компетент-ностно-ориентированы, имеют проблемный характер и направлены на повышение мотивации к изучаемому предмету.

Понимание методологической функции физико-химических кон-стант является частью мыслительного процесса. Оно достигается нелинейным способом. В момент понимания у познающего субъекта из неясных ассоциативных связей внезапно устанавливаются отчетливые связи между разрозненными компонентами (элементами) знаний (Менчинская, 1989; Шеварев, 1998). Раскрытие методо-логической функции физико-химических констант происходит в за-конах и теориях их использующих, и в которых константы выступают ядром. Обобщение знаний на уровне теорий убеждает студентов в том, что физико-химические константы отражают специфику естественнонаучных знаний любого уровня. Большое значение для формирования естественнонаучного мировоззрения студентов имеет изучение областей применения рассматриваемых теорий. Причем к появлению новых теорий приводит не только практическая реали-зация прикладной функции физико-химических констант (их изме-рение), но и согласование их значений, полученных разными мето-дами и уточнение значений с использованием современных эталонов.

Мировоззренческая роль физико-химических констант раскры-вается на уровне обобщения и систематизации, полученных в про-цессе обучения знаний, которые характеризуют особенности и взаимосвязь явлений и процессов на трех уровнях организации и развития природы, а также входят в структуру естественнонаучных знаний (понятия, законы, теории, идеи, закономерности), отражающих основные эволюционные этапы её развития.

Выявление уровня сформированности понятий о физико-хими-ческих константах, используемых в процессе обучения общей химии, целесообразно осуществлять с помощью диагностических заданий различного типа, оценивая полученные результаты с использованием дихотомических или политомических шкал, и соотнося фактические результаты с регламентируемыми в нормативных документах (Горбунова, 2012).

113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование является на сегодняшний день пи-лотным. Но оно позволяет ответить на несколько вопросов. Во-первых, определен объем понятия физико-химическая константа, используемая для целей обучения общей химии в университете. Заметим, что мы не использовали термодинамические константы веществ и ряд других приведенных в химических справочниках констант (константы кислотности, произведение растворимости, элек-тродный потенциал и другие), которые могут быть получены из условия термодинамического равновесия в исследуемой системе. Практически все они «привязаны» к условиям реализации хими-ческого процесса, определяемого конкретными значениями термо-динамических параметров. Совершенно очевидно, что с изменениями их значений будут изменяться и размеры этих констант. Во-вторых, мы выделили функции физико-химических констант в системе на-учного знания о них, раскрытие которых осуществляется в законах и теориях химии и физики. В-третьих, обозначили этапы формиро-вания понятий о физико-химических константах, а также определили формы организации учебного процесса, позволяющие через решение формирующих заданий активизировать логические приемы продук-тивной мыслительной деятельности студентов, направленные на обеспечение высокого уровня сформированости понятий о физико-химических константах. В-четвертых, определили требования к со-ставлению диагностических заданий, которые могут быть исполь-зованы для целей настоящего исследования.

ЛИТЕРАТУРА

Горбунова, Л. Г. 2012. Tomsk State Pedagogical University Bulletin. 7, p. 201-205.

Коржуев, А. В., Попков, В. А. 2009. Современная теория обучения: Общенаучная интерпретация. Москва: Академический проект.

Kosinov, N. 2000. Physical Vacuum and Nature, Nr. 4.

Кузнецова Н. Е., 1989. Формирование понятий при обучении химии. Москва: Просвещение.

Менчиская, Н. А. 1989. Проблемы учения и умственного развития учащихся. Москва: Педагогика.

Серополова, Е. Я. 2007. Физика в школе, 7, с. 30-34.

114

Томилин, К.А., 2006. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. Москва: Физматлит.

Физические константы. [online] Available at: <http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php>[ Accessed 10 July 2014].

Шеварев П. А. 1998. Теория обобщенных ассоциаций в психологии. Москва: Издательство НПО «МОДЭК».

Constants in the category "Physico-chemical constants". [on line] Available at: <http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?na%7Csearch_for=physchem_in!> [Accessed 10 July 2014].

Fundamental Physical Constants — Complete Listing. [on line] Available at <http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt> [ Accessed 10 July 2014].

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt

115

СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ: СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД

Natalia Deryabina Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russian Federation

[email protected]

Аннотация В статье описывается структура учебной программы по органической химии, построенная на идеях системного подхода. Объект изучения органической химии - органическое вещество – изучается как система, анализируются уровни строения, на каждом из которых выделяются элементы системы, их свойства, связи внутри- и межуровневые, целостные свойства, многообразие вариантов системы и их особенности, статическое и динамическое состояние системы. Такая программа изучения курса позволяет сформировать у учащихся системную ориентировку в предмете, способствует формированию системного мышления.

Ключевые слова Учебная программ. Органическая химия. Системный подход.

The Structure of the Program of Learning Organic Chemistry: Systems Approach

Abstract This paper describes the structure of the program of learning organic chemistry, based on the systems approach. The object of learning in organic chemistry - organic sub-stance - is studied as a system. The structure of the system is to be analysed conse-quently level-by-level, discovering elements of the system of each level, properties of these elements, links between elements on the same level and also inter-level links. The systems approach allows discovering the holistic properties of the system as well as a variety of options and features of it including the static and dynamic state of the sys-tem. This program of learning the organic chemistry allows students to form a system orientation in the subject and forms the systems thinking.

Keywords Learning program. Organic chemistry. Systems approach.

116

ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ

Задачами современного естественнонаучного образования являются как приобретение предметных знаний и умений, так и, что более важно, формирование их целостной картины, обеспечивающей сис-темную ориентировку в предмете, дающей учащемуся возможность не только видеть связи между фактами, теориями, гипотезами и т.д., но также объяснять и прогнозировать на их основе свойства неизвестных ему объектов. Обучение должно закладывать основы теоретического системного мышления, являющегося междисциплинарным и высту-пающего в роли общенаучной методологии.

Методологическая установка системного мышления – рассматри-вать объекты любой науки с единой точки зрения: в форме систем как целостностей в единстве с внутренней сложностью и организо-ванностью частей. Для его формирования необходима особая по-следовательность изучения предметного материала. В связи с этим важность приобретает разработка и использование при проектиро-вании учебного процесса программ учебных дисциплин, построенных на принципах системного подхода, позволяющих формировать сис-темный способ мышления и открывать новые познавательные воз-можности учащихся.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Учебные программы, основанные на системном подходе к изуче-нию объектов наук разрабатывались в цикле исследований, прове-денных на факультете психологии МГУ им. М.В. Ломоносова. Предлагаемая программа по органической химии, как и аналогичные программы по другим предметам, по-новому конструирует учебный предмет - она выступает программой исследования выделенных объектов, в которой заложен метод системного анализа; она органи-зует познавательное движение в предмете и становится схемой ориентировочной деятельности, отражающей в сознании образ пред-мета в его системно-структурном строении.

В программе закладываются необходимые свойства знаний как ориентировочной основы формируемых умений: их полнота, систем-ность, обобщенность, и, главное – будущий способ мышления.

Рассмотрение изучаемого объекта как системы требует нетради-ционного подхода к отбору и структурированию содержания учебного предмета и, соответственно, его выражению учебной программой.

117

В содержание входят: целостные свойства системы, уровни ее строения, структуры разных уровней, межуровневые связи, много-образие вариантов системы и их особенности, статическое и дина-мическое состояние системы.

При системном подходе к многообразию частных явлений изучаемой области необходимо выделить инвариант системы и затем рассмотреть отдельные случаи как частные варианты. «Познать сущность, значит найти всеобщее как основу, как единый источник некоторого многообразия явлений, а затем показать, как это всеобщее определяет возникновение и взаимосвязь явлений, т.е. существование конкретности» (Давыдов, 1972).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДХОДА

Для курса органической химии выделенный инвариант – органи-ческое вещество как система - задает логику изучения всего много-образия органических веществ разных классов, особенностей их свойств и взаимодействий. В соответствии с этим мы разделили программу курса на две части: часть I – «Органическое соединение как химическая система», часть II – «Специфические характеристики основных классов органических соединений». Был проведен анализ органического вещества как системы, результаты которого пред-ставлены в Таблице 1.

Вещество в рамках школьного курса органической химии изучается на трех уровнях строения – субмолекулярном, молекулярном и над-молекулярном. При этом на субмолекулярном уровне для органи-ческого вещества (в отличие от неорганического) можно выделить два подуровня – атомарный подуровень и подуровень группировки атомов, объектами на которых являются соответственно атомы элементов-органогенов и их группировки – углеродная (углеводородная) цепь и функциональная группа. Объектом на молекулярном уровне является молекула органического вещества, а на надмолекулярном в качестве объекта рассматривается вещество молекулярного строения, т.к. другие виды объектов - комплексные органические соединения, высокомолекулярные соединения и т.д. – в школьном курсе подробно не изучаются. Далее у каждого объекта выделяются элементы, из которых он состоит, их свойства, описываются связи, соединяющие элементы в систему и свойства этих связей, а также целостные свойства объекта.

118

Таблица 1: Органическое вещество как химическая система.

Уровень Анализа

Объект анализа

Структура Целостные свойства Элементы Свойства

элементов Связи Свойства связей

Суб

-мол

екул

ярны

й

Ато-марный

под-уровень

Атом элемента –органогена

Ядро Заряд, масса, размер Внутриато

мные силы (нехими-

ческая связь)

Не изучаются

Заряд (электронейтральность),

масса, размер, электронная

конфигурация, потенциал ионизации, сродство к электрону

и др.

Электрон-ная

оболочка

Заряд, масса, размер,

электронная конфигурация

Под-уровень группи-ровки атомов

Углево-дородная

цепь

Атомы С, Н

Вид гибридизации,

электроотрицательность (ЭО), валентность,

степень окисления (с.о.)

и др. Кова-

лентная

Энергия, длина,

направлен-ность, на-

сыщаемость, полярность,

поляри-зуемость

Длина, пространственное

строение, распределение

электронной плотности, насыщенность и др.

Функцио-нальная группа

Атомы элементов –органо-

генов (С,Н,О,N, S,P и др.)

Вид гибридизации,

ЭО, валентность, с.о. и др.

Распределение электронной плотности,

насыщенность и др.

Молекулярный Молекула

Углеродная цепь (УЦ)

Длина, пространственное

строение, распределение электронной плотности ,


Кова-лентная


направ-ленность, насыщае-

мость, полярность,

поляри-зуемость

Распределение электронной плотности

(с учетом взаимного влияние групп атомов),

химическая индивидуальность (избирательность,

реакционная активность) и др.

Функциональные

группы (ФГ)

Распределение электронной плотности,


Надмолекуляр-ный

Вещество молеку-лярного строения

Молекулы

Распределение электронной плотности, химическая

индивидуаль-ность,

координационное число (для

кристаллических структур) и др.

Межмолекулярные

(силы Ван-дер-

Ваальса, водо-

родная связь)


направлен-ность,

насыщае-мость,

полярность, поляри-зуемость

Химическая индивидуальность,

физические свойства

Для того, чтобы учащиеся понимали связи между структурой

и целостными свойствами объектов и могли на основе таких связей и информации об элементах предсказывать свойства объектов, основ-ной объект изучения органической химии – органическое вещество – необходимо изучать последовательно на каждом уровне строения, начиная субмолекулярным и заканчивая надмолекулярным уровнем.

119

Классы органических соединений целесообразно рассматривать в по-рядке усложнения структуры молекул:

а) вещества, не содержащие функциональных групп (углево-дороды);

б) вещества, содержащие один вид функциональных групп (моно-функциональные соединения - кислород- и азотсодержащие);

в) вещества, содержащие разные функциональные группы (гетеро-функциональные соединения).

Более подробно последовательность классов соединений в порядке усложнения структур молекул, соответствующая последовательности изучения их в предлагаемом курсе, описана в Таблице 2.

Таблица 2: Особенности структур молекул представителей разных классов органических соединений.

Элементы структуры молекулы Взаимное расположение

кратных связей / кратных связей

и ФГ в молекуле

Класс соединений ФГ Кратные связи в УЦ

Циклы в УЦ

число видов вид число вид число

- -

- - - - алканы 1 - циклоалканы

1 = - - алкены ≡ - - алкины

2 = -

изолированные/ сопряженные алкадиены

3 = 1 сопряженные арены

1

-ОН - - - - одноатомные, многоатомные спирты

3 = 1 сопряженные фенолы >C=O - - - - альдегиды, кетоны

-СООН - - - - карбоновые кислоты -СООМе - - - - соли карбоновых кислот

-СОО- - - - - сложные эфиры -NH2 / =NH / ≡N

- - - - первичные / вторичные / третичные амины

-NH2 3 = 1 сопряженные ароматические амины

2 -OH и

>C=O / -О-

- - 0 / 1 - простые углеводы

≥ 2 -СООН, -NH2 и др.

0 / 2 / 3 / 4 = 0 / 1 / 2 - / сопряженные аминокислоты

1 / 2 ≡N / =NH / -NH2

0 / 2 / 3 / 4 = 1 / 2 - / сопряженные азотсодержащие

гетероциклы

В предлагаемой в табл. 2 последовательности спорным с точки зрения сложности структуры является расположение соединений, со-держащих функциональную группу и ароматическое кольцо (фенолов

120

и ароматических аминов). Однако мы считаем целесообразным предлагаемую последовательность изучения классов соединений, поскольку большую часть химических свойств таких соединений обеспечивать функциональная группа, и кроме того, изучение фенолов после спиртов и ароматических аминов после насыщенных облегчает сравнение их свойств, что, в свою очередь, делает более наглядным взаимное влияние групп атомов в молекулах.

Изучающиеся в курсе органической химии биополимеры, к ко-торым относятся сложные углеводы, белки и нуклеиновые кислоты, являются объектами надмолекулярного уровня, поэтому они в таб-лицу 2 не входят. Мы рекомендуем их рассматривать непосредственно после классов соединений, молекулы которых входят в их состав элементами (сложные углеводы после простых, белки после амино-кислот, нуклеиновые кислоты после азотсодержащих гетероциклов).

Таким образом общую структуру курса можно представить в виде схемы, представленной на Рисунке 1.

Приведем разработанную нами программу курса, соответствую-щую предложенной схеме.

ПРОГРАММА КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ВВЕДЕНИЕ Предмет органической химии в историческом развитии. Соеди-

нения углерода в органической и неорганической химии. Роль орга-нической химии в практике человека.

Основные способы изображения органических молекул.

Часть I. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО КАК ХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

1.1. СУБМОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

1.1.1. АТОМАРНЫЙ ПОДУРОВЕНЬ Атомы элементов-органогенов. Возбужденное состояние атомов.

Химическая связь в молекуле – ковалентная связь. Механизмы образо-вания ковалентной связи. Разновидности ковалентной связи: σ- и π-связи. Кратность ковалентной связи. Полярность ковалентной связи. Особенности химической связи между атомами элементов-органо-генов. Способы разрыва ковалентной связи.

Свойства атома как элемента молекулы. Координационное число атома. Степень окисления атома. Гибридизация атомных орбиталей

121

при образовании ковалентных связей. Расположение орбиталей гибри-дизованных атомов в пространстве. Причины отклонений от стан-дартных значений валентных углов. 1.1.2. ПОДУРОВЕНЬ ГРУППИРОВКИ АТОМОВ. УГЛЕРОДНАЯ

ЦЕПЬ И ФУНК-ЦИОНАЛЬНАЯ ГРУППА Углеродная цепь и функциональная группа. Классификации органических соединений по строению углерод-

ной цепи (соединения циклические, ациклические (линейные и раз-ветвленные), гетероциклические; ароматические и неароматические; насыщенные и ненасыщенные).

Классификация органических соединений по виду функцио-нальных групп.

1.2. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

1.2.1. ГОМОЛОГИЧЕСКИЕ РЯДЫ И ИЗОМЕРИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Гомология, гомологический ряд, гомологическая разность. Изомерия. Структурная изомерия: изомерия углеродной цепи, изо-

мерия положения кратных связей и функциональных групп, межклассовая изомерия. Пространственная изомерия: геометрическая и оптическая изомерия. 1.2.2. ПОЛЯРНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ

Полярность связей и полярность молекул. Влияние структуры молекулы на ее полярность 1.2.3. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Выделение типов химических реакций по характеру изменения состава или структуры органических веществ. Выделение типов химических реакций по виду реагента. Выделение типов химических реакций по частным признакам.

122

Рису

нок

1: С

трук

тура

кур

са «

Орг

анич

еска

я хи

мия»

(сис

темн

ый

подх

од)

123

1.3. НАДМОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

1.3.1. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Межмолекулярные взаимодействия: силы Ван-дар-Ваальса и водородные связи. Межмолекулярные взаимодействия и физические свойства органи-ческих веществ. 1.3.2. ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ В РЯДАХ ГОМОЛОГОВ И ИЗОМЕРОВ Характер изменения температур кипения и плавления, растворимости, плотности и реакционной способности органических веществ в рядах веществ-гомологов и веществ-изомеров

Часть 2. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ

КЛАССОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2.1. УГЛЕВОДОРОДЫ

Классификация углеводородов. Гомологичеcкие ряды углеводородов. Номенклатура углеводородов.

Строение, общая формула гомологического ряда, изомерия, физичес-кие и химические свойства, методы получения и применение алканов, циклоалканов, алкенов, алкадиенов, алкинов и ароматических углеводо-родов.

Основные виды системообразующих связей в химических объектах. Генетические связи между углеводородами и галогенпроизводными угле-водородов

2.2. МОНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 2.2.1. МОНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ

СОЕДИНЕНИЯ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ХИМИИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Классификации кислородсодержащих соединений Кислородсодержащие органические соединения: общая формула гомо-

логического ряда, изомерия, номенклатура, степени окисления атомов углерода

Взаимные превращения представителей некоторых классов кисло-родсодержащих соединений. Межмолекулярные взаимодействия у пред-ставителей некоторых классов кислородсодержащих органических соединений

ГИДРОКСИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Гидроксильные соединения, их классификации. Строение, общая фор-

мула гомологического ряда, изомерия, физические и химические свойства, методы получения и применение одноатомных и многоатомных спиртов, фенолов.

124

КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Карбонильные соединения, их классификации. Строение, общая фор-

мула гомологического ряда, изомерия, физические и химические свойства, методы получения и применение альдегидов и кетонов.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ Карбоновые кислоты и их производные. Классификации карбоновых

кислот и их производных. Строение, общая формула гомологического ряда, изомерия, физические и химические свойства, методы получения и применение карбоновых кислот, солей карбоновых кислот, сложных эфиров. Жиры и масла. Мыла.

Генетические связи между углеводородами, галогенсодержащими и кислородсодержащими органическими соединениями. 2.2.2. МОНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ

СОЕДИНЕНИЯ Классификации азотсодержащих соединений. Строение, общая фор-

мула гомологического ряда, изомерия, физические и химические свойства, методы получения и применение насыщенных и ароматических аминов.

2.3. ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Классификации, строение, изомерия, физические и химические свойства,

методы получения, применение и биологическая роль углеводов, амино-кислот, белков, азотсодержащих гетероциклов и нуклеиновых кислот.

ОБСУЖДЕНИЕ

Следует обратить внимание на то, что в предложенной программе изучаемый материал обозначен пунктирно. Нам хотелось сделать акцент не столько на объеме предметного материала, сколько на структуре курса, задающей направление изучения органической химии, и, соответственно, способ ориентировки в ней. Эта структура и есть инвариант программы, позволяющий при определении целей изучения курса наполнить его содержанием требуемого объема и составить множество вариантов про-грамм для учебных заведений разного уровня, различных профилей и т.д.

Данная программа легла в основу разрабатываемого нами на основе системного и деятельностного подходов экспериментального учебно-методического комплекта (УМК) для учащихся средних школ РФ, изучающих химию на профильном уровне. В состав УМК вошли: учебник-тетрадь «Органическая химия. Книга 1. Углеводороды и их моно-функциональные соединения» (Дерябина, 2012), «Органическая химия. Сборник упражнений» (Дерябина, 2012), сборник заданий-цепочек «300 попроще и 300 посложнее: задания-цепочки по органической химии» (Дерябина, 2011), минисправочник «Органическая химия в реакциях»,

125

минисправочник «Связи между классами веществ». Первичная апробация этих материалов показала высокую их эффективность – у учащихся вырастала мотивация, формировалась системная ориентировка в предмете, повышалась успешность решения ими учебных задач. Пособие также широко использовались для индивидуальных занятий с абитуриентами, поступающими в ВУЗы и показали значительное превосходство в скорости и качестве подготовки абитуриентов по сравнению с пособиями, осно-ванных на классических методиках обучения органической химии.

Мы планируем закончить разработку УМК (подготовить учебники-тетра-ди «Органическая химия. Книга 2. Гетерофункциональные и высокомо-лекулярные соединения» и «Органическая химия. Книга 3. Электронные эффекты и механизмы реакций») и продолжить апробацию указанного комплекта.


Давыдов, В. В., 1972. Виды обобщения в обучении. Москва: Педагогика.

Решетова, З. А., Дерябина, Н. Е., 2002. Новый подход к классификации и решению учебных расчетных задач на основе системного анализа. In: Формирование системного мышления в обучении. Учебное пособие для ВУЗов. Москва: ЮНИТИ-ДАНА.

Дерябина, Н. Е., 2011. 300 попроще и 300 посложнее: Задания- цепочки по органической химии. Москва: ИПО «У Никитских ворот».

Дерябина, Н. Е., 2012. Органическая химия. Книга 1. Углеводороды и их монофункцио-нальные производные. Москва: ИПО «У Никитских ворот».

Дерябина, Н. Е., 2012. Органическая химия. Сборник упражнений. Москва: ИПО «У Никитских ворот».

126

DALŠÍ VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ CHEMIE NA ZČU V PLZNI

Vladimír Sirotek Faculty of Education, University of West Bohemia, Pilsen, Czech Republic

[email protected]

Abstrakt Článek se zabývá současným stavem a možnostmi dalšího vzdělávání učitelů chemie na ZČU v Plzni. Je pojednáno o zapojení katedry chemie v projektech na podporu dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků, které přispívají ke zvýšení zájmu o další vzdělávání učitelů chemie.

Klíčová slova Další vzdělávání, učitelé chemie

Further Education of Chemistry Teachers at the University of West Bohemia in Pilsen

Abstract This article deals with the current situation and occasions of further education for chemistry teachers at the University of West Bohemia in Pilsen. It covers the Department of Chemistry engagement in projects supporting further education of chemistry teachers thereby contributing to higher interest in the matter of their further education.

Keywords Further Education, Chemistry Teachers

ÚVOD Další vzdělávání pedagogických pracovníků (DVPP) v Plzeňském kraji

má již dlouholetou tradici. Kromě tradiční organizace Krajské centrum vzdělávání a Jazyková škola Plzeň (KCVJŠ) působí v oblasti vzdělávání pracovníků škol i Fakulta pedagogická Západočeské univerzity v Plzni (FPE ZČU). FPE je se školami v úzkém kontaktu a provádí dílčí výzkumná šetření zaměřená na analýzu vzdělávacích potřeb pracovníků škol. Dobrou úroveň a výsledky vzdělávacích programů ovšem ohrožují velmi nízké

127

finanční prostředky, které mají na další vzdělávání jednotlivé školy k dispozici. Školy se zaměřují pouze na ekonomicky nenáročné akce a řada kvalitních programů zůstává nenaplněna. V posledních letech postupně dochází k výraznému poklesu počtu účastníků na akcích DVPP. Hlavním důvodem je zřejmě stále neexistující kariérní systém pro pedagogické pracovníky, který by měl zvýšit prestiž učitelského povolání a ocenit dobré učitele (Kričfaluši, 2013). Dále se objevují problémy spojené s uvolňo-váním a financováním účastníků ze strany vedení vysílajících škol. Z to-hoto pohledu může k částečnému řešení přispět i realizace nových projektů, které umožňují učitelům účast na vzdělávacích akcích, které by pro ně byly jinak finančně nedostupné.

DALŠÍ VZDĚLÁVÁNÍ NA FPE ZČU V PLZNI

Krátkodobý vzdělávací program „Chemie a společnost“ Na Fakultě pedagogické ZČU v Plzni jsou například v systému celo-

životního vzdělávání pedagogických pracovníků v jednotlivých oborech nabízené Krátkodobé vzdělávací programy akreditované MŠMT. Více informací lze nalézt na https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=41 (Západočeská univerzita v Plzni, 2014). V oboru chemie je to vzdělávací program „Chemie a společnost” (Sirotek a Cais, 2009). Jedná se o semestrální kurz v rozsahu 24 hodin, který je určen zejména učitelům chemie ZŠ a SŠ, ale i dalším zájemcům o chemii. Kurz probíhá v šesti čtyřhodinových odpo-ledních blocích (1x14 dnů). Cílem kurzu je seznámit účastníky s vý-znamnými aplikacemi chemie v životě společnosti. Absolventi kurzu si prohloubí základní představy o významu současné chemie pro rozvoj společnosti, včetně všech přínosů, ale i rizik, které aplikace mohou přinášet. Účastníci získají nové teoretické poznatky i některé praktické dovednosti. Nevýhodou těchto programů se ukazuje poměrně vysoká cena.

Projekt „Enviroexperiment” V letech 2011-2013 byl na FPE ZČU v Plzni v rámci Operačního

programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK) v oblasti podpory 1.1 Zvyšování kvality ve vzdělávání realizován projekt „Enviroexperi-ment” (Sirotek a Štrofová, 2013). Na jeho řešení se podíleli i pracovníci katedry chemie. Hlavním cílem projektu byl rozvoj aktivních forem získávání kompetencí a osvojování znalostí žáků základních a středních škol ve vzdělávání pro udržitelný rozvoj prostřednictvím experimentální a další praktické činnosti žáků a studentů v environmentální oblasti

https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=41

128

v předmětech biologie, fyzika, chemie a přírodověda. Nedílnou součástí tohoto cíle bylo zvyšování kompetencí učitelů přírodovědných předmětů na základních a středních školách v rozvoji experimentálních a badatelských metod výuky. V rámci řešení projektu byly učitelé ZŠ a SŠ proškoleni ve vybraných tematických celcích (samostatně pro ZŠ a SŠ). Kurzy pro učitele se uskutečnily v období květen-červen 2012. Proběhly čtyři osmihodinové kurzy, kterých se zúčastnilo 21 učitelů ze ZŠ a 15 učitelů ze SŠ. Proškolení učitelé si odnesli výukové materiály, které poté implementovali ve vlastní výuce chemie na svých školách. Pedagogové získali základní teoretický přehled, ale zejména praktickou zkušenost s konkrétními postupy a experi-menty ve výuce, sdíleli své zkušenosti z praxe. Dále nabyli praktické zkušenosti s výukovými prostředky, které pak uplatňovali ve své výuce (pomůcky, pracovní materiály s metodickými postupy).

Projekt „Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji” V současné době (1. 3. 2013 - 28. 2. 2015) je na FPE ZČU v Plzni

v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK) v oblasti podpory 7.1.3 Další vzdělávání pracovníků škol a školských zařízení realizován projekt „Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji”. Informace k tomuto projektu lze nalézt na https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=11 (Západočeská univerzita v Plzni, 2014). Na jeho řešení se opět podílí i pracovníci katedry chemie. Hlavním cílem projektu je zlepšit profesní kompetence pracovníků škol v Plzeňském kraji. Aktivity projektu podporují výuku technických, přírodovědných oborů a řemesel, zlepší kompetence učitelů pro udržitelný rozvoj a rozvinout řídící kompetence vedoucích pracovníků škol a školských zařízení. Ze zkušeností a rozhovorů s učiteli základních a středních škol vyplynula potřeba zaměřit školení zejména na novinky a praktické otázky výuky technických a přírodovědných oborů a řemesel. Učitelé mají zájem především o kvalitně zpracované studijní materiály, ze kterých budou moci dále čerpat při přípravě vlastní výuky na školách.

V rámci projektu bude vytvořeno a realizováno 14 vzdělávacích kurzů DVPP a 2 exkurze zaměřené na nejaktuálnější témata z oblasti technických a přírodovědných oborů pro učitele matematiky, fyziky, chemie, příro-dopisu, zeměpisu, environmentální a technické výchovy na základních a středních školách. Součástí projektu jsou i 4 on-line kurzy pro řídící pracovníky škol. Prostřednictvím aktivit projektu bude podpořeno 250 pe-dagogických pracovníků.

https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=11

129

Přehled plánovaných akcí pro obor chemie: Chemické látky v našem životě (odpolední seminář – 4 hodiny) Chemie potravin a výživy (odpolední seminář – 4 hodiny) Chemie v laboratoři (dvoudenní seminář s vlastní praktickou aktivitou účastníků v chemické laboratoři – 16 hodin) Den učitelů chemie (jednodenní seminář – novinky a zajímavosti z jednotlivých oborů chemie – 8 hodin) Environmentální aspekty chemických výrob (třídenní exkurze do vy-braných chemických závodů – 24 hodin) Energetické a chemické využití uhlí a jeho dopad na životní prostředí (třídenní multioborová exkurze – 24 hodin)

ZÁVĚR

Realizace uvedených činností, které zohledňují různé formy dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků, by měla přispět ke zvýšení zájmu o další vzdělávání učitelů a jeho celkové podpoře.

PODĚKOVÁNÍ

Příspěvek vznikl za podpory projektu ESF z OPVK č.: CZ.1.07/1.3.47/02.0010.

LITERATURA

Kričfaluši, D., 2013. Vzdělávání učitelů chemie. In: Súčasnosť a perspektívy didaktiky chémie III. Donovaly, 29. - 31. 5. 2013. Banská Bystrica: UMB.

Sirotek, V., Cais J., 2009. Podpora dalšího vzdělávání učitelů chemie v Plzeňském kraji. In: Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX., 2. část: Přehledové studie a krátké informace. Hradec Králové, září 2009: Gaudeamus.

Sirotek, V., Štrofová J., 2013. Rozvoj experimentální výuky environmentálních programů na školách v Plzeňském kraji. In: Súčasnosť a perspektívy didaktiky chémie III. Donovaly, 29. -31. 5. 2013. Banská Bystrica: UMB.

Západočeská univerzita v Plzni, 2014. Celoživotní vzdělávání FPE ZČU. [online] Dostupné na <https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=41> [Staženo 2 červenec 2014].

Západočeská univerzita v Plzni, 2014. Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji. [online] Dostupné na <https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=11> [Staženo 2. červenec 2014].

130

TO A QUESTION ABOUT THE POSSIBILITY OF CREATION OF UNIFORM EDUCATIONAL STANDARDS

IN CHEMISTRY (COMPARISON ATTEMPT)

Sergei Teleshov, Elena Teleshova Saint Petersburg, Russia

[email protected]; [email protected]

Martin Bílek University of Hradec Králové, Czech Republic

[email protected]

Mihails Gorskis Daugavpils University, Latvia

[email protected]

Jari Lavonen University of Helsinki, Finland

[email protected]

Aarne Tõldsepp Tartu University, Estonia

[email protected]

Janis Svirksts University of Latvia, Riga, Latvia

[email protected]

Algirdas Sulcius Kaunas University of Technology, Lithuania

[email protected]

Abstract On methods of teaching chemistry comparative studies were very rare. The proposed small study partly fills that gap. This paper allows you to compare Estonian, Czech, Latvian, Lithuanian, Russian and Finnish main schools curriculums. You can compare the goals, objectives, textbooks for 8-9 classes. Of particular interest is the opportunity to compare the contents of the training programs and learning outcomes. A curriculum, created on the basis of the standard, is a master plan that regulates teaching and learning. We offer you to get acquainted with the content of the training programs of 6




131

countries. Perhaps, at least in the remote future, will create a uniform educational standard and unified program in chemistry. This is important, given that chemical knowledge penetrates everywhere. There is plenty of evidence in the history of interaction between European countries in the field of teaching chemistry. Let’s look with hope in our chemical educational future.

Keywords National level of chemistry curriculum, main school, Estonian chemistry basic school curriculum, Czech chemistry basic school curriculum, Latvian chemistry basic school curriculum, Lithuanian chemistry basic school curriculum, Russian chemistry basic school curriculum, Finnish chemistry basic school curriculum.

INTRODUCTION

In some countries in the world there is a centralized education system and, in other countries a decentralized education system, where a local curriculum is prepared, based on the national level curriculum. However, in both cases the national level curriculum is an important tool for the implementation of the national education policy. A curriculum is a tool for renewal of science education.

There are in area of methodology of educating of chemistry very small works of comparative character. One of them was conducted by Professor J. Lavonen with colleagues and got interesting results (Lavonen, 2013). They turned their attention on the balance between concepts and processes.

The purpose of this article is to compare the Estonian, Czech, Latvian, Lithuanian, Russian and Finnish curriculum in chemistry. We examine aims and tasks of the school educating in 8 – 9 classes. The special attention we suggest to turn on maintenance of on-line tutorials and planned results of educating on them. The list of the applied textbooks, books of problems and working notebooks is led also.

Before we paid attention to that the scientific association of Europe found points for contiguity yet 400 prior to creation of the European Union (Teleshov, 2011). Exactly this circumstance and infuses with in us a hope on further co-operation. We will study the school programs of different countries. We will take into account historical methodical experience of every partner. On these bases we will improve the national programs. We will try to produce the single (and the best!) new program. Perfectly sound could be compactible educational space of Europe!

132

In the tables (table 1, 2) offered below information is driven on educational programs for 8 – 9 classes 6 countries: Estonia, Czech, Latvia, Lithuania, Russia and Finland. We will begin the systematic study of question about possible (in a prospect) creation single in area of chemistry of educational space of Europe.

At a data origination about the programs authors used official normative records (Finnish, 2004; Сборник, 2006). Table 1 Chemistry classes in grades at lower secondary education in compared countries

Country Classes in Grades

RUSSIA 8-9 grades, hours per week during two years

FINLAND 7-9 grades, 2 hours per week during two years

ESTONIA 8-9 grades, 2 hours per week during two years

LITHUANIA 8-10 grades, 2 hours per week during three years

LATVIA 8-9 grades, 2 hours per week during two years

CZECH REPUBLIC 8-9 grades usually (it can be 4 hours in 6-9 grades), 2 hours per week during two years usually

SCHOOL ON-LINE TUTORIALS OF BASIC UNIVERSAL EDUCATION

Russia A sample program in chemistry is based on the Federal component of the National

standard of basic general education (5. 3.2004). The study of chemistry on the stage of basic universal education is sent to the achievement of next aims:

• mastering of major knowledge about basic concepts and laws of chemistry, chemical symbolise;

• capture by abilities to look after the chemical phenomena, conduct a chemical experiment, produce calculations on the basis of chemical formulas of substances and equalizations of chemical reactions;

• development of cognitive interests and intellectual capabilities in the process of realization of chemical experiment, independent acquisition of knowledge in accordance with nascent vital necessities; - application of gain knowledge and abilities for the safe use of substances and materials in the way of life, agriculture and on a production, decisions of practical tasks in everyday life, warning of the phenomena, harming to the health of man and environment.

133

The exemplary program envisages forming at scholar abilities of students and skills, universal methods of activity and key competences. In this direction by priorities for an educational object «Chemistry» on the stage of basic universal education are: the use for cognition of the surrounding world of different methods (supervisions, measuring, experiments, experiment); realization of practical and laboratory works, simple experiments and description of their results; use for the decision of cognitive tasks of different information generators; an observance of norms and rules of behaviour is in chemical laboratories, in an environment, and also rules of healthy way of life.

Results of study of course «Chemistry» driven to the division of «Requirement to the level of preparation of graduating students» that fully corresponds to the standard. Requirements are sent to realization of activity, oriented to practice and personality ori-ented approaches; mastering by students to intellectual and practical activity; capture by the knowledge and abilities, highly sought in everyday life, allowing being oriented in the surrounding world, meaningful for environmental and own health preservation.

Finland The Managing Board of the Finnish National Board of Education has approved the

National Core Curriculum for Basic Education 2004. (To be observed from 16 January 2004 until further notice).

The tasks of chemistry instruction in the seventh through ninth grades are to expand the pupil's knowledge of chemistry and the nature of chemical information and guide the pupil in thinking characteristic of the (natural) sciences, in acquiring knowledge, and in applying that knowledge in different life situations. The instruction provides the pupil with material essential from the standpoint of personality development and the formation of a modern world view, and helps the pupil comprehend the importance of chemistry and technology in everyday life, the living environment, and society. Chemistry instruction must provide the pupil with the ability to make everyday choices and to discuss, in particular, issues of energy production, the environment, and industry; it must also guide the pupil in taking responsibility for the environment.

The instruction relies on an experimental approach in which the starting point is the observation and investigation of substances and phenomena associated with the living environment. The pupil progresses from that point to the interpretation, explanation, and description of phenomena, and to modelling both the structure of matter and chemical reactions with the symbolic language of chemistry. The experimental orientation must help the pupil to grasp the nature of science and to adopt new scientific concepts, prin-ciples, and models; it must develop manual skills and abilities for experimental work and cooperation and stimulate the pupil to study chemistry.

The pupil will:

• learn to work safely, following instructions;

• learn to use research methods typical from the stand-point of acquiring scientific knowledge, these methods including information and communication technology; and to evaluate the reliability and importance of the knowledge;

• learn to carry out scientific investigation and to interpret and present the results;

134

• learn about processes associated with the cycle of substances and the life-cycles of products, and the importance of those processes to nature and the environment;

• learn to know about the physical and chemical concepts that describe the properties of substances and learn to apply those concepts;

• learn concepts and models that describe the chemical bonds and structure of matter;

• learn to describe and model chemical reactions with the aid of reaction equations;

• learn to apply their knowledge to practical situations and choices;

• learn to know about the importance of chemical phenomena and applications to the individual and society.

Estonia Estonian new curriculum for basic school and gymnasium was accepted by parlia-

ment 09.06.2010. According to new law every school has a full freedom to compile own curriculum.

All Estonian curricula and syllabi are competencies based:

- values;

• social competencies;

• competencies to learn;

• self-reflection competencies;

• communication competencies;

• mathematical competencies;

• entrepreneurship competencies

Lithuania Lithuania new curriculum for basic school was confirmed by Lithuanian ministry of

education 2008-09-26 (Nr. ISAK-2433). According to new law every school has a full freedom to compile own curriculum and syllabi.

Lithuanian curricula and syllabi are competencies based:

• values;

• social competencies;

• competencies to learn;

• self-reflection competencies;

• communication competencies;

135

• mathematical competencies;

• entrepreneurship competencies.

Latvia New curriculum for basic school was confirmed by the Cabinet of Ministers of the

Republic of Latvia 2008-09-02 (Nr. 715), and 2013-05-21 (Nr. 281). According to law every school has a full freedom to compile own syllabi. Program for primary schools includes learning objectives, training content, sequence and time for this. Also shows the diagnostics for the achievement of the goals and instructional techniques that are used by the teacher. Lists the learning tools and teaching methods are included.

Improve the conceptual apparatus of students about substances and chemistry reac-tions diversity, about the laws of chemical processes, and also develop communication and research skills, provided for active involvement of the students in the long-term sus-tainable development of society. Improve understanding of the physical, chemical and physics-chemical processes on conditions (laws) of their implementation, the diversity of substances and disperse systems and chemical reactions. Develop research and com-munication skills of students in chemistry, by solving problems. Exploring or experi-menting, analysing and evaluating the information received.

Czech Republic New curriculum situation in the Czech Republic (new curricular reform) is charac-

terized by preparation of so-called "two-level curriculum", including the "general cur-riculum" developed by Pedagogical Research Institute of Czech Ministry of Education and "school curriculum" constructed by a school. The “general curriculum” - in our ex-ample “Core Curriculum for Primary Education (RVP ZV)” – does not speak about learning subjects but about learning areas. Program for primary and lower secondary schools contents nine basic areas: Language and Communication, Math and Its Applica-tion, Information and Communication Technology, Man and His World, Man and Soci-ety, Man and Nature, Arts and Culture, Man and Health, Man and World of Work.

For specific goals so-called “cross-curricular topics” were prepared: Education to Democratic Civics, Education to Personality and Social Adaptation, Environmental Education, Medial Education, Education to Thinking on European and Global Connec-tion and Multicultural Education.

The learning area “Man and Nature” is characterized by the following aspects that possibly realize ecological and environmental approaches: Subject-matter of physics, chemistry, biology and geography, 22 classes weekly (minimum for 6. – 9. Grades), Possibilities for integration, for traditional or new subjects, School curriculum as own school product by RVP ZV or modification of so-called pattern curriculum.

136

CORE CONTENTS IN COMPARED COUNTRIES

Russia Substance Atoms and molecules. Chemical element. Language of chemistry1. Signs of chemical elements, chemical formulas. Law of constancy of composition. Relative atomic and molecular the masses. Atomic unit of mass. Amount of substance, moth of clothes. Molar mass. Molar volume. Clean substances and mixtures of substances. Natural mixtures: air, natural gas, oil, natural waters. Quality and quantitative composition of substance. Simple and difficult substances. Basic classes of inorganics compounds. Periodic law and periodic system of chemical elements of Д. И. Mendeleev. Groups and periods of the periodic system. Structure of atom. Nucleus (protons, neutrons) and electrons. Isotopes. Structure of electronic shells of atoms first 20 elements of the periodic system Д. И. Mendeleev. Structure of molecules. Chemical connection. Types of chemical connections: covalently (arctic and non-polar), ion, metallic. Concept about valence and degree of oxidization. Substances are in the hard, liquid and gaseous state. Crystalline and amorphous substances. Types of crystalline grates (atomic, molecular, ion and metallic).

Chemical reaction Chemical reaction. Terms and signs of chemical reactions. Maintenance of mass of substances at chemical reactions. Classification of chemical reactions on different signs: to the number and composition of initial and got substances; to the change of degrees of oxidization of chemical elements; to absorption or selection of energy. Concept about speed of chemical reactions. Catalysts. Electrolytic dissociation of substances is in water solutions. Electrolytes and nonelectrolytes. Ions. Cations and anions. Electrolytic dissociation of acids, alkalises and salts. Reactions of ionic ex-change. Redox-reactions. Oxidizing and reducing agents.

Elementary bases to inorganic chemistry Properties of simple substances (metals and non-metals), oxides, bases, acids, salts. Hydrogen. Hydrogen connections of non-metals. Oxygen. Ozone. Water. Halogens. Hydro halogens acid and their salts. Sulphur. Oxides of sulphur. Sulphuric, sulphurous and sulphureted hydrogen acids and their salts. Nitrogen. Ammonia. Salts of ammonium. Oxides of nitrogen. Aqua Fortis and her salts. Phosphorus. Oxide of phosphorus. Phosphoric acid and her salts. Carbon. Diamond, graphite. Carbon-monoxide fumes and carbonate gases. Carbonic acid and her salts. Silicon. Oxide of silicon. Silicic acid. Silicates. Alkaline and alkaline-landed metals and their connections. Aluminium. Amphoteric of oxide and hydroxide. Iron. Oxides, hydroxides and salts of iron.

1 italics means that material is studied, but does not join in requirements to preparation

137

Primary ideas about organic substances Primary information about the structure of organic substances. Hydrocarbons: me-thane, ethane, ethene. Alcohols (methanol, ethanol, glycerine) and hydro-carboxylic acids (vinegar, stearin) as representatives of organic oxy-chemicals. Biologically important substances: fats, carbohydrates, squirrel. Ideas about polymers on the example of polyethylene.

Experimental bases of chemistry Rules of work are in a school laboratory. Laboratory tableware and equipment. Safety rules. Division of mixtures. Cleaning of substances. Filtration. Weigh. Preparation of solutions. Receipt of crystals of salts. Realization of chemical reactions in solutions. Heater devices. Realization of chemical reactions at heating. Methods of analysis of substances. Quality reactions on gaseous substances and ions in solution. Determination of character of environment. Indicators. Receipt of gaseous substances.

Chemistry and life Man in the world of substances, materials and chemical reactions. Chemistry and health. Medicinal preparations; problems related to their application. Chemistry and food. Calorie content of fats, proteins and carbohydrates. Preservatives of foods (common salt, ac. acid). Chemicals as building and carpentry materials (chalk, marble, limestone, glass, cement). Natural sources of hydrocarbons. Oil and natural gas, their application. Dumping of chemical and his consequence. Problems of the safe use of substances and chemical reactions are in everyday life. Toxic, combustible and explosive substances. Domestic chemical literacy

Finland Air and water - atmospheric substances and their importance to the individual and the equilibrium of

nature; - water and its properties, such as acidity and alkalinity; - flammability of substances; the combustion reaction; its description with the

symbolic language of chemistry; the properties of combustion products and effects on the environment.

Raw material and products - key elements and compounds to be found in the earth's crust and their properties, and

the manufacture, use, sufficiency, and recyclability of products; - electrochemical phenomena, the electrochemical cell, and electrolysis, and their

applications; - symbolic designation, classification and distinction of elements and compounds;

comparison of reaction rates; - interpretation of reaction equations and the balancing of simple reaction equations; - explanation of the properties and structures of elements and compounds with the aid

of an atomic model or the periodic table. Living nature and society - photosynthesis and combustion; energy sources;

138

- oxidation reactions and reaction products of organic compounds such as alcohols and carboxylic acids, and the properties and uses of these products;

- hydrocarbons, the petroleum-refining industry, and its products; - carbohydrates, proteins, and lipids; their composition and importance as nutritional

substances and industrial raw materials; - washing and cosmetic materials; textiles.

Estonia Chemistry around us. Physical properties of substances. Chemical reactions. Factors that affect the rate of a reaction. Solutions, suspensions, emulsions, foams and colloids around us. Chemical calculations with solutions.

Structure of atoms. Chemical elements and their symbols. Periodic table of chemical elements. Periodic table and electron configurations. Metals and nonmetals.

Simplest substances (elements in English) and compounds. Relative atomic masses and relative formula masses (RFM). Ions and ionic substances, ionic chemical bond. Molecular and non-molecular substances.

Oxygen around us, oxidation (burning). Oxidation number. Oxides (nomenclature and formulae). Oxides in everyday life.

Hydrogen, physical properties. Water and his properties. Solubility of substances in water (interactions with water).

Acids. The most important acids. Reactions with bases, neutralisation. Bases. The most important bases. Safety rules by working with acids and bases. pH concept. Measuring pH values. Salts. Some very important salts.

Metals. Reactions metals with the acids. Comparison of the physical properties of metals. Activity of metals. Corrosion of metals. The most important metals in our life (Fe, Al, Cu etc.),

Oxides, classification of oxides, reactions with water. Acids, classification of acids (strengths or weeks etc.). Chemical properties of acids (reactions with metals, oxides and bases). Acids in everyday life. Bases, classification of bases and chemical properties(decomposition of bases by heating).

Salts, formation of salts, solubility in water. Inorganic compounds in everyday life, hardness of water, fertilizers.

Solubility as a process (endothermic and exothermic), factors that affect the solubility solids, liquids and gases in water. Calculations with solubility (with using solubility curves).

Calculation with moles, molar mass and molar volume. Calculations based on chemical equations.

Carbon and carbon chemistry. Carbon and carbon oxides. Hydrocarbons. The most important polymers in everyday life. Carboxylic acids and alcohols.

139

The most important organic carbon compounds for life - saccharides, proteins, lipids. Carbon compounds as the fuels. Social problems (protection of surrounding world, fuels etc.) related to organic chemistry

Lithuania Composition of substances and cognizance properties Electronegativity, ionic bond and ionic compounds, covalent bond and covalent compounds, metallic bond: using electro-negativity characterize chemical bong, correlation with properties of compounds, explanation variation of metallic and non-metallic properties in group and period of periodic table. Calculation according chemical equations: applying principles of creation of chemical compound formulas and names. Solving of simple chemical tasks, training of calculation using simple chemical equations, when indicate more information, for example product efficiency. Solutions, indicators: recognizing of solutions using pH scale. Changes of chemical substances Oxidation-reduction reactions, balancing of equations: introducing with oxidation and reduction processes, indicating that breathing and corrosion are oxidation and reduction reactions. Studying of metal activity series, composing of simple sub-station reactions. Solubility of compounds in water, reactions of metathesis in solutions, table of salt solubility: using table of solubility compose simple molecular and net ionic equations, studying neutralization reactions. Cognizance and application of main chemical substances Acids, bases, salts and oxides in nature, technology in human body; understanding about distribution and circulation in nature of main elements and compounds: investigation of chemical substances, recognizing of anions, characterizing of carbon, oxygen and nitrogen circulation in nature. Main metals and non-metals, their proper-ties and application. Compounds of carbon, organic fuel, common understanding of saturated and aromatic hydrocarbons, alkenes, alcohols and their applications. Common understanding of nutritive sub-stances, natural and synthetic polymers, their properties and application. Corrosion and protection, acidic rains, fertilizers, wastes of plants, substances of oil con-version, well balancing of natural resources. Influence of synthetic substances on human health and nature, biotechnology, technologies without wastes, secondary recycling of raw materials, methods of environment.

Latvia Nature: Diversity and relationship of substances dispersed systems and their transformations Classification of substances: organic and inorganic (metals, non-metals, oxides, bases, acid and salt). Grouping the non-metal oxides and metal oxide elements. Types of chemical reactions: connection, decomposition, substitution and exchange. Finding acids in nature. Substances soluble and insoluble practical. Saturated and unsaturated solutions. The variety of hydrocarbons. The relationship between the classes of chemical diversity of materials. Alloys of metals minerals Latvia. Variety of cosmetic, detergents and cleaning agents.

140

The structure of atoms and matter, of dispersed systems The structure of the atom. Periodic system of chemical elements and atoms. Structure of substances. Chemical bond. Simple substances and compounds. Determination of the qualitative and quantitative composition of substances in chemical formula. Crystalline and amorphous substance. Structural formula of saturated hydrocarbons. The structure of the polymer. Starch, cellulose and proteins-natural polymers. Functional groups of alcohols and carboxylic acids, their structure and structural formulas. Physical, chemical and physic-chemical processes Physical and chemical transformations of substances. Interactions of oxides with water. Interaction between metals and non-metals with oxygen. Oxidation of simple substances. Neutralization reaction Preparation of drinking water and sewage treatment. Obtaining metals from rusting of metals, oxides and chemical properties of metals. Reduction. Interaction of acids with metals and bases. Evidence of carbon dioxide. Combustion of hydrocarbons. Oxidation of glucose, ethanol fermentation and lactic acid fermentation. Interaction of starch and cellulose with water. Transformation of carbon compounds in nature. Relationship between inorganic and inorganic and organic substances. Regularities in chemistry Law of definite proportions. The law of conservation of mass. Patterns in the periodic system of chemical elements. Research activities: Forecasting and planning Recognition of individual phases of research based on the description of the study itself. Formulate hypotheses about putting out the burning substance; the neutralization of the acids, bases. Planning progress of neutralization; solution preparation with a given mass of solute. Formulate the problem studied; the hypothesis of determining of carbonates in the rocks to formulate a hypothesis about the presence of carbohydrates and proteins in foods; formulate general chemical properties of inorganic and organic substances; on the properties of composite materials. Planning of the experiment about the transformations of substances; on the content of sugar in Coca-Cola, the interaction of metals with acids. Experimental work The observation and the experiment individually or in a group. Comply with the requirements of security in the area of chemistry, recognize signs of safety. To be able to use laboratory equipment and substances, to comply with the safe work practices with them. Make model and apply them to the characteristics of the structure of matter. Observation of chemical reactions. The study of the physical properties of substances. Monitoring solids using a microscope. Receipt and picking up oxygen. Experiment on extinguishing the burning substances. Cooking solutions with a mass content of dissolved substances. The use of indicators and pH-meter for the determination of acidity (basicity) environment.

141

Experiments with acids and bases. To be able to convert the numerical data using tables, charts and graphs. Preparation of pH scale based on experimental data. Molar mass calculations, the amount of a substance, the mass and volume of gaseous substances at normal conditions.

Calculations: the mass of the solution, the mass of matter and the mass fraction of a substance in solution; calculations of chemical equations, if given the amount of substance. Drafting tables for the study of chemical properties of inorganic and organic acids. Experiments with metals, oxides, acids, bases, salts, organic substances and materials. The transformation of substances and to determine the types of chemical reactions. Qualitative determination of carbonates in rocks. Interaction of semi-water plaster with water. To prove the presence of carbon and hydrogen in organic matter. For composite materials. Definition of carbohydrates, proteins and fats in food products. Preparation of a cosmetic, detergent. Determination of the mass of the sugar in the drink using data obtained in the experiment. Calculations to equations of reaction, given the mass of a substance or gas volume at normal conditions. Aspects of the interaction between man, society and the environment: Awareness of the values of scientific discoveries, inventions and research in chemistry Historical stages of development of the main branches of chemistry (inorganic and organic) and directions of research in these areas and the relationship with other natural sciences. The need for chemical knowledge and skills in different occupations and manufacturing enterprises of Latvia Influence advances in the chemistry of the living standards of people. Development of chemistry science and technologies and their influence on society Nano-chemistry. Use of components of air, acids and bases. Role of oxygen in everyday life. The use of soft and hard water. Technological processes of preparation of drinking water and wastewater treatment. The use of inorganic substances, rocks and minerals, materials and refined petroleum products. Technology of production of substances or materials (natural raw materials, processes, products). The production of glass, cement, aerated concrete in Latvia. Effect of the invention of advanced materials at the level of a person's life. The technological process of production of the metal from the ore. Technological process of getting food. Mineral fertilizers, pesticides. Biofuel. The influence of the individual and of society on the quality of the environment Safety in the chemical laboratory and in the everyday life. Influence of combustion products on air quality and human health. Prevention of air pollution. Impact of polluted water on the environment and human health. Rules of safety in everyday life with the use of containing acid or base. The impact of mining and processing of rocks on the quality of the environment. The impact of misuse of fertilizers and pesticides. Impact on human health of food additives and ethanol. The need for sorting and recycling household waste. Influence of by-

142

products from the manufacture of cement and metals to the environment. Rules of safety in everyday life when using gasoline and natural gas.

Czech Republic Educational disciplines in the area of Man and Nature aim at enabling pupils deeper understanding principles of processes in nature via active and inquiring way of learning, and thus realize how useful the processes are and how they can be applied in real life. Using the special ways of learning mentioned above pupils master important skills at the same time, especially observe in a systematic, objective and reliable way, make experiments, measurements, formulate and verify hypotheses on phenomena observed, analyse results received and deduce conclusions. Pupils learn how to research causes of processes in the nature, causality and relations, ask questions (How? Why? What happens if?), discover solutions, explain observed principles, solve problems and apply their knowledge to predict and influence the processes. General objectives in Man and Nature area aim at key competences and to learn pupils how to:

• Use empirical methods of cognition (observation, measurement, experiment, rational thinking) in researching facts and connections in nature,

• Ask questions on causes and development of processes in nature and find correct answers to them think to verify hypotheses in several independent ways,

• Evaluate importance reliability correctness of data to verify hypotheses or not, • Join activities aiming at being friendly to nature systems, their own and other

people’s health, understand relations between man and nature, • Act and prefer effective use of energy and its renewable sources, especially

sunshine, water and biomass, • Behave in life, property and nature threatening situations.

The Chemistry curriculum includes following topics (final competences are presented in brackets). Observation, Experiment, Safety of Work (pupil is able to define identical and different features of substances, work safely with common substances, evaluate their danger, judge the safety rate, explain the most effective behaviour in danger situation leak), Mixtures (pupil is able to differ mixtures and chemical substances, calculate the concentration of solutions, prepare solutions; explain basic factors influencing to solubility of solid substances; suggest and demonstrate technologies of mixtures separation (components of mixtures defined content); present practical examples of separation of components, differ various types of water and gives examples of their appearance and use, show ways of polluting water and air in working process and households, suggest optimal preventive precautions and ways of recycling), Microelement Structure of Substances and Chemical Elements (pupil is able to use expressions atom and molecule in correct context, differ chemical elements and chemical compounds and uses the expressions in correct context, have good knowledge in periodical table of chemical elements, distinguish selected metallic and non-metallic elements and evaluate their features),

143

Chemical Reactions (pupil is able to differ incipient substances and products of chemical reactions, give their practical examples, classify them and evaluate their use, read chemical reactions and calculate used the mass conservation law of reactants or products; apply knowledge of factors which practically influence to course of chemical reaction), Inorganic Compounds (pupil is able to compare features and use of important oxides, acids, bases and salts and consider the influence on the environment, explain origin of acid rains and their influence on the environment, present preventive precautions; prove orientation in pH scale, measure reaction of solution by universal indicator paper and give practical examples of neutralisation), Organic Compounds (pupil is able to differ simple hydrocarbons, present their sources, features and use, evaluate the use of fossil fuels and man-made fuels as sources of energy and give examples of oil treatment, differ some derivatives of hydrocarbons, present their sources, features and use, be oriented in photosynthesis reactants and products and end-products of biochemical processes, especially proteins, fats, saccharides; determine sufficient conditions for active photosynthesis, give examples of proteins, fats, saccharides and vitamin sources), Chemistry and Society (pupil is able to evaluate the use of primary and secondary raw materials from the sustainable development point of view on the Earth, apply rules of distinguishing fires on model situations, be oriented in preparation and practical use of various substances and their influence on man’s health).

FINAL-ASSESSMENT CRITERIA IN COMPARED COUNTRIES

Russia To know/to understand:

• chemical symbolic: signs of chemical elements, formula of chemicals and equalization of chemical reactions;

• major chemical concepts: chemical element, atom, molecule, relative atomic and molecular the masses, ion, chemical bond, substance, classification of substances, moth of clothes, molar mass, molar volume, chemical reaction, classification of reactions, electrolyte and non-electrolyte, electrolytic dissociation, oxidizing and reducing agents, oxidization and reduction;

• basic laws of chemistry: maintenances of mass of substances, constancy of com-position, periodic law.

To be able: • to name: chemical elements, connections of the studied classes; • to explain: physical sense of atomic(index) number of chemical element,

numbers of group and period, to that an element belongs in the periodic system Д. И. Mendeleev; conformities to law of change of properties of elements within the limits of small periods and main subgroups; essence of reactions of ionic exchange;

• to characterize: chemical elements (from hydrogen to the calcium) on the basis of their position in the periodic system Д. И. Mendeleev and features of structure

144

of their atoms; connection between composition, structure and properties of substances; chemical properties of basic classes of inorganics compounds;

• to determine: composition of substances on their formulas, belonging of substances to the certain class of connections, types of chemical reactions, valence and degree of oxidization of element in connections, type of chemical connection in connections, possibility of flowing of reactions of ionic exchange;

• to make: formulas of inorganic connections of the studied classes; charts of structure of atoms first 20 elements of the periodic system Д. И. Mendeleev; equalizations of chemical reactions;

• to apply with chemical tableware and laboratory equipment; • to recognize the experienced way: oxygen, hydrogen, carbon dioxide, ammonia;

solutions of acids and alkalines, chloride-, sulphate-, carbonate-ions; • to calculate: mass stake of chemical element on the formula of connection; mass

stake of substance in solution; amount of substance, volume or mass on the amount of substance, volume or mass of reagents or foods of reaction;

To use the purchased knowledge and abilities in practical activity and everyday life for: • safe handling substances and materials; • ecologically literate behaviour in an environment; • estimations of influence of dumping of chemical on the organism of man; • critical estimation of information about the substances used in the way of life; • preparations of solutions of the set concentration.

Finland The pupils will:

• know how to work safely, individually and in a group, according to the instructions given;

• know how to carry out simple science experiments, for example to investigate the combustion of a substance, the dissolving of a combustion product in water, or the acidity of the aqueous solution formed;

• know how to present and interpret the results of their experiments; • know about the cyclical processes of substances and the phenomena those

processes give rise to in nature and the environment, these including the carbon cycle, the greenhouse effect, and acidification;

• know about the importance of chemical phenomena and applications to the individual and society - for example, the importance of photosynthesis to living nature's energy resources, and the importance of corrosion and protection from corrosion in const-ruction and the metal industry;

• know about substances that affect the environment, and their sources, ways of spread, and effects on the well-being of people and nature - heavy metals and fossil-fuel combustion products, for example;

• know about different industrial sectors, such as the metal and wood-processing industries, and about their products and importance to everyday life;

• know how to interpret product descriptions, to ex-plain the life-cycle of a product, and to make choices as a consumer;

145

• know how to use the proper concepts in describing chemical phenomena and the properties of substances, such as acidity, electrical conductivity, and changes of state;

• know how to investigate the properties of substances and use the results in classifying, identifying, and distinguishing among elements and compounds, such as precious and non-precious metals;

• know how to describe an atom, chemical bonds, and compounds, using the proper models;

• know how to interpret simple reaction equations and write, for example, the equation for the combustion of carbon;

• know how to draw conclusions about a substance's reactivity on the basis of electronic structure of the atom or an element's location in the periodic table.

Estonia To form the important competencies related to chemistry, to learn language of chemistry and to be able to read chemical formulae and chemical equations, to see surrounding world in chemistry context, to solve chemistry problems and make simplest calculations to know Estonian chemistry as a science and chemistry industry to understand live science in Estonian context, to know carbon oxides and organic carbon compounds to understand healthy diet.

Lithuania To form the important competencies related to chemistry, to learn language of chemistry and to be able to read chemical formulae and chemical equations, to see surrounding world in chemistry context, to solve chemistry problems and make simplest calculations to know Lithuanian chemistry as a science and chemistry industry to understand live science in Lithuanian context.

Latvia Just draw conclusions relevant study problem or task, the hypothesis and the results obtained. Draw conclusions on the distinction between crystalline and amorphous materials. The use of chemical terms, concepts, and nomenclature of chemical formulas. Use curves of solubility, the periodic table of chemical elements and table of solubility and range of metals’ activity. Improvement collaboration skills in solving problems and in conducting experiments in the laboratory. Familiarize others with your results, or results of the group, using Visual AIDS and information technology.

Collecting, processing and analysis of information on everyday human relationships with the world of surrounding substances and chemicals, on the causes of the fires. How to extinguish a fire prevention measures, on the composition of the air. On the monitoring of air quality in Latvia, about modern drinking water treatment plants in Latvia.

146

Draw conclusions on the quality of organic substances; the activity of metals and their ability to react with acids. On the advantages and disadvantages of the use of the materials. The common chemical properties of organic and inorganic acids. On the availability of carbohydrates and proteins in food products. Preparation and presentation of material for variety of cosmetic, detergents and cleaning products, their composition and use and on the work of the enterprises of Latvia, their manufacturing.

Collection, processing and analysis of information on the impact of by-products from the manufacture of cement and metals on the quality of the environment; on the advantages and disadvantages of the use of refined petroleum products; on the impact of the invention of advanced materials at the level of human life; the use of organic and inorganic substances; the negative impact of alcohol on the human body; the need for the use of mineral fertilizers and pesticides and their possible negative effects if used improperly.

Formulate and justify your opinion on the need for sorting and recycling household waste; on the improvement of the environment; to comply with the security rules on the use of alternative fuels.

Czech Republic To form the important competencies related to chemistry, to learn language of chemistry and to be able to read chemical formulae and chemical equations, to see surrounding world in chemistry context, to solve chemistry problems and make simplest calculations. To know chemistry as a science and chemistry industry to understand live science in national and world context.

CONCLUSION

An attentive study and comparison of on-line tutorials allow to draw conclusion about their closeness. Herein there is nothing surprizing, in fact there is not Russian, English etc. chemistries. Consequently and material subject to the study near on maintenance in different countries. On the Latvian sample program we see that she in a high degree takes into account the presence of local chemical industry and constantly pays attention students to it. Russian program in too time very vast and volume, therefore, forces of students are nebulized maybe. Lithuanian, Finnish and Estonian programs are compact, and a brevity is a sister of talent. In this their force.

In any case in every country there is possibility for perfection of the national program. Chemists, as it already was in history not one time, can unite the efforts in order that chemical torches would be handed on to the new generations more productively.

147

ACKNOWLEDGEMENT

Authors with gratitude mark a contribution to creation of this article and in development of methodology of educating of chemistry of the largest scientist А. А. - R. Tõldsepp, memory of that this work is sanctified to.

REFERENCES

Finnish National Board of Education, National Core Curriculum for Basic Education 2004, http://www.oph.fi/instancedata/prime_product_julkaisu/oph/embeds/47672_core_curricula_ basic_education_3.pdf

Lavonen, J., Sothayapetch, P., Juuti, K. 2013. A comparative analysis of PISA scientific literacy framework in Finnish and Thai science curricula. Science Education Interna-tional. Vol. 24, Issue 1, 78-97.

Сборник нормативных документов. Химия. 2006. Федеральный компонент Государственного стандарта.

Teleshov, S., Teleshova, E. 2011. Rusijos mokslinio bendradarbiavimo su Europa 400 metų prieš Europos Sąjungos sukūrimą Chemistry education - 2011 /International scientific practical conference proceedings 20 April 2011. Каunas, s. 42-48.

148

KARBOXYLOVÉ KYSELINY V PŘÍRODNÍM MATERIÁLU

Michala Opatová, Simona Hybelbauerová Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova, Praha, Česká republika


Abstrakt Karboxylové kyseliny jsou jednou z nejvýznamnějších skupin organických látek. S karboxylovými kyselinami či jejich deriváty se běžně setkáváme v každodenním životě. Zmiňme např. citronovou kyselinu, která se užívá při vaření, pečení či jako odvápňovač nejen rychlovarných konvic. Z derivátů karboxylových kyselin jsou běžně používány sodné či draselné soli vyšších mastných kyselin, nebo-li mýdla. Estery se používají jednak jako léky (acylpyrin) či jako vonná složka parfémů. Tento článek představuje blíže karboxylové kyseliny, které jsme použily k chemickému experimentu. Experiment popisuje důkaz citronové a vinné kyseliny v přírodním materiálu pomocí vápenné vody a další doplňkové experimenty vztahující se k tématu. K experimentu jsou zapotřebí běžné laboratorní pomůcky a běžné chemikálie. Je tedy vhodný pro provádění na středních školách, v rámci laboratorních cvičení či projektové výuky. A také je vhodný pro badatelsky orientovanou výuku chemie.

Klíčová slova Citronová kyselina, jablečná kyselina, vinná kyselina, chemický experiment, vápenaté sole karboxylových kyselin

Carboxylic Acids in Natural Material

Abstract Carboxylic acids are one of the most important organic compounds. In everyday life we commonly use the carboxylic acids or their derivatives. We can mention citric acid used in the kitchen during cooking and baking or used as an agent for elimination of calcium deposits not only in jug kettle. Natrium or potassium salts of fatty acids, apart from being derivatives of carboxylic acids, are commonly used as soaps. The esters are used as medicines (for example acylpyrine) or as fragrant ingredient of perfumes. This article describes in detail carboxylic acids which were used in chemical experiment. The experiment show proof of citric and tartaric acid in natural material due to their reaction with limewater. There are some other experiments related to the main theme of the experiment. Common laboratory equipment and chemicals are necessary for realization of this experiment. That is the reason why this experiment is suitable for realization in grammar school during laboratory classes or during project teaching. It is also convenient for inquire-based science education.


149

Keywords Citric acid, malic acid, tartaric acid, chemical experiment, calcium salts of carboxylic acid

ÚVOD

Karboxylové kyseliny a přírodní hydroxykyseliny Karboxylové kyseliny jsou jednou z nejdůležitějších skupin organic-

kých látek. Mají význam nejen přímo pro různé praktické účely (např. pro výrobu mýdel, esterů, plastických hmot, léčiv aj.), ale i jako suroviny k laboratorní přípravě dalších sloučenin. (Červinka a kol., 1969)

Velký počet karboxylových kyselin se nalézá v přírodě. Např. octová kyselina je hlavní složkou octa; butanová kyselina způsobuje typický zá-pach žluklého másla; hexanová (kapronová) kyselina je příčinou neklam-ného pachu kozla či propocených ponožek (z latinského caper – kozel). Dalším příkladem může být cholová kyselina jako hlavní složka lidské žluči nebo alifatické kyseliny s dlouhým řetězcem, jako palmitová kyselina, které jsou prekursorem tuků a dalších lipidů. (McMurry, 2007)

Karboxylové kyseliny tvoří dvě skupiny derivátů, substituční a funkční deriváty. V přírodě se vyskytují především substituční deriváty a to amino-kyseliny, hydroxykyseliny a oxokyseliny. V nezralém ovoci se vyskytuje nejjednodušší hydroxykyselina - hydroxyethanová (glykolová) kyselina a oxokyselina – oxoethanová kyselina. V rostlinách je rozšířená mléčná kyselina (2-hydroxypropanová kyselina), produkt různých kvasných pro-cesů. Citronová (3-hydroxy-3-karboxypentandiová) kyselina se vyskytuje v citrusových plodech, vyrábí se účinkem mikroorganismů na roztoky sacharosy (melasy). Je součástí citrátového cyklu (zde se vyskytuje, kromě jiných, také jablečná (2-hydroxybutandiová) kyselina. Vinná kyselina, především pravotočivá, se nachází v mnohých plodech rostlin. Využívá se v potravinářském průmyslu. (Hrnčiar, 1990) Soli karboxylových kyselin

Organické kyseliny vytvářejí nejrůznější soli reakcí např. s hydroxidy nebo uhličitany kovů. Soli organických kyselin jsou většinou ve vodě roz-pustné a jsou silně hydrolyzovány. (McMurry, 2007) Význam mají sodné a draselné soli vyšších kyselin (palmitové, sterarové, olejové), které se používají jako mýdla. Soli karboxylových kyselin jsou hydrofilni a lipofilní látky. Jsou rozpustné ve vodě, alkoholech, kyselině octové, pyridinu a ne-rozpustné v nepolárních rozpouštědlech. (Hrnciar, 1990)

150

HYDROXYKARBOXYLOVÉ KYSELINY

Citronová kyselina HO COOH

HOOC COOH

Obrázek 1: Vzorec citronové kyseliny

Citronová kyselina (obr. 1), 2-hydroxypropan-1,2,3-trikarboxylová ky-selina, je bílá krystalická látka kyselé chuti dobře rozpustná ve vodě, která se vyskytuje v citrusových plodech, především v citronech, limetkách a grapefruitech (obr. 2). Používá se v potravinářství s označením E330 jako regulátor kyselosti, zabraňuje růstu bakterií, kvasinek a plísní a proto se používá jako konzervant např. do marmelád. Zabraňuje žluknutí tuků a olejů, kde působí jako antioxidant. Používá se jako univerzální odvápňovač, např. u rychlovarných konvic. Využití našla i v lékařství např. při sedimentaci, kde zabraňuje srážení krve. Plíseň rodu Aspergilus niger dokáže pro-dukovat citronovou kyselinu, čehož se využívá v průmyslové výrobě. Přírodní cestou lze získat citronovou kyselinu ze šťávy citrusů fermentací surového cukru. Dostupné na http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E330 (Emulgatory.cz, Emulgatory: E330, 2013)

Obrázek 2: 0.5 g citronové kyseliny, vodný roztok citronové kyseliny a pH jejího roztoku

Jablečná kyselina

HOOCCOOH

OH

HOOCCOOH

OH

S R

Obrázek 3: Vzorec S-jablečné kyseliny a R-jablečné kyseliny

http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E330

151

Jablečná kyselina (obr. 2), hydroxybutandiová kyselina, je bílá pevná látka, která je dobře rozpustná ve vodě a má kyselou chuť (obr. 4). Vyskytuje se v přírodě v L-formě (S-izomer, obr. 3), nejvíce v nezralém ovoci jako jsou zelená jablka, višně, hrozny, meruňky a hrušky. D-forma (R-izomer, obr. 3) se vyrábí synteticky. Do potravinářských výrobků se dodává směs L- a D-formy pod označením E296. Využívá se také v ko-smetickém průmyslu, kde se přidává do pleťových masek a krémů, kde zvýrazňuje barvu pleti. Jeji anion malát je součástí citrátového cyklu. Dostupné na http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E296 (Emulgatory.cz, Emulgatory: E296, 2013)

Obrázek 4: 0.5 g jablečné kyseliny, vodný roztok jablečné kyseliny a pH jejího roztoku

Vinná kyselina

HOOC COOHOH

OHHOOC COOH

OH

OHHOOC COOH

OH

OHL D meso

Obrázek 5: Vzorec L-vinné kyseliny, D-vinné kyseliny a mesovinné kyseliny

Vinná kyselina (obr. 5), 2,3-dihydroxybutandiová kyselina, tvoří bílé krystaly bez zápachu a kyselé chuti (obr. 6). Je dobře rozpustná ve vodě (obr. 6). Vyskytuje se v D-, L- a nebo meso-formě. Nachází se v ovoci (L-forma a racemická vinná kyselina – hroznová kyselina), např. v hrozno-vém víně, banánech a jiných plodech rostlin. Ve víně je jednou z nejvíce zastoupených kyselina. Používá se v potravinářství s označením E334 jako regulátor kyselosti potravin – ovocných nápojů, vín, cukrovinek, želé, pekařských výrobků, mražených mléčných výrobků, kyselá složka prášků do pečiva, jako emulgátor regulující proces rosolovatění nebo jako zvlhčující látka. Schopností vázat železnaté a měďnaté ionty katalyzující samovolnou oxidaci tuků zabraňuje jejich žluknutí. Ve velkém množství


152

má projímavé účinky a může způsobit zánět žaludku a střev. Získává se jako vedlejší produkt z hroznů při výrobě vína. Z vinné kyseliny je odvozena Seignettova sůl nebo-livinan sodnodraselný, který je součástí Fehlingova činidla používaného k důkazu redukujících sacharidů. Rozpustnost vinanu vápenatého se zvyšuje s teplotou. Dostupné na http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E334 (Emulgatory.cz, Emulgatory: E334, 2013) a http://en.wikipedia.org/wiki/Tartaric_acid (wikipedia.org, tartaric acid, 2014)

Obrázek 6: 0.5 g vinné kyseliny, vodný roztok vinné kyseliny a pH jejího roztoku

PŘÍRODNÍ HYDROXYKYSELINY V EXPERIMENTECH

V úvodu již bylo zmíněno, že karboxylové kyseliny tvoří soli reakcí s hydroxidy kovů. Z hlediska důkazových reakcí je zajímavá reakce citronové a vinné kyseliny s hydroxidem vápenatým. U vzniklých vápe-natých solí příslušných kyselin je různá rozpustnost ve vodě při laboratorní a zvýšené teplotě (Stein, 1956; tab. 1). Jako příklad dobře rozpustné vápe-naté soli karboxylové kyseliny byl experiment doplněn o jablečnou kyse-linu. Nejprve byl experiment proveden se standardy čistých karboxylových kyselin a následně na přírodním materiálu – např. citronová šťáva a bílé víno (nápoj). Pro experiment si vystačíme s běžnými laboratorními po-můckami a chemikáliemi. Postup experimentu se standardy karboxylových kyselin

Navážíme 0,5 g citronové kyseliny, kterou rozpustíme v kádince v ma-lém množství destilované vody (obr. 6). pH vzniklého roztoku je kyselé (obr. 6). Tento roztok za stálého míchání titrujeme čerstvě připraveným roztokem vápenné vody (nasycený roztok hydroxidu vápenatého, přefiltro-vaný) až do slabě zásaditého pH (obr. 7 a 8). Pozorujeme. Stejný postup provedeme s jablečnou a vinnou kyselinou (obr. 7 a 8). Poté roztoky za-hřejeme k varu a necháme vařit cca 2 minuty (obr. 9). Pozorujeme.


http://en.wikipedia.org/wiki/Tartaric_acid

153

Obrázek 7: Roztoky vápenatých solí citronové, jablečné a vinné kyseliny za laboratorní teploty

Obrázek 8: pH ztitrovaných roztoků kyselin vápennou vodou

Obrázek 9: Roztoky vápenatých solí citronové, jablečné a vinné kyseliny po 2 minutách varu

Při laboratorní teplotě pozorujeme vznik bílé sraženiny u vinné ky-seliny (obr. 7). Po varu vidíme vznik bílé sraženiny u citronové kyseliny (obr. 9). Naopak pozorujeme rozpuštění vinanu vápenatého za varu (obr. 9, tab. 1). Pro další doplňkové experimenty odfiltrujeme z roztoku sraženinu citronanu vápenatého (získáme cca 0,11 g bílé látky).

Tabulka 1: Rozpustnost vápenatých solí karboxylových kyselin

citronan vápenatý rozpustný (při lab.t) sraženina (za varu)

jablečnan vápenatý rozpustný (při lab.t) rozpustný (za varu)

vinan vápenatý sraženina (při lab.t) rozpustný (za varu)

154

Stejný postup aplikujeme na důkaz přítomnosti vinné a citronové kyseliny v přírodním materiálu. K experimentu použijeme 10 ml čerstvě vymačkané a přes jemné sítko přefiltrované citronové šťávy (filtrace přes filrační papír trvá delší dobu a filtrační papír se „ucpává“. Proto je lepší přírodní šťávy na experiment získat přecezením přes jemné sítko, např. na kávovou sedlinu výrobce Tescoma) (obr. 10). Jako druhý přírodní materiál zvolíme materiál, u kterého můžeme přepokládat obsah vinné kyseliny – např. 20 ml bílého vína (obr. 11). Pro pozorování vznikajících bílých sraženin je obecně lepší volit materiál světlé barvy.

Obrázek 10: 10 ml přefiltrované citronové šťávy, ztitrovaný roztok citronové šťávy vápennou vodou, pH ztitrovaného roztoku, povařený roztok citronové šťávy

Experiment provedeme obdobně jako s čistými kyselinami. Přírodní materiál máme již ve formě roztoku a přímo ho titrujeme vápennou vodou do slabě zásadité reakce (obr. 10 a 11). Vedle měření kyselosti/ zásaditosti roztoku pH papírkem pozorujeme zásadité prostředí u obou roztoků také změnou barvy. Díky přítomným anthokyaninům se oba roztoky zbarvily lehce do žluta (obr. 10 a 11. Pro jednoznačnost důkazu citronové kyseliny odfiltrujeme z roztoku sraženinu vzniklou při laboratorní teplotě a teprve poté roztoky povaříme.

155

Obrázek 11: 20 ml bílého vína, ztitrovaný roztok vina vápennou vodou,

pH ztitrovaného roztoku, povařený roztok bílého vína

Citronová šťáva obsahuje citronovou kyselinu, která při reakci s vá-pennou vodou vytvoří citronan vápenatý, jehož rozpustnost klesá s teplotou a při varu vytvoří sraženinu (obr. 10). Bílé víno obsahuje vinnou kyselinu, která při reakci s vápennou vodou vytvoří vinan vápenatý, který má nižší rozpustnost ve vodě při laboratorní teplotě a tvoří sraženinu (obr. 11). Ve víně nepozorujeme pozitivní důkaz kyseliny citronové. Je nutné si uvědomit, že v případě přírodního materiálu záleží obsah karboxylových kyselin na konkrétním vzorku (u ovoce na stupni zralosti, původu apod.). Také je nutné si uvědomit, že to nejsou specifické důkazové reakce citronové a vinné kyseliny.

DOPLŇKOVÉ EXPERIMENTY S CITRONANEM VÁPENATÝM

Jak vyvrátíme domněnku, že vzniklé sraženiny nejsou uhličitan vá-penatý či hydroxid vápenatý, jehož rozpustnost rovněž klesá se vzrůstající teplotou. A jak dokážeme, že se jedná o organickou látku?

Vápenec reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku chloridu vá-penatého, vody a oxidu uhličitého, který se projeví šuměním směsi (obr. 12). Citronan vápenatý nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou za uvolnění oxidu uhličitého a tedy reakční směs nešumí (obr. 12).

156

Obrázek 12: Reakce uhličitanu vápenatého (vlevo) a citronanu vápenatého (vpravo) s HCl

Vodný roztok hydroxidu vápenatého dává zásaditou reakci. Vodný roztok citronanu vápenatého má ovšem neutrální pH (obr. 13).

Obrázek 13: pH vodného roztoku citronanu vápenatého

To, že se jedná o organickou látku obsahující uhlík, dokážeme pomocí koncentrované kyseliny sírové a zahřátím. Organické látky působením kon-centrované kyseliny sírové, která z jejich molekul odnímá vodu, zuhelnatí, což je i případ citronanu vápenatého (obr. 14)

Obrázek 14: Zuhelnatění citronanu vápenatého kyselinou sírovou za horka

ZÁVĚR

Význam karboxylových kyselin a jejich derivátů je nesporný. Proto je vhodné do výuky chemie na SŠ zařadit experimenty s karboxylovými ky-selinami a to i přírodními hydroxykyselinami. V přírodním materiálu je možné pomocí vápenné vody prokázat přítomnost citronové a vinné ky-

157

seliny. Důkazové reakce zmíněných kyselin lze doplnit o další doplňkové experimenty. Popsané experimenty lze zařadit do různých témat chemie na SŠ. Experimenty jsme ověřily v rámci programu celoživotního vzdělávání PřF UK – Univerzity třetího věku již v roce 2012. Od školního roku 2014/2015 budou zařazeny do předmětu „Přírodní látky v experimentech“ určeného studentům učitelských oborů.

PODĚKOVÁNÍ

Tento článek vznikl za finanční podpory operačního programu MŠMT ČR CZ.1.07/1.3.48/02.0043 a projektu PřF UK PRVOUK P42, čímž oběma institucím děkujeme.

LITERATURA

Červinka, O., Dědek, V., Ferles, M., 1969. Organická chemie. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury.

Emulgatory.cz, 2013. Emulgatory: E296 [online]. Dostupné z URL: < http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E296>. [cit. 2014-07-18].

Emulgatory.cz, 2013. Emulgatory: E330 [online]. Dostupné z URL: < http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E330> [cit. 2014-07-18].

Emulgatory.cz, 2013. Emulgatory: E334 [online]. Dostupné z URL: < http://www.emulgatory.cz/seznam-ecek/E334> [cit. 2014-07-18].

Hrčiar, P., 1990. Organická chémia. Bratislava: Slovenské pedagogické nakladateĺstvol

McMurry, J., 2007. Organická chemie. Brno: nakladatelství VUTIUM.

Stein, I., 1956. Jednoduché pokusy z organickej chémie. Bratislava: Slovenské vydavatelstvo technickej literatúry.

Wikipedia: Tartaric acid [online]. poslední aktualizace 2014. Dostupné z URL: < http://en.wikipedia.org/wiki/Tartaric_acid> [cit. 2014-07-18].

158

DESTRUKCE AROMATICKÝCH NITROLÁTEK V PŘÍTOMNOSTI MIKROVLN JAKO DEMONSTRAČNÍ

EXPERIMENT

Robert Bidlo, Vlastimil Brdička, Karel Kolář Přírodovědecká fakulta, Univerzita Hradec Králové

Hradec Králové, Česká republika [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrakt Článek pojednává o výukovém experimentu, který je zaměřen na likvidaci toxických odpadů s využitím mikrovln. Experiment je založen na oxidativní mikrovlnné destrukci nitrobenzenu, která se provádí v komerční mikrovlnné troubě.

Klíčová slova Výukový experiment, toxický odpad, mikrovlnná destrukce, nitrosloučeniny

Microwave Assisted Destruction of the Aromatic Nitro-compounds as the Demonstration Experiment

Abstract The article deals of teaching experiment, which is oriented on the toxic waste disposal in the presence of microwaves. Principle of the experiment is oxidative microwave destruction of nitrobenzene, which is realized in commercial microwave oven.

Keywords

Teaching experiment, toxic waste, microwave destruction, nitro-compounds.

ÚVOD

Ve výuce chemie se postupně uplatňuje v různých souvislostech využití mikrovln. Jedná se obzvláště o výukové experimenty z oblasti organické syntézy. Mikrovlnný ohřev v některých případech umožňuje významně zkrátit dobu reakce. Experimenty je možné uskutečnit v komerční mikro-vlnné troubě, která je pro zájemce běžně dostupná. Časté jsou adaptace, umožňující další rozšíření její využitelnosti ve výuce. Pro potřeby výuky byly zpracovány soubory experimentálních úloh využívajících mikrovln-




159

ného ohřevu, které jsou srovnávány s tradičními laboratorními postupy. Tyto experimenty jsou postupně doplňovány jinými aplikacemi. Příkladem mohou být pokusy, zaměřené na likvidaci toxických odpadů.

V našem případě toxický odpad představují aromatické nitrolátky. Tyto sloučeniny jsou výchozími látkami či meziprodukty řady chemických výrob. Jedná se např. o výrobu syntetických barviv, léčiv nebo pesticidů. Aromatické nitrosloučeniny jsou zároveň toxickými odpady, které je třeba adekvátními postupy likvidovat. Zneškodňování těchto toxických odpadů je často založeno na jejich redukci na aminy, které jsou také toxickými látkami. Proto je nezbytné tyto látky dále podrobit destruktivní oxidaci. Výukové experimenty, zaměřené na redukci aromatických nitrolátek a oxi-daci aromatických aminů byly námi již testovány. Aromatické nitroslou-čeniny a aminy jsou nebezpečné látky, způsobují např. methemoglobinemii nebo mají kancerogenní účinky. K likvidaci aromatických nitrolátek, ha-logenderivátů a dalších toxických organických sloučenin je možné vhodně využít mikrovln často ve spojení s reaktivním činidlem. Konkrétním pří-kladem může být oxidativní mikrovlnná destrukce nitrobenzenu v prů-myslových odpadních vodách, ze které je možné vycházet při návrhu demonstračního experimentu. Jedná se o reakci stopového množství nitro-benzenu s peroxidem vodíku v mikrovlnné troubě, která vede k rozkladu toxické látky na méně toxické nebo netoxické produkty. Provedení reakce je za daných podmínek jednoduché a bezpečné, je doplněno názorným monitoringem průběhu mikrovlnné destrukce v závislosti na reakčních podmínkách.

Vlastní oxidativní degradace probíhá jako reakce nitrobenzenu s pero-xidem vodíku v mikrovlnné troubě. Při této reakci se nejdříve tvoří nitro-fenoly, které se dále štěpí na produkty s menšími molekulami, např. kyselinu jantarovou, které podléhají dalšímu rozkladu. Při reakci byl mo-nitorován vznik 4-nitrofenolu, který je snadno prokazatelným mezipro-duktem destrukce molekuly nitrobenzenu a lze ho identifikovat pomocí tenkovrstvé chromatografie.

O2N H2O2 OH NO2 CH2

CH2 COOH

COOH+ + + další produkty

Obr. 1. Chemická rovnice oxidativní degradace

Přítomnost dalších produktů destrukce nitrobenzenu nebyla sledována. V této souvislosti bylo provedeno pět pokusů, které se liší podmínkami

160

mikrovlnné destrukce. Pro každý pokus byla mikrovlnná trouba nastavena na jiný mikrovlnný výkon a dobu ohřevu:

1. Střední výkon 5 min 2. Střední výkon 10 min 3. Maximální výkon 10 min 4. Maximální výkon 20 min 5. Maximální výkon 10 min (přebytek peroxidu vodíku) Každý z pokusů poskytuje adekvátní informace o průběhu destrukce.

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Demonstrační experimenty byly uskutečněny v mikrovlnné troubě zn. Goddes (700 W, 2450 MHz) v porcelánovém kelímku 10 cm3, který byl překryt hodinovým sklíčkem. Analýza reakční směsi byla provedena pomocí tenkovrstvé chromatografie na silikagelu s luminiscenčním indi-kátorem (λ = 254 nm), s toluenem jako elučním činidlem, detekce byla provedena pomocí UV lampy (tmavé skvrny na žlutozeleném pozadí). Nitrofenoly byly následně detekovány parami amoniaku, na chromato-gramu tvoří žluté skvrny. Retardační faktor za uvedených podmínek je u nitrobenzenu RF = 0,78, a 4-nitrofenolu RF=0,06.

Postup: 1) Do porcelánového kelímku se předloží 0,01 g nitrobenzenu a 0,50 g.

konc. peroxidu vodíkux, po překrytí kelímku hodinovým sklíčkem se nastaví mikrovlnný výkon a doba ohřevu a provede vlastní reakce. (XU pátého pokusu je použito čtyřnásobného množství konc. peroxidu vodíku – 2,00 g.)

2) Po ukončení ohřevu se do vychladlé reakční směsi přidá 1 cm3 toluenu za účelem rozpuštění vzorku pro analýzu.

3) Vzorek reakční směsi se nanese kapilárou společně se standardy (nitrobenzen, 4-nitrofenol) na tenkou vrstvu pro chromatografii, tenká vrstva se vloží do chromatografické komory s elučním činidlem.

4) Po ukončení vyvíjení se chromatogram vyjme z komory, po odpaření elučního činidla se detekuje pod UV lampou a následně okouřením parami amoniaku.

161

5) Na chromatogramu byl identifikován 4-nitrofenol jako meziprodukt oxidativní mikrovlnné destrukce.

VÝSLEDKY A DISKUZE

V rámci výzkumu, jak již bylo dříve zmíněno, se uskutečnilo pět experimentů, proměnnými faktory byl mikrovlnný výkon a doba ohřevu reakční směsi, u posledního pokusu též množství peroxidu vodíku. Průběh experimentu byl hodnocen jednak vizuálně (vzhled reakční směsi), dále pak pomocí chromatografické analýzy reakční směsi. Od prvního vzorku se postupně zvyšuje intenzita žlutého zbarvení reakční směsi, následně dochází ke snížení intenzity žlutého zbarvení. Vizuální hodnocení ko-responduje s výsledky chromatografické analýzy, která ukazuje na pro-měny přítomnosti 4-nitrofenolu v reakční směsi. Výsledky experimentů ukázaly na vznik nitrofenolu jako meziproduktu oxidativní mikrovlnné destrukce nitrobenzenu a jeho následný rozklad na strukturně jednodušší produkty v závislosti na reakčních podmínkách. Z pokusů je zřejmé, že aplikace mikrovln v kombinaci se silným oxidačním činidlem je účinným prostředkem k destrukci nitrobenzenu jako toxického odpadu. Jednotlivé pokusy mohou být využity jako soubor demonstračních experimentů, které představují proces degradace toxických odpadů na bázi organických slou-čenin. Je třeba připomenout, že pokusy jsou snadno proveditelné s využitím dostupné techniky, s minimální spotřebou chemikálií apod. Mohou být využity v praktiku školních chemických experimentů na vysokých školách vzdělávajících budoucí učitele, ve zjednodušené podobě i ve výuce na gymnáziu.

ZÁVĚR

Pro potřeby vysokoškolské přípravy budoucích učitelů chemie a stu-dentů gymnázií byl navržen soubor demonstračních experimentů, zaměře-ných na prezentaci likvidace toxických odpadů. Postup byl představen na příkladu oxidativní mikrovlnné destrukce nitrobenzenu, jako toxického organického odpadu.

LITERATURA

Ranu, B. C. (co-ordinator), 2009. Green Chemistry Experiments. [online], 2009. Dostupné z: http://www.dst.gov.in/green-chem.pdf, [cit. 08. 04. 2013].

http://www.dst.gov.in/green-chem.pdf

162

Lunn, G., Sansone, E. B. 1994. Destruction of Hazardous Chemicals in the Laboratory. New York : John Wiley&Sons, INC.

Kolář, K., Brendl, M., Myška, K. 2005. Modely likvidace toxických dusíkatých derivátů uhlovodíků. In Aktuální otázky výuky chemie XV. Hradec Králové : Gaudeamus, s. 544 – 545.

Marhold, J. 1986. Přehled průmyslové toxikologie, Organické látky. Sv. 1. Praha : Avicenum.

Wu, T. N. 2008. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management, 12, 2, (2008), p. 102-115.

Zeng, H., Lu, L., Liang, L., Liu, J., Li, Y. 2012. Frontiers of Environmental Science& Engineering, 6, 4, (2012), p. 477-483.

163

DIAPERS AROUND US

Alena Krejčíková Faculty of Science, Charles University, Prague, Czech Republic

[email protected]

Václav Richtr Faculty of Education, University of West Bohemia in Pilsen, Czech Republic

[email protected]

Abstract Baby diapers are the first and the most important clothing for each of us. Nowadays many children cannot say “I feel like in cotton" anymore. Modern diapers are made of different materials, mostly products of petroleum. The thesis is devoted to the ways of manufacturing of disposable diapers. The economic and environmental impacts of the massive use of disposable diapers and cotton diapers are compared. The thesis contains some simply experiment with absorbent material.

Keywords Diapers, waste, ecological viewpoint, economical viewpoint

The first and the most important piece of clothing we wear right after

we are born, are diapers. Same as the opinion about the most proper material for clothes has evolved or about material and size and shape for baby carriages, same is still evolving the opinion about usage of different types of baby diapers.

Currently there are many different types of diapers available. The basic textile diapers, that can be used over and over again are made from various fibres – cotton, bamboo, terry, ligneous (lyocell) or with the addition of polyesthere (Cotton diapers, 2014). It is also possible to get diapers made of an insoluble polyvinyl chloride (PVC), polyurethane or very often used fleece. These compounds in diapers significantly facilitate the usage of diapers and increase the efficiency of the product.

The disposable diapers form biologically degradable materials are often labelled as eco-diapers. Eco-diapers are made from at least 40% from products that are naturally degradable. The thin, air-permeable, water-resistant upper layer of the diaper is made of cotton or corn starch. During the manufacturing there are used only plastics without chlorine. These non-



164

chlorine plastics are present just in velcros and elastic parts of diapers. The absorptive layer contains lightly ground paper with a consistency of cotton wool and it is held together by modified corn starch. Diapers are often impregnated with camomile or aloe vera to prevent an irritation of children´s skin. The main disadvantage of eco-diapers is the price, that is higher than the price of usual synthetic diapers for about 15-20% according to individual distributors and manufacturers.

The best selling diapers on our market are disposable synthetic diapers made from products of oil industry. The main reason for the massive usage of this product is its simple application and disposable character. For many mothers this is the deciding factor – disposable diapers save a lot of their time because they do not have to wash and iron the diapers like their mothers had to. Another very well used product on our market is diapers for water, that do not change its volume while soaked in liquid and still fully functionable.

ECOLOGICAL VIEWPOINT

The disposable diapers usage is not very environment-friendly. Disposable diapers create about 4% of the whole household waste. In households with only one child almost the half of all the waste are diapers (Czech diapers, 2014). It was determined by a questionnaire that baby uses diapers for about two and a half year. The questionnaire also indicates that an average daily consumption of diapers per child is approximately 6 or 7 pieces. This amount corresponds to roughly 1 ton of produced waste (an average weight of one diaper is around 250 grams when 200 grams is the weight of excrements). During the last two years there were born about 200 000 children in the Czech Republic (Dial, 2014). These children produce almost 200 000 tons a year of waste just in diapers. Disposable diapers are not processable after being used, these can only be landfilled or incinerated at a waste incarnation plant. During the incineration process many toxic compounds are created such as dioxins, carbon dioxide, nitrogen oxides, sulphur oxides etc. While storaged at waste disposal site, diapers tend to maximise its volume. The diaper „Tesco Babby nappies size 4 Maxi“ with an average weight about 33 grams has increased its volume 42 times while absorbing approximately 1400 mililitres of water. The absorptive capacity depends on a type of diaper and a size of child for which is it made for. The time of dissolution is estimated as 250-400 years (Ekolist, 2014).

165

It seems almost nonnegligible when we consider an impact of manufacturing diapers on the environment. A diaper is composed of various parts. The upper layer is made of an unwoven textiles from polypropylene fibres, which are thermically hardened. This layer is semipermeable and it prevents a release of liquid from diaper. Under the upper layer there is a distributional layer which ensures an even distribution of liquid within a whole diaper. This layer is made of cellulose. The absorbent material is evenly spread through the whole diaper and it is called the absorption core. As highly efficient absorbents are often used compounds based on acrylic acid, for example sodium polyacrylate. Absorbents intake water based solutions and produce granular gels. The amount of liquid that can possibly be absorbed depends also on ions content and pH of the absorbed solution. Particular molecules are linked to special nets via so called „cross-linkers“. The volume of the absorbed liquid is dependent on how far can be the molecules dispersed. The absorbed liquid is intercepted in polymer by hydrogen binds and it is impossible to force it out. Some superabsorbents are capable of as high intake as 800 fold of distilled water and 300 fold of drinkable water (Sodium polyakrylate, 2014).

The amount of absorbent depends on a given function of a diaper. The absorbent is stored in a cover, which prevents movement and deformation of the absorption core. The bottom layer made of polyethylene, preserves a shape of a diaper and prevents a leak. The other parts of diapers are for example rubber bands that ensure an adhesion to children´s legs or adhesive tapes.

ECONOMICAL VIEWPOINT

As was established before, many mothers think that the purchasing price of disposable diapers is way more higher that the price of textile, but the difference is with the following costs. One piece of a textile diaper is more expensive but with a repeated usage this price is linearly decreasing. The question is how significant in the economical bottom line is the role of procedures like washing, ironing or currently very often used drying in dryers. Table 1 refers to price calculation of family budget for 2 years time period of using diapers.

166

Table 1: Price calculation for usage of disposable and cotton diapers for the time period of 2 years

Disposable Cotton Average consumption/ day 6-7 6-7 Average price/ piece 6,5 Czk 20 Czk Piece consumption/ 2 years 6*2*365= 4380 60 purchasing price/ 2 years 28470 1200 washing/ 2 years - 3 x per week = 312 loads Water consumption - 312*50 l= 15,6 m3

Energy consumption - 312*1,5 kW/hour = 468 kW/hour (Mlčoch, 2014)

Laundry detergent - 150 g/load= 46,8 kg detergent = 3500 Czk

Ironing/ 2 years - 3 hour/week = 3kW/hour 2*52*3=312 kW/hour

Dryer/ 2 years - 3 hour/week =9kW/hour 2*52*9=936 kW/hour

Total price 28470 Czk 1200+15,6*78+(468+312+936)*4,8 + 3500= 14153 Czk

The average price of 1kW/hour in the Czech Republic is 4,80 Czk and average price of 1m3 of water is 78 Czk (Prises of energy, 2014). In calculation the price of the laundry detergent is also implemented and it has been determined as 400 Czk per 6 kg. The whole calculation includes diapers ironing for a total time of the usage. In fact, diapers are actually ironed just for the first three months.

Another important factor that increases the economical benefit of cotton diapers is the length of their usage. If children are always comfortable even in their wet diapers, they do not feel the urge to learn how to go potty and they have to use diapers much longer (3 or 3,5 years). It is not hard to count how many times more diapers are necessary, how much money it costs and how much more waste is produced.

EXPERIMENTAL PART

Sodium polyacrylate can be used in chemical education for many different experiments that are concerned with characteristics of polymers (instant snow, colourful snow (Database of chemical experiments, 2014), an impact of settings on polymer quality (dependence of absorption on pH, change of colour by using various ions (Yueh-Huey Chen, 2010)) or creation of growing animals (Bílek, 2008).

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Chen%2C+Y&qsSearchArea=author

167

REFERENCES

Bílek, M. 2014. Metodický portál inspirace a zkušenosti učitelů. Superabsorpční polymery ve výuce chemie [online]. Available at: http://clanky.rvp.cz/clanek/o/g/1875/SUPERABSORPCNI--POLYMERY-VE-VYUCE-CHEMIE.html/ [Accessed 5. May 2014].

Cotton diapers. 2014. Látkové pleny. [online] Available at: http://www.latkovepleny.cz/ [Accessed 21. February 2014].

Czech diapers. Bamboolik versus látkové pleny. 2014. [online] Available at: http://www.bamboolik.cz/bambulik/5-INFORMACE-O-PLENKACH/6-Bamboolik-versus-jednorazovky [Accessed 21. February 2014].

Database of chemical experiments. Studium chemie.cz. 2014. [online] Available at: http://www.studiumchemie.cz/pokus.php?id=133 [Accessed 5. May 2014].

Dial. Počet narozených dětí. 2014. [online] Available at: http://ciselnik.artega.cz/pocet_narozenych_deti.php [Accessed 25. February 2014].

Ekolist. Dítě za život spotřebuje tunu papírových plen. Jejich rozklad pak trvá 250 let. 2014. [online] Available at: http://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/dite-za-zivot-spotrebuje-tunu-plenek-jejich-rozklad-pak-trva-250-let [Accessed 10. January 2014].

Mlčoch, Z., 2014. Příkon domácích spotřebičů. [online] Available at http://www.zbynekmlcoch.cz/informace/texty/penize-finance-ekonomika/prikon-domacich-spotrebicu-v-kwh-kolik-platime-za-provoz-televize-lednicky-a-pc [Accessed 25. February 2014].

Prices of energy. Cena vody 2014. [online] Available at: http://www.cenyenergie.cz/voda/ [Accessed 25. February 2014].

Sodium polyakrylate. Wikipedia. 2014. [online] Available at: http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_polyacrylate [Accessed 25. February 2014].

Yueh-Huey Chen, Jia-Ying Lin, Li-Pin Lin and Han Liang. 2010. Sequestration of Divalent Metal Ion by Superabsorbent Polymer in Diapers. Journal of Chemical education, 87 (9), pp. 920–921.

http://www.zbynekmlcoch.cz/informace/texty/penize-finance-ekonomika/prikon-domacich-spotrebicu-v-kwh-kolik-platime-za-provoz-televize-lednicky-a-pc

http://www.zbynekmlcoch.cz/informace/texty/penize-finance-ekonomika/prikon-domacich-spotrebicu-v-kwh-kolik-platime-za-provoz-televize-lednicky-a-pc

http://www.cenyenergie.cz/voda/

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Chen%2C+Y&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Lin%2C+J&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Lin%2C+L&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Liang%2C+H&qsSearchArea=author

168

MOŽNOSTI ZAŘAZENÍ POZNATKŮ Z PRŮMYSLOVÉ CHEMIE DO VÝUKY NEJEN PŘÍRODOVĚDNÝCH

PŘEDMĚTŮ

Jana Prášilová, Marta Klečková, Jiří Kameníček, František Látal Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, Česká republika

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrakt Příspěvek se zabývá možností aplikace poznatků z oblasti průmyslové chemie do výuky především přírodovědných předmětů na základních i středních školách. Vzhledem k mezipředmětovému přesahu tématu se dle Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia nabízí jeho využití nejen v předmětech vzdělávací oblasti Člověk a příroda, ale i Člověk a zdraví a v průřezovém tématu. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání je vůči zařazení tématu ještě otevřenější.

Klíčová slova Průmyslová chemie. Mezipředmětové vztahy. Rámcový vzdělávací program.

The Possibility of Inclusion Knowledge from Industrial Chemistry Not Only in Science Teaching

Abstract The paper deals with the possibility of application of knowledge in the field of industrial chemistry primarily in science teaching in primary and secondary schools. According to Framework Educational Programme for grammar school, the topics offer, due to the interdisciplinary overlap, its use not only in an educational area Humans and Nature, but also in Humans and Health and in cross-cutting issues. The Framework Educational Programme for Basic Education is more open to the use of the topic.

Keywords Industrial chemistry, Interdisciplinary relations, Framework Educational Programme.

ÚVOD

Každý učitel se ve škole setkává s otázkami žáků: “K čemu mi to vlastně je?“, „Proč se to učíme?”, „Kde se to dá v praxi využít?“ Pokud je to možné, veškeré poznatky by měly jít ruku v ruce s jejich praktickou

169

aplikací. Kurikulární reforma probíhající v České republice postupně od roku 2005, kdy vstoupila v platnost většina nařízení tzv. Školského zákona, se zasazuje o to, aby v reálné výuce byl kladen především důraz na sro-zumitelnost a názornost vysvětlování učiva, na jeho aktualizaci, propojení teoretických poznatků s využitím v praxi, na získávání dovedností žáků a jejich aktivizaci v procesu výuky (Čtrnáctová and Zajíček, 2010).

Rozvoj nových technologií postupuje rychle vpřed. Nové poznatky je třeba postupně zařazovat do výuky všech předmětů. Především by měl být kladen důraz na jejich aplikaci a využívání v praxi.

PRŮMYSLOVÁ A POTRAVINÁŘSKÁ CHEMIE

V předmětu chemie se jeví jako zajímavé téma pro uplatňování po-znatků v praxi část zaměřená na průmyslovou výrobu chemických látek a potravin. Aplikace základních fyzikálně-chemických principů a metod v průmyslové praxi splňuje jednu ze základních didaktických zásad: „spojení teorie s praxí“.

Na základě výzkumů (Huvarová and Klečková, 2011; Prášilová and Kameníček, 2012) prováděných, na Katedře anorganické chemie Přírodo-vědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci, mezi učiteli chemie na gymnáziích, bylo zjištěno, že učitelé si důležitost tohoto učiva uvědomují a do výuky jej částečně zařazují.

Za posledních deset let se mnohé technologie zmodernizovaly, začaly se využívat ekonomičtější a mnohdy i ekologičtější postupy. I tradiční a klasické výroby, jako např. výroba piva, zaznamenaly alespoň drobné technologické pokroky. Jejich zavádění do výuky by nemělo být opome-nuto. Současným trendem v průmyslu je především využívání nanotechno-logií téměř ve všech oborech (chemie, fyzika, medicína, povrchová úprava látek aj.). Nanotechnologie je unikátní, mezipředmětová oblast, která roste s rozvojem nových nástrojů a techniky (Jones et al., 2013).

POHLED DO ŠKOLSKÝCH DOKUMENTŮ

V rámci průmyslové a potravinářská chemie nalezneme mnoho mezi-předmětových vztahů a potenciálu pro jejich využití ve výuce jak na zá-kladních tak i středních školách.

Obsah výuky jednotlivých předmětů se na základních a středních ško-lách řídí Školním vzdělávacím programem, který si dle předepsané me-

170

todiky sestavují školy na základě Rámcových vzdělávacích programů dle typu školy (základní vzdělávání, gymnázia, střední školy). Pro základní vzdělávání (dále jen RVP pro ZŠ)

Zařazení poznatků z průmyslové chemie do Rámcového vzdělávacího programu pro gymnázia

Od 1. 9. 2009 vstoupil v platnost Rámcový vzdělávací program pro gymnázia (dále jen RVP pro G), (Výzkumný ústav pedagogický, 2007). Poznatky z oboru chemie jsou prioritně zařazeny do vzdělávací oblasti Člověk a příroda (viz Obrázek 1), která je členěna na vzdělávací obory Fyzika, Chemie, Biologie, Geografie a Geologie. Z cílového zaměření této vzdělávací oblasti, v souvislosti s průmyslovými technologiemi, lze v RVP pro G vyzvednout především následující body:

„Vzdělávání v dané vzdělávací oblasti směřuje k utváření a rozvíjení klíčových kompetencí tím, že vede žáka k:

• tvorbě modelu přírodního objektu či procesu umožňujícího pro daný poznávací účel vhodně reprezentovat jejich podstatné rysy či zákonitosti;

• využívání prostředků moderních technologií v průběhu přírodovědné poznávací činnosti;

• předvídání možných dopadů praktických aktivit lidí na přírodní prostředí.“

Obrázek 1: Možnosti zařazení poznatků z průmyslové chemie do vzdělávacích

obsahů předmětů dle RVP pro G

VZDĚLÁVACÍ OBSAH

VZDĚLÁVACÍ OBOR

VZDĚLÁVACÍ OBLAST

KURIKULÁRNÍ DOKUMENT

RVP pro G

Člověk a příroda Chemie

Anorganická chemie

Organická chemie

Biochemie

Člověk a zdraví Výchova ke zdraví

Ochrana člověk za mimořádných

událostí

171

V rámci oboru Chemie se učivo z průmyslové a potravinářské chemie odráží ve výstupech vzdělávacího obsahu anorganické a organické chemie i biochemie. Očekávaným výstupem dle RVP pro G jak anorganické, tak i organické chemie je, že žák zhodnotí surovinové zdroje významných prvků a sloučenin, jejich využití v praxi a vliv na životní prostředí. Společným výstupem je rovněž to, že žák využívá znalosti základů kvalitativní a kvantitativní analýzy k pochopení jejich praktického význa-mu v příslušném oboru chemie. V biochemii by měl žák objasnit strukturu a funkci sloučenin nezbytných pro důležité chemické procesy probíhající v organismech a zhodnotit jejich význam.

Ve vzdělávací oblasti Člověk a zdraví, oboru Výchova ke zdraví, předmětu Ochrana člověka za mimořádných událostí, je uvedeno, že by se žáci měli umět vhodně zachovat při mimořádných událostech. Jestliže se v blízkosti školy, popř. přímo v obci nachází průmyslová zóna či areál, měli by být žáci poučeni, jak postupovat v případě chemické havárie.

V průřezovém tématu Výchova k myšlení v evropských a globálních souvislostech poukazují autoři RVP pro G na vztah člověka k technice a technologiím, nejen v předmětech Chemie a Fyzika. Šíření moderních technologií (chemických, biotechnologických, lékařských i průmyslových) podporuje současné globalizační a rozvojové procesy, vědecký a společen-ský (udržitelný) rozvoj.

Průřezové téma Environmentální výchova mimo jiné apeluje na hod-noty a postoje žáka ve smyslu využívání přírodních zdrojů a surovin, tak aby nedošlo k nevratnému poškození životního prostředí.

Zařazení poznatků z průmyslové chemie do Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání

Dle Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (RVP pro ZŠ), (MŠMT ČR, 2013) platného od 1. 9. 2013, je řízeno vzdělání na ZŠ v ČR. Možnost zařazení poznatků souvisejících s průmyslovou a po-travinářskou chemií je ve srovnání s RVP pro G ještě otevřenější. Znalosti lze promítnout do vzdělávací oblasti Člověk a jeho svět, Člověk a příroda a Člověk a zdraví (viz Obrázek 2).

172

Obrázek 2: Možnosti zařazení poznatků z průmyslové chemie

do vzdělávacích obsahů předmětů dle RVP pro ZŠ

Ve vzdělávací oblasti Člověk a jeho svět, část Místo, kde žijeme, je zahrnut výstup: „Žák vyznačí v jednoduchém plánu místo svého bydliště a školy, cestu na určené místo a rozliší možná nebezpečí v nejbližším okolí.“ V návaznosti na výstup bylo do novelizované verze souhrnu učiva přidáno téma: Škola – riziková místa a situace. Žáky je třeba seznamovat s možným rizikem souvisejícím s přítomností chemické továrny či podniku v blízkosti školy popř. bydliště.

Podobný výstup je zařazen i v části Člověk a jeho zdraví: „Žák uplat-ňuje účelné způsoby chování v situacích ohrožujících zdraví a v modelo-vých situacích simulujících mimořádné události; vnímá dopravní situaci, správně ji vyhodnotí a vyvodí odpovídající závěry pro své chování jako chodec a cyklista.“ Téma učiva: Mimořádné události a rizika ohrožení s nimi spojená, rovněž vybízí k osvojení návyků správného chování při situacích, při kterých může dojít i k havárii přilehlé chemické továrny (např. správně rozeznat varovné signály).

Konkrétněji formulované kompetence související s průmyslovou chemií obsahuje vzdělávací oblast Člověk a příroda, a to především obor Chemie. V části „Pozorování, pokus a bezpečnost práce“ by žák měl objasnit nej-efektivnější jednání v modelových příkladech havárie s únikem nebez-

VZDĚLÁVACÍ OBSAH

VZDĚLÁVACÍ OBOR

VZDĚLÁVACÍ OBLAST

KURIKULÁRNÍ DOKUMENT

RVP pro ZŠ

Člověk a jeho svět


Místo, kde žijeme

Člověk a jeho zdraví

Člověk a příroda Chemie

Pozorování, pokus, BZP

Chemie a společnost


Rizika ohrožující zdraví a jejich

prevence

173

pečných látek. Výstup je zařazen k tématu učiva Mimořádné události – havárie chemických provozů, úniky nebezpečných látek. Znalosti o tuzem-ském chemickém průmyslu jsou začleněny do části Chemie a společnost: „Žák se orientuje v přípravě a využívání různých látek v praxi a jejich vlivech na životní prostředí a zdraví člověka.“ Seznámit by se měl s che-mickým průmyslem v ČR (výrobky, rizika v souvislosti s životním pro-středím, recyklace surovin, koroze), s průmyslovými hnojivy, s tepelně zpracovávanými materiály (cement, vápno, sádra, keramika), dále s pro-blematikou plastů a syntetických vláken (vlastnosti, použití, likvidace), rovněž s detergenty, pesticidy a insekticidy, s hořlavinami (význam tříd nebezpečnosti), léčivy a návykovými látkami.

Na preventivní činnost je zaměřen obsah ve vzdělávací oblasti Člověk a zdraví, oboru Výchova ke zdraví, části Rizika ohrožující zdraví a jejich prevence: „Žák uplatňuje adekvátní způsoby chování a ochrany v mo-delových situacích ohrožení, nebezpečí i mimořádných událostí.“ V rámci tématu Ochrana člověka za mimořádných událostí by se žák měl seznámit s živelnými pohromami, terorismem, naučit se klasifikovat mimořádné události, rozpoznat varovné signály, připravit se na evakuaci, vědět jak postupovat při mimořádné události.

Průřezové témata Environmentální výchova by mělo poukazovat především na vlivy průmyslu na přírodní prostředí a souvislosti s udržitel-ným rozvojem.

UKÁZKY APLIKACE PRŮMYSLOVÝCH VÝROB DO OBSAHU UČIVA NA GYMNÁZIU A ZÁKLADNÍ ŠKOLE

Výroba piva – náměty na zařazení výstupů do obsahu učiva předmětů na gymnáziích

Jednou z potravinářských výrob, obsahující četné mezipředmětové vztahy, je Výroba piva. Poznatky lze uplatnit nejen v předmětech vzdělávací oblasti Člověk a příroda, ale ve většině dalších (viz Tabulka 1).

Tabulka 1: Návrh výstupů k tématu Výroba piva dle RVP pro G Výroba piva

Vzdělávací oblast

Vzdělávací obor

Návrh výstupu Žák:

Člověk a příroda Fyzika • zjistí, z jakých látek jsou výrobní zařízení,

a v tabulkách vyhledá jejich tepelnou vodivost

174

Výroba piva Vzdělávací oblast

Vzdělávací obor

Návrh výstupu Žák: • vyhledá objem používaných kádí, pánví,

tanků a spilek a převede na základní jednotky SI

Chemie

• zakreslí vzorce sacharidů obsažených v obilných zrnech a ve sladu

• naznačí enzymatické štěpení polysacharidů na zkvasitelné sacharidy

• vysvětlí průběh přípravy mladiny (změny teploty, inaktivace enzymů, koagulace)

• vysvětlí základní laboratorní metody používané při výrobě piva (filtrace, chlazení…)

• vysvětlí princip kvašení a zapíše chemickou rovnicí

Biologie

• systematicky zařadí a popíše rostliny používané pro výrobu piva

• systematicky zařadí kvasinky používané při výrobě, popíše jejich stavbu a funkci

Geografie

• zaznačí na mapě ČR pěstební oblasti chmele

• na mapě zaznačí větší pivovary v regionu • zhodnotí význam pro hospodářství regionu

Matematika a její aplikace


• vypočte obsahu alkoholu v pivu • výpočte obsah alkoholu v krvi po vypití

jednoho litru piva • vypočte stupňovitosti piva

ICT ICT • vyhledá vhodné obrázky a schéma výroby

piva, popř. videosekvence jednotlivých kroků výroby


• vyhledá pozitivní a negativní příklady následků konzumace piva pro zdraví člověka

Jazyka a jazyková komunikace

Český jazyk a literatura

• pořídí výpisky o historii výrobě piva z odborné literatury popř. dalších zdrojů a zpracuje podstatné informace

Cizí jazyk • vyhledá ve slovnících vybranou

terminologii k tématu (pivo, chmel, maltóza, kvašení, kvasinky, filtrace atd.)

Průřezová témata

Environmentální výchova

• zhodnotí ekonomické využívání surovin při výrobním procesu a možné dopady na životní prostředí

175

Z praktických činností lze zařadit do laboratorních cvičení např. Určení pH piva, Přípravu sladiny a stanovení extraktu sladu pomocí pyknometrického stanovení hustoty, popř. časově náročnější Destilace piva a stanovení obsahu alkoholu a původní koncentrace mladiny v destilátu atd. (Basařová et al., 1992).

Výroba chloru a hydroxidu sodného – náměty na zařazení výstupů do obsahu učiva předmětů na základních školách

Elektrolytická výroba chloru a hydroxidu sodného spojuje především poznatky z předmětů chemie a fyzika. Na základních školách však lze uplatnit i regionální charakter problematiky v předmětech vzdělávací oblasti Člověk a jeho svět, Člověk a zdraví a v průřezovém tématu Environmentální výchova (viz Tabulka 2).

Tabulka 2: Návrh výstupů k tématu Výroba chloru a hydroxidu sodného dle RVP pro ZŠ

Výroba chloru a hydroxidu sodného Vzdělávací oblast

Vzdělávací obor


Člověk a příroda

Fyzika

• popíše součásti elektrolyzéru • vyhledá velikost napětí potřebné při

výrobě • vysvětlí princip vedení elektrického

proudu elektrolytem

Chemie

• zapíše pomocí rovnice reakce probíhající na elektrodách

• rozliší oxidaci a redukci • zhodnotí efektivnost výrobních metod

a jejich ekologické hledisko • uvědomuje si rizika spojená s havárií

chemického provozu a její dopad na lidské zdraví

Zeměpis

• zaznačí na mapě ČR města, kde se vyrábí chlor a hydroxid sodný

• zakreslí na mapě ČR ložiska těžby chloridu sodného

Biologie • zhodnotí účinky chloru a hydroxidu sodného na živé organismy


• při úniku chloru z provozu chrání adekvátně své zdraví

• umí podat první předlékařskou pomoc při případném kontaktu s uniklou látkou

176

Výroba chloru a hydroxidu sodného Vzdělávací oblast

Vzdělávací obor




• vypočítat objem elektrolytické vany • spočítá teoretický výtěžek chloru

z 1 kg NaCl • vypočítá obsah chloru v pitné vodě

ICT ICT • vyhledá vhodné (flashové) animace elektrolytických dějů, popř. videozáznamy



• na mapě místa bydliště (města, regionu) zaznačí uvedené výrobní podniky

• osvojí si bezpečnostní opatření v případě úniku nebezpečné látky z průmyslového areálu

Jazyka a jazyková komunikace

Český jazyk a literatura

• pořídí výpisky z odborné literatury popř. dalších zdrojů a zpracuje

Cizí jazyk • vyhledá ve slovnících vybranou

terminologii k tématu (elektrolýza, názvosloví reaktantů a produktů atd.)

Průřezová témata Environmentální výchova

• zhodnotí ekonomické využívání surovin při výrobním procesu a možné dopady na životní prostředí

V laboratorním cvičení si žáci mohou prakticky vyzkoušet elektrolýzu roz-toku chloridu sodného, detekovat vznikající produkty a prověřit jejich vlastnosti.

ZÁVĚR

Začleňování nejnovějších metod a postupů do výuky přírodovědných předmětů na ZŠ i SŠ, patří k důležitým prvkům kvalitní a moderní výuky 21. století. Učitelé nejen přírodovědných předmětů musí do své výuky zařazovat aktuální problematiku a ne pouze memorovat mnohdy neaktuální informace, které již neodpovídají praxi kolem nás. Předložený text nabízí dvě témata, která lze využít při výuce na ZŠ i SŠ. Obě témata mají velký průnik s dalšími vzdělávacími obory a mohou být řešena nejenom v chemii a fyzice, ale i v rámci dalších předmětů.

177

PODĚKOVÁNÍ

Tento článek vznikl za podpory grantu EU, projektu OPVK CZ.1.07/2.2.00/15.0324 „Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie“ a projektu IGA_PrF_2014002 „Moderní témata ve výuce fyziky a chemie na střední škole“.

ZDROJE

Basařová G. et al. 1992. Pivovarsko-sladařská analytika. Praha: Merkanta, Praha 1992.

Čtrnáctová, H, Zajíček, J. 2010. Současné školství a výuka chemie v České republice. In: Chem. Listy. 104, p. 813-814.

Huvarová M., Klečková M. 2011. Nejpoužívanější středoškolské učebnice chemie na gymnáziích v ČR. In: Biologie, chemie, zeměpis. 3x. SPN. s. 301-305.

Jones, G. M., Blonder, R., Gardner, G. E., Albe, V., Falvo, M. & Chevrier, J. (2013): Nanotechnology and Nanoscale Science: Educational challenges, International Journal of Science Education.

MŠMT ČR, 2013. Upravený Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání s barevně vyznačenými změnami. [online] Dostupné na <http://www.nuv.cz/file/319> [staženo 3. července 2014].

Prášilová J., Kameníček J. 2012. Výuka průmyslových technologií na gymnáziích v České republice. In: Metodologické otázky výzkumu v didaktice chemie, Mezinárodní seminář doktorského studia. Masarykova univerzita: Brno, s. 126-133.

Výzkumný ústav pedagogický Praha, 2007. Rámcový vzdělávací program pro gymnázia. [online] Dostupné na <http://www.nuv.cz/file/159> [staženo 3. července 2014].

178

DÝCHACÍ ŘETĚZEC – NOVÉ VZDĚLÁVACÍ MATERIÁLY PRO VÝUKU BIOCHEMIE NA SŠ

Milada Teplá, Helena Klímová Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Praha, Česká republika


Abstrakt Výuka tématu Dýchací řetězec patří mezi nejnáročnější učivo chemie na středních školách. Pouhý výklad učitele, který je doprovázen použitím statických obrázků, může vést k chybnému nebo nepřesnému chápání (vytvoření miskoncepce) podstaty a průběhu tohoto významného biochemického děje. Naším cílem proto bylo vytvořit takový výukový materiál, který by dynamicky znázornil průběh dýchacího řetězce a zároveň vysvětlil jeho podstatu na úrovni SŠ.

Klíčová slova Středoškolská biochemie; Adobe flash; Dýchací řetězec; Motivace žáků/studentů; Vizualizace; Dotazníkové šetření

Electron Transport Chain – New Educational Materials for Biochemistry Education at Secondary Schools

Abstract The tutorial of Electron Transport Chain belongs to the most challenging ones in chemistry at the level of secondary schools. A brief explanation of a teacher accompanied with a few static images may lead to misconception as well as to misinterpretation of the essence of this biochemical process. Our objective was to create such material which would illustrate in a dynamic way the course of Electron Transport Chain and at the same time explain the key-stone of biochemistry at the level of secondary schools.

Keywords High school Biochemistry; Adobe flash; Electron Transport Chain; Motivation of Students; Visualization; Survey Research

179

ÚVOD

Na základě dotazníkového šetření, do kterého se zapojilo 104 středních škol z celé České republiky, jsme dospěly k závěru, že téma Dýchací řetězec společně s tématem Oxidační fosforylace patří mezi nejobtížnější biochemické učivo pro učitelův výklad i pro žákovo/studentovo pochopení, Obr. 1 (Teplá a Klímová, 2011). Jako nejvíce obtížné učivo se ukázalo téma Fotosyntéza, pro které jsme proto vytvořily sérii interaktivních flashových animací s názvem Fotosyntéza v dynamických animacích (Roštejnská a Klímová, 2008), jejichž užívání se příznivě osvědčilo ve školní praxi (Teplá a Klímová, 2014). V průběhu roku 2013 jsme vytvořily obdobnou sérii animací, avšak zaměřenou na učivo související s tématy Dýchací řetězec a s ním spojenou Oxidační fosforylaci.

Obrázek 1: Problematická témata předmětu biochemie. Graf znázorňuje

22 dotazovaných biochemických témat seřazených od nejobtížnějších témat pro žákovo/studentovo pochopení a učitelův výklad (vlevo)

po témata nejméně obtížná (vpravo).

Výsledkem naší práce je nová vizualizační pomůcka – výukový vzdě-lávací program s názvem „Dýchací řetězec“ (obr. 2). Jedná se o sérii interaktivních, dynamických animací, které byly vytvořeny v animačním programu Adobe Flash CS3 Professional.

Nejproblematičtější oblasti předmětu biochemie

0

1

2

3

Foto

synt

éza

Dýc

hací

řetě

zec

Citr

átov

ý cy

klus

Vzta

hy m

ezi m

etab

olis

my

Oxi

dačn

í a s

ubst

ráto

váfo

sfor

ylac

eM

etab

olis

mus

tria

cylg

lyce

rolů

Met

abol

ism

us b

ílkov

in

Met

abol

ism

us s

acha

ridů

Tran

slac

e

Přen

os lá

tek

přes

mem

brán

u

Sach

arid

y

Tran

skrip

ce

Rep

likac

e D

NA

Nuk

leov

é ky

selin

y (s

truk

tura

)

Enzy

my

Bílk

ovin

y

Lipi

dyVý

znam

org

anel

pro

met

abol

ism

usPr

ůběh

pot

ravy

v tr

ávic

í sou

stav

ěLo

kaliz

ace

bioc

hem

ický

chpr

oces

ů v

buňc

eR

ozliš

ení o

rgan

ism

ů po

dle

met

abol

ism

uVi

tam

iny

a m

iner

ální

látk

y4 - n

ejob

tížně

jší;

1 - n

ejm

éně

obtíž

né

obtížnost pro studenty

obtížnost pro výklad

180

Obrázek 2: Úvodní animace k výukovému programu „Dýchací řetězec“.

VÝZNAM VIZUALIZAČNÍCH POMŮCEK VE VÝUCE BIOCHEMIE

Význam vizualizačních pomůcek byl detailně analyzován Schönbornem a kol. (Schönborn a Anderson, 2004 a 2006). Podle Schönborna a kol. vizualizační pomůcky (jako např. obrázky, diagramy, fotografie, animace, modelování struktur) jsou podstatné pro porozumění a další výzkum v ob-lasti biochemických věd. Navíc, vizualizační pomůcky mohou pomoci učitelům vysvětlit probíranou látku srozumitelněji a vyhnout se jejímu chybnému výkladu (Zare, 2002).

Nicméně chybná interpretace vizualizačních pomůcek zaměřených na abstraktní vědecký obsah (tedy i v biochemii) bez příslušného doplňujícího výkladu učitele či doprovodného textu, může vést k celé řadě miskonceptů (Schönborn, 2005 a 2002; Hull, 2003; Hill 1988).

Podle Crossley a kol. žáci mají veliké obtíže s vizualizačními pomůc-kami popisujícími dýchací řetězec v mitochondrii. Např. velké množství statických vizualizačních pomůcek neukazuje přímou souvislost mezi oxidací FADH2 a NADH molekul a tvorbou ATP (oxidační fosforylací) (Crossley, 1996; Del Bianco, 2010). Žáci si navíc chybně myslí, že elek-trony mohou „skákat“ z jednoho přenašeče na další skrze membránové struktury (Crossley, 1996). Žáci dále dokážou překreslit biochemické pro-cesy, které vyhledali na obrázcích v učebnicích, ale již je nedokáží správně interpretovat (Hull, 2003).

181

OBECNÁ CHARAKTERISTIKA VÝUKOVÉHO PROGRAMU „DÝCHACÍ ŘETĚZEC“

Hlavním cílem výukového programu je prostřednictvím pohyblivých animací umožnit žákům/studentům hlubší porozumění biochemických procesů, které probíhají v dýchacím řetězci, popř. které souvisejí s oxidační fosforylací.

Výukový program je primárně určen pro středoškolské žáky chemie a lze jej uplatnit nejen přímo ve výuce na škole, ale i při samostudiu. S adekvátním výkladem pedagoga může být používán i na úrovni vysoko-školské, a to v bakalářském stupni při výuce základního kurzu biochemie nebo v navazujícím magisterském stupni při výuce předmětu Didaktika biochemie.

Program nemá nahrazovat úlohu učitele ve výuce (přesto, že je vhodný i pro samostudium). Učitel vhodným užíváním programu může animaci kdykoliv zastavit či vrátit zpět a ústním projevem vysvětlit metabolické děje, popř. zodpovědět dotazy žáků/studentů. Vizuální a zároveň verbální projev zvyšuje procento zapamatování probírané látky (Ďurič, 1978).

Časová dotace: pro úplné prostudování biochemického obsahu je za-potřebí 4–5 vyučovacích hodin.

Výukový program se skládá celkem z 14 animací: • první animace je úvodní (dychaciretezec.exe dychaciretezec.html),

má motivační charakter a slouží ke snadnější orientaci mezi jednotlivými animacemi; z úvodní animace je možné pomocí animačních tlačítek přecházet mezi jednotlivými kapitolami;

• druhá až dvanáctá animace se týká jednotlivých témat z učiva dýchacího řetězce (viz Biochemický obsah výukového programu „Dýchací řetězec“);

• třináctá animace (nazvaná „Test“) je pro studujícího rychlou zpětnou vazbou;

• čtrnáctá animace (nazvaná „Seznam zkratek a informace o pro-gramu“) obsahuje základní informace o programu i o autorech, dále obsahuje seznam použitých zkratek a použité literatury.

Program byl vytvořen v animačním programu Adobe Flash CS3 Professional.

182

BIOCHEMICKÝ OBSAH VÝUKOVÉHO PROGRAMU „DÝCHACÍ ŘETĚZEC“

Během vytváření výukového programu jako nové vizualizační pomůcky jsme se snažily zaznamenat průběh dýchacího řetězce včetně propojení na oxidační fosforylaci (tvorbu ATP) takovým způsobem, abychom zabránily vzniku co nejméně nepřesností ve výkladu. Též je poukazováno na to, že elektrony nemohou „skákat“ z jednoho přenašeče na druhý skrze buněčné struktury, ale že vždy dochází k přenosu elektronu v důsledku kolize mezi těmito dvěmi přenašeči. Důraz je kladen i na lokalizaci samotných procesů v buňce.

Obsah výukového programu vychází z odborné biochemické literatury (Voet, 2011; Alberts, 2008).

První dvě animace (Eukaryotní buňka a Složení mitochondrie) po-ukazují na lokalizaci metabolických procesů souvisejících s dýchacím řetězcem v buňce. Druhá animace (Složení mitochondrie) navíc poukazuje na důležitost v rozdílu propustnosti mezi vnější a vnitřní membránou mitochondrie.

Třetí animace (Úvod do dýchacího řetězce a koenzymy (NADH a FADH2)) je jakýmsi úvodním vstupem do biochemie dýchacího řetězce. Jsou zde vysvětleny základní principy tohoto komplexního procesu. Animace začíná motivačním obrázkem lidské postavy s vyznačenou trávicí sousta-vou a znázorněním, k čemu dochází v průběhu metabolického odbourávání základních složek potravy (sacharidů, lipidů a bílkovin). Je zde vysvětlen fakt, že v průběhu metabolického odbourávání potravy dochází ke vzniku redukovaných koenzymů, které se v dýchacím řetězci zpět oxidují za uvolnění elektronů a protonů. V animaci je stručně nastíněna úloha elek-tronů i protonů v dýchacím řetězci včetně tvorby vody a ATP. Učitel by měl poukázat na rozdíl mezi oxidací v anorganických reakcích a oxidací souvisejícími s biochemickými ději (kyslík, který dýcháme, se uplatní až při tvorbě vody v dýchacím řetězci – udržuje komplex cytochromů v oxi-dovaném stavu).

Čtvrtá až sedmá animace (Komplex I až Komplex IV) detailním způsobem znázorňují cestu elektronů (u některých komplexů i protonů) skrze čtyři hlavní komplexy dýchacího řetězce. U komplexu II je zmíněna souvislost mezi tímto komplexem a citrátovým cyklem. Na středních školách nedochází k tak detailnímu popisu animovaných dějů, nicméně větší zjednodušení pochodů by vedlo k tvorbě nepřesností ve výkladu, což by nebylo žádoucí. Cílem těchto animací není, aby si žák střední školy

183

zapamatoval všechny pojmy a popisované kompartmenty, ale aby pochopil podstatu pochodů – podstatu probíhajících oxidačně-redukčních dějů. Učitel by měl u výkladu k animaci Komplex III poukázat na efektivní přenos protonů do mezimembránového prostoru (na jeden elektron se přenesou dva protony). Učitel by měl dále poukázat na zvyšování koncentrace pro-tonů v mezimembránovém prostoru.

Osmá a devátá animace (pH rozdíly a Oxidační fosforylace) zná-zorňuje využití vzniklé energie k translokaci protonů z matrix do mezi-membránového prostoru (tedy využití vzniklého elektrochemického protonového gradientu) k syntéze ATP (= oxidační fosforylace). Učitel by měl poukázat na souvislost mezi počtem přenesených protonů a tvorbou ATP. V animaci je znázorněno, že na syntézu ATP je zapotřebí přenosu tří protonů, avšak skutečný počet protonů je předmětem řady aktuálních studií.

Desátá animace (Schéma dýchacího řetězce) sumarizuje cestu elektro-nů a protonů skrze komplexy I až IV.

Obsah jedenácté animace (Schéma redoxních potenciálů) je podstatný pro pochopení principu redoxních dějů, ke kterým dochází v průběhu dýchacího řetězce. Žáci/studenti zřejmě budou mít s touto částí největší problémy a správný výklad učitele je zde velmi užitečný. Učitel by měl připomenout základní pojmy týkající se redoxních reakcí (redukční činidlo, oxidační činidlo, redukce, oxidace, standardní redoxní potenciál, standardní volná energie) a vysvětlit, proč reakce probíhají právě tímto směrem a nikoliv opačným, proč se v průběhu některých reakcí uvolňuje energie a k čemu je tato energie využita (k přenosu protonů, což má za následek tvorbu ATP).

Dvanáctá animace (Test) je interaktivním testem. Test je sestaven z 11 testových položek. Nejčastěji se jedná o výběr jedné či více správných odpovědí z několika alternativ. U náročnějších položek má žák/student navíc další pokus na výběr správné odpovědi. Udělá-li žák/student chybu, objeví se správná odpověď. V případě, že je animace Test otevřena jako html stránka (test.html), poslední okno znázorňuje počet správných a ne-správných odpovědí.

Pokud chemie na střední škole je jen okrajovým předmětem s mini-mální časovou dotací, je možné využít k výuce kapitoly Dýchací řetězec první tři animace, dále osmou a devátou animaci a u jedenácté animace krátce zmínit problematiku (podstatu) související s redoxními reakcemi.

184

ZÁVĚR

Výukový program je zveřejněn na webové stránce www.studiumbiochemie.cz. Je zpracován v českém i anglickém jazyce.

Doufáme, že si jej učitelé oblíbí, a že se stane vhodnou motivační pomůckou pro usnadnění výuky biochemie tak, jak tomu bylo i s výuko-vým programem Fotosyntéza v dynamických animacích.

LITERATURA

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, N., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., 2008. Molecular Biology of the Cell, 5th ed. Garland science, Taylor & Francis Group: United States of America. pp. 813−840.

Crossley, L., G., Anderson, T., R., Grayson, D., J., 1996. Proceedings of the 14th International Conference on Chemical Education, (W. F. Beasley, Ed.), Royal Australian Chemical Institute, Queensland, Australia, pp. 329.

Del Bianco, C., J., 2010. Creating a Cell Map as an Active-Learning Tool in a Biochemistry Course, J. Chem. Educ. 87 (8), 796–798.

Ďurič, L., 1978. Úvod do pedagogické psychologie. Praha: SPN, 1978.

Hill, D., M., 1988. Difficulties with diagrams, J. Sc. Math. Educ. S. East Asia 11, 32–40.

Hull, T., L., 2003. Students' use of diagrams for the visualisation of biochemical processes. M.Sc. Thesis, University of KwaZulu-Natal, South Africa.

Roštejnská, M., Klímová, H., 2008. Fotosyntéza v dynamických animacích (Výukový program vytvořený v programu Macromedia Flash). Praha: P. S. Leader.

Schönborn, K., J., 2005. Using student difficulties to identify and model factors influencing the ability to interpret external representations of IgG-antigen binding. Ph.D. Dissertation, University of KwaZulu-Natal, South Africa.

Schönborn, K., J., Anderson, T., R., 2004. Conceptual and visualization difficulties with the interpretation of diagrams and images in biochemistry, FASEB J. 18(8), C207.

Schönborn, K., J., Anderson, T., R., 2006. The importance of visual literacy in the education of biochemists, Biochem. Mol. Biol. Educ. 34(2), 94-102.

Schönborn, K., J., Anderson, T., R., Grayson, D., J., 2002. Student difficulties with the interpretation of a textbook diagram of immunoglobulin G (IgG), Biochem. Mol. Biol. Educ. 30, 93–97.

Teplá, M., Klímová, H., 2011. Media4u Magazine. 8(X3), pp 122-128.

Teplá, M., Klímová, H., 2014. Photosynthesis in Dynamic Animations, J. Chem. Educ. 91(1), pp 149–150

Voet, D., Voet, J., G., 2011. Biochemistry, 4th ed. John Wiley & Sons, Inc.: United States of America. pp. 823−870.

Zare, R., N., 2002. Visualizing Chemistry, J. Chem. Educ. 79, 1290-1291.

185

TÉMA LIPIDY VE VÝUCE NA GYMNÁZIÍCH VE VZTAHU K CHEMII POTRAVIN A VÝŽIVĚ

Tereza Třeštíková, Helena Klímová Přirodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Czech Republic


Abstrakt Článek seznamuje s návrhem nového obsahu tematického celku Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou. Téma je chápáno jako průřezové, integrované do kurikula předmětu chemie na gymnáziu. Upozorňuje na pojmy, které by neměly ve výuce chybět s ohledem na praktické využití získaných znalostí žákem v běžném životě. Návrh vychází z poznatků získaných z rozsáhlých autorských analýz středoškolských učebnic chemie a biologie, požadavků moderní společnosti a doporučení uznávaných dietologů a lékařů. Navržený obsah je podkladem pro připravované interaktivní výukové materiály určené učitelům a žákům středních škol.

Klíčová slova Tematický celek lipidy, výživa a onemocnění, analýza učebnic, RVP, WHO

Topic Lipids in Teaching at Secondary Schools in Relation to Food Chemistry and Nutrition

Abstract The article describes the proposal of a new content of a topic Lipids in relation to food chemistry, nutrition and diet-related disease. The topic is seen as a cross-cutting, integrated into the curriculum of the subject of chemistry at the secondary school. Attention is drawn to the concepts that should not be missed in teaching with regard to the practical application of acquired knowledge of students in everyday life. The proposal is based on the knowledge gained from analyses of secondary school textbooks of chemistry and biology, the requirements of modern society and recommendations recognized by dieticians and doctors. Proposed content is the basis for the upcoming interactive learning materials for teachers and students of secondary schools.

Keywords Topic Lipids in teaching, nutrition and disease, analysis of textbooks, RVP, WHO

186

ÚVOD

Úvod článku dovolte zahájit anglickým rčením: “Tasty, nutritional food adds years to life and life to years.” Je škoda, že v reálném životě si z toho-to rčení příliš poučení nebereme. Výsledky výzkumů Světové zdravotnické organizace (WHO) totiž přináší velmi alarmující zprávy o růstu počtu onemocnění spojených se špatnou výživou. Špatná strava, nadváha a obezi-ta zapříčiňují velký podíl nepřenosných chorob, včetně kardiovaskulárních onemocnění a rakoviny, dvou hlavních příčin úmrtí v Evropě. Národní prů-zkumy ve většině zemí dokazují, že nadměrný příjem tuků, nízký příjem ovoce a zeleniny a rostoucí problém obezity mají za následek nejen zkráce-ní délky života, ale také vliv na jeho kvalitu (WHO). Nejnovější analýzy (WHO 2014) ukazují nejen alarmující podíl dospělé evropské populace tr-pící nadváhou či obezitou, ale také upozorňuje na stále rostoucí podíl nad-váhy a obezity mezi dětmi a adolescenty.

Na základě rozsáhlých průzkumů (WHO 2013a) provedených v 53 ze-mích Evropy vypracovala WHO profil každé země zahrnující vývoj v ob-lasti výživy, fyzické aktivity a obezity. Mezistátní srovnání ukazuje, že 66,1 % dospělé populace v České republice má nadváhu a 32,7 % je obéz-ních, což je nejvíce že všech evropských zemí. Podle predikčních modelů do roku 2030 má navíc tento podíl stále růst. Mezi adolescenty a dětmi si vede Česká republika o něco lépe, ovšem stále patří do první poloviny nej-postiženějších států (nadváhou či obezitu trpí v průměru 20-30 % dospíva-jících). Ani v ostatních zkoumaných oblastech si ČR nevede dobře. Např. v konzumaci ovoce a zeleniny je zemí se 4. nejnižším přísunem na osobu a den v celém evropském regionu, spotřeba soli je více jak 3krát vyšší než je množství doporučované WHO.

Vzhledem k nedobrým výsledkům analýz a ne příliš optimistickým prognózám do budoucnosti apeluje WHO zaměřit se na národních úrovních zejména na školy a investovat tak do budoucích generací s cílem zlepšovat zdraví a výživu dětí školního věku i dospívajících. Sama WHO spustila no-vý projekt Nutrition-friendly schools Initiative (NFSI) s cílem vytvořit pro-středí, které umožní školám ve spolupráci s rodiči a dalšími subjekty vzdělávat a vychovávat děti ke zdravému životnímu stylu a tím předcházet stále častějšímu výskytu obezity a souvisejících nemocí (Fialová, 2008). Podle WHO právě školy nabízí mnoho příležitostí pro podporu zdravé vý-živy a zlepšení návyků pohybové aktivity dětí. Univerzálnost vzdělávacích institucí z nich dělá důležité složky v boji s rostoucími zdravotními pro-blémy souvisejícími s nevhodnými stravovacími návyky. V neposlední řadě

187

zlepšuje zdravá výživa schopnost učit se, což vede k lepším studijním vý-sledkům (WHO 2008)

Aktuálnost a významnost tématu je nesporná a stala výzkumným téma-tem pro vznikající disertační práci s názvem – Chemie potravin a výživa ve středoškolské výuce chemie. V tomto příspěvku představíme návrh nového obsahu tematického celku Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou.

Východisko pro tvorbu nového návrhu tvoří analýzy RVP pro gymná-zia, rozsáhlé analýzy středoškolských učebnic biologie a chemie, požadavky moderní společnosti a doporučení uznávaných dietologů a lékařů a v nepo-slední řadě také výše zmiňovaná Světová zdravotnická organizace.

VÝZKUMNÁ ČÁST

Téma lipidy v RVP pro gymnázia RVP je zpracován do značné míry obecně, výhodou je, že umožňuje

jednotlivým školám dát větší důraz na různé oblasti vzdělávání a tak se di-verzifikovat a odlišit od ostatních. Současně však dává RVP jasný obsaho-vý rámec pro základní učivo, které musí být v ŠVP každé školy. Z toho jednoznačně vyplývá, že mohou být některé oblasti více opomíjeny a na jiné je naopak kladen velký důraz v závislosti na konkrétní škole. Rozsah tématu na jednotlivých školách závisí na mnoha faktorech: např. na osobní zkušenosti učitele (tvůrce ŠVP), na kvalitě a množství dostupných materiá-lů pro konkrétní výuku, časová dotace pro dané téma apod. Typickým pří-kladem takového tematického celku, kterému je věnován odlišný prostor ve výuce v závislosti na škole, jsou právě Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou. Toto téma chápeme jako prů-řezové, integrované do kurikula předmětu chemie na gymnáziu. Jak uvidí-me v následujícím odstavci, můžeme jej zahrnout do velkého množství okruhů v rámci RVP.

Lipidy jsou nedílnou součástí zejména dvou vzdělávacích oblastí – Člověk a příroda a Člověk a zdraví. Ve vzdělávací oblasti Člověk a zdraví jej zahrneme do oboru Chemie (Biochemie – učivo Lipidy) a Biologie (Bi-ologie člověka – učivo soustavy látkové přeměny – trávení a metabolis-mus). Ještě větší prostor můžeme našemu tematickému celku přidělit ve vzdělávací oblasti Člověk a zdraví, která si mimo jiné klade za cíl uplatňo-vat zdravý způsob života a aktivní podporu zdraví, důraz klade také na stravování. Očekávaným výstupem je, že žák bude usilovat o pozitivní

188

změny ve svém životě souvisejícím s vlastním zdravím, bude dbát na zdra-vou výživu, zdravý způsob života a pečovat o své zdraví. Současně bude vědět o rizicích ohrožujících jeho zdraví a bude vědět jak jim účinně před-cházet. Důraz je kladen mimo jiné také na civilizační choroby. Téma Lipi-dy je součásti i vzdělávacího oboru Tělesná výchova, kde výstupem by mělo být především osvojení správného pohybového režimu.

Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou můžeme zahrnout i do další vzdělávací oblasti – Informatika a informační a komunikační technika. V rámci námi zkoumaného tematic-kého celku je totiž velmi důležitá schopnost posuzovat tvůrčím způsobem aktuálnost, relevanci a věrohodnost informačních zdrojů a informací. Na tuto schopnost je ještě více upozorňováno v průřezovém tématu Mediální výchova. Žák má být například schopný kriticky prověřovat mediální sdě-lení ostatními zdroji. Téma Lipidy může být také zařazeno do průřezových témat Environmentální výchova či Osobnostní a sociální výchova (v tema-tických okruzích je zařazena Celková péče o vlastní zdraví, Jak rozvíjet zdravý a bezpečný životní styl či Uvědomit si vliv znečištění na lidské zdraví).

Analýza středoškolských učebnic chemie a biologie O analyzovaných učebnicích

Celkem bylo analyzováno devět nejpoužívanějších učebnic chemie a biologie na středních školách, zejména gymnáziích. Mají-li některé edice učebnic více dílů, byly vybrány ty, u kterých se očekává souvislost s che-mií potravin, výživou a onemocněními spojenými s výživou. U chemických učebnic to byly díly obsahující organickou chemii, chemii přírodních látek a biochemii, u učebnic biologických pak zahrnující biologii člověka.

Všechny učebnice byly analyzovány kvalitativně i kvantitativně. Byly získány informace, kde (v jakých kapitolách) se nachází témata týkající se chemie potravin a výživy, jak jsou tato témata v učebnicích zpracována, zda komplexně a přehledně či zda by bylo vhodné informace doplnit, upřesnit, popř. jinak uspořádat a jiným způsobem zařadit do kontextu s ostatními poznatky. Metodou frekvenční pojmové analýzy byl zjištěn cel-kový počet pojmů v jednotlivých učebnicích a počty pojmů v jednotlivých kategoriích pro každou učebnici. Metodou škálování byla na vybraném vzorku pojmů zjištěna kvalita vysvětlení pojmů.

189

Nejprve bylo analyzováno pět nejpoužívanějších učenic chemie. Ana-lyzovány byly tyto učebnice: Přehled středoškolské chemie (Vacík 1999), která je přednostně určena těm, kteří si chtějí zopakovat chemii k maturitní zkoušce nebo k přijímacím zkouškám na vysokou školu, z tohoto důvodu je v některých oblastech stručnější než klasické učebnice, což se také potvrdi-lo v provedených analýzách. Chemie v kostce II (Kotlík, Růžičková 2001), která je taktéž určena k opakování k maturitní zkoušce či pro přípravu k přijímacím zkouškám, oproti předchozí publikaci je zde provedeno větší rozšíření učiva, které je motivováno snahou autorů neuvádět jen encyklo-pedický přehled učiva, ale vysvětlit a zdůvodnit učivo v souvislostech. Dále byly analyzovány učebnice: Chemie pro střední školy (Banýr, Beneš 1995), která je určena žákům středních škol, odborných škol a učilištím, proto text učebnice obsahuje především základní informace. Chemie 2 – Organická a biochemie – pro gymnázia (Kolář, Kodíček 2000) a Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl (Mareček, Honza 2000) jsou tradiční učebnice určené pro výuku v příslušném ročníku gymnázia.

Jelikož téma chemie potravin a výživy je značně interdisciplinární, bylo po analýze učebnic chemie přistoupeno i analýze učebnic biologie. Byly vybrány čtyři, důvodem pro jejich nižší počet v porovnání s chemickými je fakt, že, žádná další učebnice není na středních školách významně využí-vána. Stejně jako u učebnic chemie zde nalezneme některá specifika. Učebnice Biologie člověka 2 (Kočárek 2010) není učebnicí v pravém slova smyslu, ale byla koncipována jako praktický doplněk k učebnici Biologie člověka 1 (Kočárek 2010), aby usnadnila studentům přípravu na výuku. Autor těchto učebnic doporučuje jejich využívání dohromady. Z těchto dů-vodů bylo s učebnicemi pracováno jako s jednou dvoudílnou učebnicí. Učebnice Biologie člověka 1 a 2 jsou současně nejnovější mezi analyzova-nými učebnicemi. Další analyzované biologické učebnice byly: Biologie pro gymnázia (Jelínek, Ticháček 2006) a Biologie člověka (Novotný, Hruška 2005). Téma Lipidy ve středoškolských učebnicích chemie a biologie

Analýza všech učebnic byla provedena ve vztahu tématu disertační prá-ce Chemie potravin, výživa a onemocnění spojená s výživou. V následují-cím textu budou shrnuty výsledky analýz se zaměřením na tematický celek Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou.

Všechny srovnávané učebnice dostatek pojmů, které můžeme zahrnout mezi základní složky potravy. Tyto pojmy jsou ovšem uváděny jako složky živých organismů, jako složky potravy je uváděna pouze malá část z nich.

190

U většiny těchto pojmů tedy chybí užší spojitost s chemií potravin a výži-vou a jejich druhotný vliv na lidské zdraví. Chemickým učebnicím nelze odepřít kvalitní vysvětlení chemické povahy a struktury, často však chybí aplikace do běžného života. Ve všech analyzovaných učebnicích se dočte-me o trávení a metabolismu lipidů, podle očekávání je trávení podrobněji zpracováno v učebnicích biologie, v souvislosti s trávením zde můžeme nalézt např. význam smíšené stravy, ovšem konkrétní příklad jak má vypa-dat vhodný denní jídelníček chybí. Metabolismus je obvykle podrobněji zpracován v učebnicích chemie, kde je oproti biologickým učebnicím po-psán podrobněji sledem chemických reakcí včetně vzorců. Nejslabším mís-tem všech učebnic je energetický metabolismus, v chemických učebnicích je zdůrazněn především energetický zisk v podobě makroergických slouče-nin v jednotlivých biochemických dějích, v některých učebnicích je uveden energetický zisk sacharidů, bílkovin a tuků při odbourání 1 g živiny, ovšem často chybí další souvislosti ve vztahu k výživě. Ani v jedné z učebnic není uveden energetický příjem s potravou a energetický výdej, tedy komplexní posouzení energetického metabolismu člověka. Často obsahuje kapitola Energetický metabolismus pouze uvedení denní průměrné spotřeby energie člověka, což je naprosto nedostačující vzhledem ke globálnímu problému obezity a jiných onemocněním, které s ní souvisejí.

Dále bylo zjištěno, že jsou pojmy komplexněji vysvětleny v učebnicích biologie. Obecně platí, že v učebnicích chemie jsou pojmy kvalitně vysvět-leny po chemické stránce, ovšem uvedení pojmu v souvislosti se stravová-ním či potravou a jejím zpracováním zpravidla chybí. Při analýze učebnic biologie bylo zjištěno, že většina pojmů je po chemické stránce vysvětlena dostatečně (byť ne tak podrobně jako v učebnicích chemie), ale současně jsou také častěji uváděny i v souvislostech s výživou či onemocněními, proto je hodnocení lepší. Ve všech učebnicích bylo shledáno nedostatečné propojení pojmů z oblasti Základních složek potravy, Zpracování potravy a Stravování s onemocněními spojenými s výživou. Například obezita není dávána do souvislostí s metabolismem tuků a příjmem tuků v potravě. Měl by být lépe vysvětlen např. rozdíl mezi tuky, zejména z hlediska výskytu nenasycených a nasycených karboxylových kyselin a jejich poměrného za-stoupení. Není uváděn význam cholesterolu v lidském těle, jeho prospěš-nost a škodlivost v lidském těle ani jeho výskyt v konkrétních potravinách. V učebnicích chybí také informace o provázanosti jednotlivých onemocně-ní tzv. onemocnění metabolického syndromu: obezita – diabetes mellitus – vysoký krevní tlak – kardiovaskulární choroby. Nadměrný přísun tuků v potravě a nedostatečná fyzická aktivita spolu s dalšími faktory nezpůso-

191

buje pouze nadváhu či obezitu, ale má vliv na výskyt i mnoha jiných one-mocnění. Minimální pozornost je věnována dietám.

Výsledky analýz ukázaly, že nejkvalitnější ve vztahu chemii potravin a výživě a tím i k jsou učebnice Biologie člověka 1 a Biologie člověka 2 (Kočárek 2010). V těchto učebnicích je nejen nejvíce pojmů z oblasti che-mie potravin a výživy, ale tyto pojmy jsou srozumitelně vysvětleny a dány do souvislostí. Učebnice zaujmou též strukturou, kvalitním grafickým zpracováním doplněným obrázky a schématy, náměty na samostatnou čin-nost žáků, motivačními nadpisy kapitol i jednotlivých odstavců. Ze všech analyzovaných učebnic jsou nejkomplexněji pojaty a nejlépe propojeny s praktickým životem.

Návrh nového obsahu tematického celku Lipidy ve vztahu k chemii potravin, výživě a onemocněním spojeným s výživou.

Jak bylo zmíněno výše, nový návrh obsahu vychází z autorských analýz středoškolských učebnic chemie a biologie, požadavků moderní společnos-ti, doporučení uznávaných dietologů a lékařů a také výzkumů a doporučení WHO. Návrh je taktéž v souladu s požadavky kladenými RVP pro Gymná-zia. Jako základ nového návrhu byla sestavena pojmová mapa (Obrázek 1), která propojuje všechny oblasti používané pro třídění pojmů při analýze učebnic. (Pojmy byly tříděny do čtyř oblastí: Základní složky potravy, Zpracování potravy, Stravování, Onemocnění spojená s výživou). Vytvoře-ná pojmová mapa bude východiskem pro tvorbu nového obsahu a struktury tématu Lipidy.

192

Obrázek 1: Pojmová mapa návrhu obsahu tematického celku Lipidy ve vztahu k chemii

potravin, výživě a onemocněními spojenými s výživou

193

Rámci nového návrhu je na lipidy pohlíženo nejen jako na složku a sta-vební jednotku živých organismů, jak je obvyklé v analyzovaných učebni-cích, ale vyzdvihujeme jejich důležitost jako základní a významné potravy. Lipidy z pohledu základní složky potravy třídíme na jednoduché, složené a odvozené. V souvislosti s potravou se setkáváme nejvíce se skupinou jednoduchých lipidů tryacylglycerolů, kam zařazujeme tuky a oleje. Pro výživu nejvýznamnější součástí těchto látek jsou nasycené a nenasycené mastné kyseliny, proto je důležité nejen uvádět strukturní rozdíl, ale také jejich funkci a zdravotní význam v potravinách, objasnit pojmy trans mast-né kyseliny a omega kyseliny, vždy doplněné konkrétními příklady potra-vin, ve kterých jsou obsažené.

Část zaměřenou na trávení a metabolismus lipidů doporučujeme úzce propojit s energetickým metabolismem. Vysvětlit důvody ukládání tuků do zásoby, kdy k nim dochází, provázat s energetickým výdejem lidského těla. Žák by si měl být schopen vytvořit představu o množství přijaté energie s určitým množstvím potravy a být schopen zhodnotit, zda se jedná o množství adekvátní, nedostatečné či nadbytečné ve vztahu k fyzické akti-vitě a energetické spotřebě těla.

Významným tématem při výuce tematického celku lipidy je cholesterol. Pochopení jeho funkce v těle, jeho vztah k tukům, lipoproteinům apod. pomůže žákům výrazně lépe pochopit problematiku nejen obezity ale i možné příčiny a důsledky dalších onemocnění jako jsou kardiovaskulární onemocnění (ateroskleróza), vysoký krevní tlak, cukrovka 2. typu aj.

V rámci tématu by se měl žák setkat s nutričními tabulkami, porozumět jim a umět pomocí nich sestavit modelový jídelníček vhodný pro něho sa-motného či pro člena rodiny nebo spolužáka. Měl by být schopen posoudit konkrétní potraviny, jejich prospěšnost či škodlivost pro lidský organismus, energetickou hodnotu a podíl tuků na energetické hodnotě.

ZÁVĚR

Skutečnosti vyplývající z průzkumů WHO ohledně výživy a nemocí s ní spojenými jsou alarmující pro Českou republiku, a proto považujeme za nezbytné tyto věci řešit a upozorňovat na ně. Jedním z možných způsobů je zabývat se problematikou chemie potravin, výživy a onemocněními spo-jenými s výživou z hlediska transformace tohoto tématu do středoškolské úrovně vzdělávání, o čemž pojednává tento článek. Uvádí výsledky prů-zkumů WHO, výsledky vybraných učebnic chemie a biologie z hlediska chemie potravin výživy a onemocněními spojenými s výživou a návrh na

194

nový obsah učiva Lipidy ve formě pojmové mapy, která bude východiskem pro další zpracování tématu Lipidy ve vztahu k chemii potravin a výživě.

ACKNOWLEDGEMENT

Autoři článku děkují projektu PRVOUK P42 financovaného z institucionální podpory.

POUŽITÉ ZDROJE

Banýr, J., Beneš, P. a kol., 1995. Chemie pro střední školy (1995), Praha, SPN, 1.vyd

Fialová, J., 2008. Nutrition Friendly Schools Initiative: A new programme of the World Health Organization. In: Hygiena, vol.4.

Jelínek, J., Zicháček, V., 2006. Biologie pro gymnázia, Olomouc

Kočárek, E., 2010. Biologie člověka 1. Scientia, Praha

Kočárek, E., 2010. Biologie člověka 2. Scientia, Praha

Kolář, K., Kodíček, M., 2000. Chemie 2 – Organická a biochemie – pro gymnázia. Praha, SPN, 1. vyd. Dotisk

Kotlík, B., Růžičková, K., 2001: Chemie II. v kostce pro střední školy – organická chemie a biochemie, Havlíčkův Brod, Fragment, 2. vyd.

Mareček, A., Honza, J., 2000. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3 díl. Olomouc, 1. vyd.

Novotný, I., Hruška, M., 2005. Biologie člověka. Fortuna, Praha, 3.vyd.

Vacík, J. a kol., 1999. Přehled středoškolské chemie. Praha, SPN, 4.vyd.

WHO, 2008: Nutrition-Friendly schools. [Online] Available at http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0015/123171/FactSheet_1.pdf?ua=1 [Accessed 5 July 2014]

WHO, 2013b: Nutrition, Physical Activity and Obesity – Czech Republic. [Online] Available at <http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/243293/Czech-Republic-WHO-Country-Profile.pdf?ua=1> [Accessed 5 July 2014]

WHO, 2013a: Country profiles on nutrition, physical activity and obesity in the 53 WHO European Region Member States – Methodology and summary, WHO Regional Office for Europe, Denmark, ISBN 978 92 8905003 6

WHO, 2014: New WHO analysis shows alarming rates of overweight children. [Online] Available at < http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0013/243400/New-WHO-analysis-shows-alarming-rates-of-overweight-children.pdf?ua=1> [Accessed 5 July 2014]

WHO_1: Nutrition. [Online] Available at <http://www.euro.who.int/en/health-topics/disease-prevention/nutrition/nutrition> [Accessed 5 July 2014]

195

POSOUZENÍ NEJUŽÍVANĚJŠÍCH UČEBNIC CHEMIE Z HLEDISKA CHEMICKÉ TECHNOLOGIE

Markéta Vojtajová, Milan Klečka Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Praha, Česká republika


Abstrakt Tento článek se zabývá analýzou nejpoužívanějších učebnic chemie na základních a středních školách v České republice z hlediska chemické technologie. Jsou zde hodno-ceny jak rozsah, tak i kvalita vybraných témat. Daná témata byla vyselektována v rámci jednotlivých oborů chemické technologie.

Klíčová slova Učebnice chemie, analýza učebnic, chemická technologie.

The Evaluation of the Most Used Chemistry Textbooks from the Point of View of Chemical Technology

Abstract This article is concerned with the analysis of the most used chemistry textbooks at elementary and high schools in the Czech Republic from the point of view of chemical technology. There is an evaluation of the extent and quality of chosen topics. These actual topics were selected within the particular fields of chemical technology.

Keywords Chemistry textbooks, textbook analysis, chemical technology.

ÚVOD Učebnice jsou velmi důležitou součástí výuky chemie od začátku jejího

vzniku až do současnosti. Za toto období však prošly jak učebnice samotné, tak i jejich zařazování do výuky radikální změnou. Ještě v nedávné době učebnice úzce navazovaly na závazné učební osnovy. Dnes je situace jiná. Po schválení zákona zavádějící do školství tzv. rámcové vzdělávací pro-gramy (RVP) v roce 2004 došlo ke zrušení centrálně schvalovaných osnov. Otevřela se tak školám možnost modifikace RVP do svých školních vzdě-lávacích programů (ŠVP) a učitelům sestavit si samostatně tematický plán

196

(TP) výuky daného předmětu. Proto je sjednocení obsahu učebnice s jed-notlivými plány nemožné.

V našem článku se nebudeme zabývat obecnou problematikou učebnic chemie a jejich zařazování do výuky, nýbrž obsahem vybraných učebnic z hlediska chemické technologie. Chemická technologie jako jeden z hlav-ních oborů chemie v sobě zahrnuje obrovské množství metod, postupů a procesů, které popisují průmyslové výroby chemických látek, které se za posledních několik desítek let staly nedílnou součástí našeho života. Přes svou očividnou důležitost je chemická technologie ve výuce chemie na zá-kladních i středních školách často opomíjena či zmíněna jen okrajově. Z tohoto důvodu bylo přistoupeno k analýze samotných učebnic chemie, aby mohlo být determinováno, jaký prostor je věnován právě tomuto che-mickému oboru.

VYBRANÉ UČEBNICE Pro účely tohoto článku bylo vybráno celkem 10 učebnic chemie, z to-

ho 4 určené pro základní školy a zbylých 6 pro školy střední, případně konkrétně pro gymnázia (viz Tabulka 1). Učebnice patří mezi běžně použí-vané na školách po celé České republice, jak plyne i z disertační práce Klečky, který se zabývá analýzou učebnic pro střední školy (Klečka, 2011). Pro účely zpřehlednění celého příspěvku jsou jednotlivé učebnice označeny příslušnými číslicemi (viz Tabulka 1).

Tabulka 1: Seznam vybraných učebnic Označení učebnice Učebnice

1 Beneš, P. a kol.: Základy chemie 1, FORTUNA, Praha, 1999, ISBN 80-7168-324-8 2 Beneš, P. a kol.: Základy chemie 2, FORTUNA, Praha, 1999, ISBN 80-7168-312-4

3 Škoda, J., Doulík, P.: Chemie – učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia 8, Fraus, Plzeň, 2006, ISBN 80-7238-442-2

4 Škoda, J., Doulík, P.: Chemie – učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia 9, Fraus, Plzeň, 2007, ISBN 978-80-7238-584-3

5 Honza, J., Mareček, A.: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl, vydáno vlastním nákladem, 1995, ISBN 80-900066-6-3

6 Honza, J., Mareček, A.: Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl, Nakladatelství Olomouc, Olomouc, 2005, ISBN 80-7182-141-1

7 Honza, J., Mareček, A.: Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl, Nakladatelství Olomouc, Olomouc, 2005, ISBN 80-7182-057-1

8 Vacík, J. a kol.: Přehled středoškolské chemie, SPN, Praha, 1999, ISBN 80-7235-108-7 9 Banýr J. a kol.: Chemie pro střední školy, SPN, Praha, 2001, ISBN 80-85937-46-8

10 Benešová, M. a kol.: Odmaturuj z chemie, DIDAKTIS, Brno, 2002, ISBN 80-86285-56-1

197

VYBRANÁ TÉMATA CHEMICKÉ TECHNOLOGIE

Jak ji bylo zmíněno dříve, chemická technologie jako obor chemie v sobě zahrnuje velké množství teoretických i praktických informací a po-stupů popisující výroby základních chemických sloučenin, jejich úpravy apod. Velmi úzce souvisí také s chemickým průmyslem a ochranou život-ního prostředí. Z tohoto důvodu bylo velmi náročné vybrat jednotlivá téma-ta, která budou dále posuzována v učebnicích. Jako inspirace posloužily odborné publikace týkající se chemické technologie (Neiser a kol., 1981, 1988). Jako základní obory chemické technologie byly zvoleny: anorganic-ká, organická, potravinářská a biochemická a obecná technologie. V rámci těchto oborů byla dále vyselektována dílčí témata, jak uvádí Tabulka 2.

Tabulka 2: Zastoupení témat chemické technologie ve vybraných učebnicích

Ben

eš, P

. a k

ol.:

Zákl

ady

chem

ie 1

B

eneš

, P. a

kol

.: Zá

klad

y ch

emie

2

Škod

a, J.

, Dou

lík, P

.: C

hem

ie –

8

Škod

a, J.

, Dou

lík, P

.: C

hem

ie –

9

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 1

. díl

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 2

. díl

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 3

. díl

Vac

ík, J

. a k

ol.:

Přeh

led

střed

oško

lské

chem

ie

Ban

ýr J.

a k

ol.:

Che

mie

pr

o stř

ední

škol

y B

eneš

ová,

M. a

kol

.: O

dmat

uruj

z ch

emie

Ano

rgan

ická

tech

nolo

gie Výroba surovin

silikátového průmyslu + - - + + - - + + -

Metalurgie - + + - + + - + + + Technologie vody + - + - - - - - - - Výroba technických plynů - - - + + - - + + +

Výroba průmyslových hnojiv - - - - - - - - - -

Výroba významných anorganických sloučenin + + + - + - - + + +

Org

anic

ká te

chno

logi

e

Technologie paliv - + + + - + - + + + Výroba celulózy a papíru - - - - - - - - - -

Pesticidy - - - + - - - + + - Detergenty - - - - - - - + + - Petrochemické výroby - + + - - + - + + + Výroba významných organických sloučenin - - + - - - + - - +

Výroba makromoleku-lárních látek - + - - - - + + - +

Potra

viná

řská

a

bioc

hem

ická

tech

-no

logi

e

Fermentace - + + + - - + + - + Výroba cukru - - - - - - + - - - Výroba alkoholických nápojů - - - - - - - - - -

Výroba organických kyselin - - - - - - - - - -

Výroba antibiotik - - - - - - - - - -

198

Ben

eš, P

. a k

ol.:

Zákl

ady

chem

ie 1

B

eneš

, P. a

kol

.: Zá

klad

y ch

emie

2

Škod

a, J.

, Dou

lík, P

.: C

hem

ie –

8

Škod

a, J.

, Dou

lík, P

.: C

hem

ie –

9

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 1

. díl

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 2

. díl

Hon

za, J

., M

areč

ek, A

.: C

hem

ie 3

. díl

Vac

ík, J

. a k

ol.:

Přeh

led

střed

oško

lské

chem

ie

Ban

ýr J.

a k

ol.:

Che

mie

pr

o st

ředn

í ško

ly

Ben

ešov

á, M

. a k

ol.:

Odm

atur

uj z

chem

ie

Obe

cná

tech

nolo

gie

Chemický průmysl v ČR a ve světě + + - + - - - - + -

Chemická výroba a ochrana ŽP - + + - - - - + + -

Techniky chemické výroby + - + - - + - + + +

POSOUZENÍ OBSAHU UČEBNIC Z HLEDISKA CHEMICKÉ TECHNOLOGIE

Samotné posouzení obsahu učebnic z hlediska jednotlivých oborů che-mické technologie probíhalo celkem jednoduše. Hlavním kritériem hodno-cení byla přítomnost daného tématu v učebnici a částečně také rozsah a kvalita zpracování tohoto tématu. Pokud byla zmínka o tématu opravdu jen okrajová, nebyla počítána.

Výsledky analýzy jsou uvedeny v Tabulce 2, kde symbol + označuje přítomnost daného tématu v učebnici a symbol – naopak nepřítomnost. Již na první pohled je zřejmé, že se zastoupení jednotlivých témat ve vybra-ných učebnicích výrazně liší. Přehledné zařazení technologických témat zobrazuje Graf 1.

199

Graf 1: Zastoupení témat chemické technologie ve vybraných učebnicích

Témata anorganické technologie se ve všech deseti učebnicích objevují celkem často. Nalezneme zde celkem 26 odkazů z možných 60, což tvoří zhruba 43,3%. Nejčastěji nalezneme témata metalurgie a výroba vý-znamných anorganických sloučenin, a to celkem v 7 učebnicích. V rámci metalurgie se v učebnicích nejčastěji vyskytuje výroba železa, často do-provázena i schématem vysoké pece. U tématu výroba významných anor-ganických sloučenin pak nejčastěji nalezneme výrobu kyseliny sírové, kyseliny dusičné, vápna a sody. Naopak téma výroba průmyslových hnojiv není ani v jedné učebnici. Hnojiva jsou zde většinou zmiňována jen velmi okrajově, a proto toto téma nebylo ani v jednom případě hodnoceno kladně. Učebnice obsahující největší množství informací o anorganické technologii jsou učebnice 5 (Honza a Mareček, 1995), 8 (Vacík a kol., 1999) a 9 (Banýr a kol., 2001), kde nalezneme shodně 4 témata z daných 6. Žádnou informaci o anorganické technologii neobsahuje učebnice 7 (Honza a Ma-reček, 2005), což se dá předpokládat, neboť tato učebnice je zaměřena na organickou chemii a biochemii.

200

Témata organické technologie jsou v učebnicích zastoupena v menším množství, než anorganické. Nalezneme celkem 25 odkazů z možných 70, což tvoří asi 35,7 %. Nejčastějším tématem je pak téma technologie paliv zastoupené v 7 učebnicích. V rámci technologie paliv je v učebnicích nej-častěji popisována výroba benzinu a zpracování ropy a uhlí. Naopak téma výroba celulózy a papíru nebylo nalezeno v žádné z vybraných učebnic. Nejvíce odkazů na organickou technologii se vyskytuje v učebnici 8 (Vacík a kol., 1999), celkem 5 z možných 7. Naopak žádnou zmínku neobsahuje učebnice 1 (Beneš a kol., 1999). I v tomto případě je tento výsledek pocho-pitelný, neboť tato učebnice je určena žákům základních škol v 8. ročníku, kde s chemií teprve začínají.

Obor potravinářská a biochemická technologie je v učebnicích jedno-značně zastoupen nejméně. Bylo nalezeno pouze 7 odkazů z možných 50, tedy 14%. Nejčastěji se vyskytovalo téma fermentace, a to v 5 učebnicích. Naopak témata výroba alkoholických nápojů, výroba organických kyselin a výroba antibiotik se v učebnicích nevyskytují vůbec. Nejvíce informací o potravinářské technologii obsahovala učebnice 7 (Honza a Mareček, 2005), celkem 2 z 5 možných. Učebnice 1 (Beneš a kol., 1999), 5 (Honza a Mareček, 1995), 6 (Honza a Mareček, 2005) a 9 (Banýr a kol., 2001) pak neobsahovaly žádnou zmínku o této problematice.

Obecná chemická technologie a její vybraná témata jsou v učebnicích zastoupena nejčastěji. Nalezneme celkem 14 odkazů z 30, což tvoří 46,7 %. Nejčastějším tématem je zde téma techniky chemické výroby, které obsahu-je 6 učebnic. Tento výsledek není překvapivý, neboť mezi techniky che-mické technologie byla zařazena např. destilace, filtrace apod., což jsou běžné techniky i pro laboratorní cvičení. Další témata chemický průmysl v ČR a ve světě a chemická výroba a ochrana ŽP jsou zastoupena shodně ve 4 učebnicích. Učebnice 9 (Banýr a kol., 2001) v tomto hodnocení do-padla nejlépe, neboť v ní nalezneme všechna vybraná témata. Naopak učebnice 5 (Honza a Mareček, 1995) a 7 (Honza a Mareček, 2005) neobstá-ly vůbec, jelikož neobsahují ani jedno téma. Na tomto místě by bylo vhod-né vyzdvihnout učebnici 4 (Škoda a Doulík, 2007), která jako jediná z vybraných obsahovala mapu ČR znázorňující hlavní rozložení chemické-ho průmyslu a jednotlivé chemické továrny a usnadňuje vyučujícím zdů-raznění mezipředmětových vztahů se zeměpisem.

Při celkovém hodnocení (viz Graf 1) dopadla nejlépe ze všech učebnic učebnice 8 (Vacík a kol., 1999) obsahující celkem 12 témat z možných 21. Na druhém místě se umístila učebnice 9 (Banýr a kol., 2001) s 11 odkazy. Tato učebnice se výrazně lišila od ostatních přítomností velkého množství

201

schémat k jednotlivým technologiím. Následují učebnice 10 (Benešová a kol., 2002) a 3 (Škoda a Doulík, 2006) s celkem 9 odkazy. Dále se umísti-ly učebnice 2 (Beneš a kol., 1999) s 8 tématy, učebnice 4 (Škoda a Doulík, 2007) se 6 a učebnice 1 (Beneš a kol., 1999) s 5 odkazy. Nejhůře byly hod-noceny učebnice 5 (Honza a Mareček, 1995), 6 (Honza a Mareček, 2005) a 7 (Honza a Mareček, 2005) obsahující pouze 4 témata z 21 možných.

ZÁVĚR

Z obsahové analýzy deseti vybraných učebnic chemie plyne, že pro-blematika chemické technologie je zde často výrazně opomíjena. Je velmi pravděpodobné, že analýza učebnic také reflektuje situaci při samotné výu-ce chemie jak na základních, tak i na středních školách. Žáci a studenti tak opouštějí své školy se základními znalostmi chemie, ale mají jen velmi ma-lou představu o výrobě pro život nezbytných chemických látek, které je obklopují na každém kroku. Jednou z pedagogických zásad je požadavek na spojování teorie s praxí. Znalost základních technologických postupů je konkrétním příkladem plnění této zásady. V zahraničních učebnicích che-mie je dáván této problematice podstatně větší prostor. Stačí si prolistovat i u nás vydaný překlad učebnic německých autorů Eisner a kol. (Eisner a kol., 1996, 1997, 1998, 2000).

Chemická výroba, rozsáhlé používání chemických prostředků všude kolem nás, to vše je vzájemně propojeno s ekologickými problémy. Jestliže chceme mladou generaci vychovávat k citlivému přístupu k hospodaření, ochraně životního prostředí, třídění odpadních látek, atd., měli bychom jim také vysvětlit, jak obtížně se často běžně používané látky vyrábějí a jaké problémy tyto výrobní procesy doprovázejí. Znalost problematiky chemic-kých výrob a ekologických problémů, které často tyto výroby provázejí, nám mohou výrazně pomoci s výchovou mladé generace k hospodárnému a ekologickému chování.

Napsání nové učebnice, která by tyto požadavky splňovala, je záležitost týkající se autorů nových chystaných učebnic a není to uskutečnitelné v krátkém období. Zařazení této problematiky do našich tematických plánů však můžeme realizovat my, učitelé chemie, operativně v nejbližší době. Zabezpečit chemické technologii a s ní spojené ekologické výchově odpo-vídající místo ve výuce chemie je v silách každého učitele chemie bez ohledu na dokonalost a úplnost používaných učebnic.

202

LITERATURA

Banýr, J. a kol., 2001. Chemie pro střední školy. Praha: SPN.

Beneš, P. a kol., 1999. Základy chemie 1. Praha: FORTUNA.

Beneš, P. a kol., 1999. Základy chemie 2. Praha: FORTUNA.

Benešová, M. a kol., 2002. Odmaturuj z chemie. Brno: DIDAKTIS.

Eisner, W., Fladt, R., Gietz, P. a kol., 1996, 1997, 1998, 2000. Chemie pro střední školy 1a, 1b, 2a, 2b. Praha: Scientia. ISBN.

Honza, J., Mareček, A., 1995. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. Brno: Vydáno vlastním nákladem.

Honza, J., Mareček, A., 2005. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s.r.o.

Honza, J., Mareček, A., 2005. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s.r.o.

Klečka, M., 2011. Teorie a praxe tvorby učebnic pro střední školy (disertační práce). Praha: Katedra učitelství a didaktiky chemie, Přírodovědecká fakulta UK v Praze.

Neiser, J. a kol., 1981. Obecná chemická technologie. Praha: SPN.

Neiser, J. a kol., 1988. Základy chemických výrob. Praha: SPN.

Škoda, J., Doulík, P., 2006. Chemie – učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia 8. Plzeň: Nakladatelství Fraus.

Škoda, J., Doulík, P., 2007. Chemie – učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia 9. Plzeň: Nakladatelství Fraus.

Vacík, J. a kol., 1999. Přehled středoškolské chemie. Praha: SPN.

203

2 ASTRO + CHEMIE + FYZIKA → ASTROCHEMIE + ASTROFYZIKA

Jaroslav Vyskočil ZŠ s RVJ Liberec, Husova, Liberec, Česká republika


Martin Slavík, Bořivoj Jodas Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci,

Liberec, Česká republika [email protected], [email protected]

Abstrakt Dnešní výzkum vesmíru je zcela nepředstavitelný bez použití chemických a fyzikálních výzkumných metod. Vzdělávání v chemických a fyzikálních oblastech se převážně zamě-řuje na pozemské jevy a děje. Trochu se opomíjí nutnost propojení chemie a fyziky s astronomií, právě do vesmíru je dnes upřena značná část vědecké pozornosti i pokro-ku. Nehledě na hledání života ve vesmíru, v němž hraje chemie nezastupitelnou roli. Propojení astronomie, fyziky a chemie ve vzdělávání dovolí nahlédnout na dané problémy jinak. Zároveň dovolí vysvětlit složité chemicko-fyzikální procesy na reálných příkladech. Klíčovou roli zde sehrává i motivace, neboť astronomie je stále velmi vábivé téma mezi žáky. Česká republika má ve své historii astronomii pevně zakořeněnou. Dnes tento trend lehce upadá. Pokud necháme astronomii reagovat s chemií a fyzikou, smys-luplnost vzdělávání ve všech třech oborech opět stoupne. Klíčová slova Astronomie, astrofyzika, astrochemie, přírodní vědy, multidisciplinarita

2 Astro + Chemistry + Physics → Astrochemistry + Astrophysics

Abstract To explore the space without chemical and physical methods of research is almost impossible nowadays. The chemical and physical areas of education are mostly focused on earth phenomenons and processes. Sometimes the necessity of the connection with the astronomy is ignored, but space research is very important for the scientific progress. And we also have to mention the search for life in the outer space in which chemistry plays an irreplaceable role. The connection within astronomy, physics and chemistry in educating allowed us to see problems from a different point of view. And it also helps to explain very difficult chemical and physical processes on real examples. We should not forget the key role of students´ motivation, because astronomy is a popular topic among young people. Astronomy was always very important through

204

the Czech history. This historical base is being in decline. If we try to connect astronomy with chemisty and physics, the meaningfulness of the education in all of these three parts of science will increase again.

Keywords Astronomy, Astrophysics, Astrochemistry, Natural Sciences, The Multi-disciplinary

ÚVOD

Článek se zabývá možnosti propojení fyziky, chemie a astronomie do jednoho celku a to nejen v rámci vědeckého poznání, ale i školního vzdělá-vání. Astronomie je dnes vyučována na základní i středních školách. Podle uvážení pedagogů je jí věnována různá pozornost. Astrofyzika je již ve vzdělávání omezenější, jisté rozšíření přináší střední školy, obzvláště pak gymnázia. Ale i tam je úroveň různá. Astrochemie je zcela vyloučena a i v hodinách chemie jí není věnována žádná pozornost. Přesto však che-mie vesmíru je velmi poutavá a při využití správné didaktické transformace může být dokonce lákavá.

Tento článek uvádí několik možností, jak žákům a studentům astrofyzi-ku i astrochemii představit v populárnějším a lákavějším hávu. Není však nutné zasahovat do vzdělávacích plánů. Vše je možné obsáhnout v rámci vyučovacích předmětů fyziky a chemie.

Níže uvedený článek se rozčleněn do tří částí. První uvádí odborný text zabývající se astrochemií Venuše a ukazuje tak možnosti propojení (nejen) chemie s astronomií. Na závěr jsou i možnosti provázání uvedeny. Druhá část se zabývá experimentálními možnostmi v astronomii, konkrétně využi-tí vývěvy. Poslední část článku představuje praktickou žákovskou aktivitu s badatelsky orientavanými prvky vyučování.

ASTROCHEMIE PLANETY VENUŠE

Na první pohled se může zdát, že výuka astrochemie na středních, či základních školách je zcela vyloučena. Často je tato disciplína považována za nepřekonatelně obtížnou, logicky náročnou a ne příliš související s pra-xí. Nyní tedy níže uvádím text, který se zabývá historickým a současným stavem planety Venuše právě z pohledu astrochemie. Text je určen pro pe-dagogy, jako motivační a informativní text. Měl by poukázat, kolik pojmů a jevů souvisí přímo s učivem, které se žákům předkládá. Pouze v jiných souvislostech. Tak proč alespoň trochu nezmínit planetu Venuši?

205

Základy astrochemie planety Venuše Planeta Venuše je v našem solárním systému skvostem z mnoha pohle-

dů. Nejenom, že se jedná o planetu, která je jako jediná pojmenována po ženě (Venuše – bohyně lásky a krásy, vzpomeňme na nádherný obraz „Zrození Venuše“ od Botticelliho), zároveň má mnoho rysů, kterými se podobá Zemi. Také je často nazývána „sesterskou planetou“ Země. Venuše je obklopena velmi silnou vrstvou oblačnosti, která zabraňuje spatřit po-vrch planety (alespoň ve viditelném oboru spektra). Její atmosféra je nej-hustší ze všech planet, je složena převážně z oxidu uhličitého (CO2), téměř z 96 %. Teplota na povrchu je velmi vysoká (dosahuje hodnot až 500 °C) a to kvůli skleníkovému efektu. To znemožňuje výskyt kapalné vody. Na Venuši byla dlouhou dobu velmi silná sopečná aktivita, velkou část po-vrchu pokrývají zatuhlá lávová pole. Poslední výzkumy však nenalezly žádné známky aktivních lávových proudů, které by pocházely z nedávné doby.

Atmosférický tlak na povrchu Venuše dosahuje přibližně 8 MPa. Pro srovnání, na Zemi je velikost atmosférického tlaku cca 101 kPa, z čehož vyplývá, že na Venuši je tlak asi 80 krát vyšší, než na Zemi. Za vše může hustá a tedy hmotná atmosféra.

Mnoho vědeckých prací ukazuje, že chemické reakce, které probíhají na povrchu Venuše, mají velký vliv na podnebí.

Jednou z předkládaných teorií je například práce (Hashimoto, G. L., Abe, Y. 1999). Předpokládají, že množství SO2 je na povrchu řízeno rov-nováhou disulfidu železnatého Fe2S s oxidem železnato-železitým Fe3O4. Jedná se o tzv. pyritmagnetitovou rovnováhu. Chemická reakce probíhá podle chemické rovnice:

3 FeS2 + 16 CO2 → Fe3O4 + 6 SO2 + 16 CO (1)

Tato chemická rovnice (1) má jako každá jiná rovnice svoji chemickou

rovnováhu (tzv., že reakce probíhá jistou rychlostí zleva doprava, ale i nao-pak – zprava doleva). Pokud jsou obě rychlosti stejné, nastává chemický rovnovážný stav. Pokud se na nějaké straně rovnice znění množství určité sloučeniny, nastává reakce, která se snaží opět ustavit chemickou rov-nováhu.

Jak již bylo řečeno, SO2 je skleníkový plyn. Jakmile se povrchová tep-lota trochu zvýší, reakce (1) začne probíhat rychleji zleva doprava a pro-dukce SO2 z povrchu se zvýší. Tento proces se někdy nazývá chemicko – skleníková zpětná vazba.

206

Produkce SO2 velmi úzce souvisí s oblačností Venuše. Snížení povr-chové teploty sníží množství SO2 a tím se i snižuje produkce kyseliny siři-čité H2SO3 a kyseliny sírové H2SO4. Právě SO2 a zmíněné kyseliny tvoří část oblačnosti. Při výzkumu stability klimatu je tedy nutné brát do úvah skleníkový efekt v souvislosti s oblačností i albedem (albedo = míra odra-zivosti povrchu tělesa). Snížená oblačnost snižuje albedo planety a tím se zvyšuje i povrchová teplota. Máme zde příklad záporné zpětné vazby – sní-žením produkce SO2 dochází k řídnutí oblačnosti (zvyšování albeda) a tím vzrůstá teplota. Toto se nazývá chemicko – albedová zpětná vazba.

Tento model je také zajímavý, ovšem sami autoři jsou si vědomi jeho relativností. Zatím neexistují přesvědčivé důkazy o existenci pyritu a mag-netitu na povrchu Venuše.

Jednoznačné je, že hlavním procesem udržující vysokou teploty Venu-šiny atmosféry je skleníkový efekt.

Obr. 1. Venušina atmosféra v nepravých barvách. Snímek pořídila sonda Venus

Express ze vzdálenosti 30 000 km od planety v prosinci 2011. © ESA/MPS/DLR/IDA

Sonda Venus Express přinesla nové informace o složení atmosféry Ve-nuše. Jednoznačně potvrdila jako majoritní složkou CO2 (více než 96 %). Co však tedy tvoří téměř zbylá 4 %?

Dalšími 3 % je zastoupen dusík. Převážně se jedná o molekulární dusík N2, tzn. molekula, je tvořena dvěma atomy dusíku spojených velmi pevnou chemickou vazbou. Jedná se tedy o molekulu velmi málo reaktivní (inert-ní), neboť obsahuje tzv. trojnou chemickou vazbu. Dusík reaguje s jinými látkami až za vysokých teplot, či tlaků. Je vhodné připomenout, že dusík jako prvek je označován jako biogenní, tedy nezbytný pro život.

Ve zbylém 1 % je další plejáda velice zajímavých sloučenin. Jedná se především o oxid uhelnatý (CO), vodní páru, již zmiňovaný oxid siřičitý (SO2), fluorovodík (HF), chlorovodík (HCl), kyslík (O2), karbonylsulfid (COS), sulfan (H2S) a kyselinu sírovou (H2SO4).

207

Kyselina sírová byla identifikována jako součást mraků. Nejspíš vznikla reakcí oxidu sírového (SO3) s vodou (resp. s vodní párou):

SO3 + H2O → H2SO4 (2)

Oxid sírový se vytváří ve vysokých vrstvách atmosféry, pravděpodobně

fotochemickými reakcemi – chemické reakce vyvolané slunečním zářením, světlo dodá potřebnou aktivační energii na vytvoření nových chemických vazeb. V atmosféře byly objeveny stopy kyseliny fluorovodíkové. Je to dýmající a sklo leptající kyselina s toxickými účinky. Kyselina sírová s ky-selinou fluorovodíkovou dávají vznik kyselině fluorosírové (HSO3F), resp. jedná se o rekci plynného HF s kapalným roztokem SO3: HF + SO3 → HSO3F, resp. H2SO4 + HF → HSO3F + H2O (3)

Tyto chemické děje jsou podstatné zvláště pro konstruktéry vesmírných

sond, které budou vstupovat do Venušiny atmosféry. Kyselina fluorosírová leptá mnoho kovů a většinu nerostů. Může tedy připravit mnohá překvape-ní. Krom toho tato kyselina jen velmi málo podléhá hydrolýze (při této re-akci látka přijímá molekuly vody a dochází k jejímu rozkladu). Je tedy stálá a její molekuly nepodléhají termickému (tepelnému) rozkladu ani při teplo-tách 800 °C.

V atmosféře Venuše se nachází i kyselina chlorovodíková (HCl), jež je v jistých ohledech podobná kyselině fluorovodíkové (HF) o níž byla nyní řeč. I tato kyselina může reagovat s oxidem sírovým (SO3), resp. s kyseli-nou sírovou H2SO4. Výsledkem chemické reakce je kyselina chlorsírová. Ta však již zmíněné hydrolýze podléhá snadno, tzn. že reaguje s vodou a zpět se rozkládá na kyselinu sírovou a kyselinu chlorovodíkovou.

Vznik sulfanu (H2S) je ve Venušině atmosféře dosud ne zcela vyjasněn. Pravděpodobně může vznikat chemickou reakcí podle následující chemické rovnice:

FeS + 2 HCl → H2S + FeCl2 (4)

Zdrojem sulfidu železnatého mohou být povrchové minerály na Venuši.

Ten pak uvedenou reakcí vytváří sulfan. Úvahy o možné existenci života na Venuši poutají vědce už od samot-

ného objevení planety. Carl Sagan (1934 – 1996) již v 70. letech 20. století poukazoval na možnou existenci mikroorganismů, které by mohly žít na

208

principu vodíkových balonů, jež se vznášejí ve vrstvách atmosféry s vhod-nou teplotou a tlakem. Tyto teorie byly dále rozvíjeny mnohými astrobio-logy. Dnes je pro astrobiology Venuše opět přitažlivá. Například tím, že v atmosféře se vyskytuje sulfan (H2S), avšak ten by měl reagovat s kyseli-nou sírovou a oxidem siřičitým. Měl by být tedy spotřebován. Očividně je pravděpodobně něčím dodáván. Sulfan vzniká například při rozkladu or-ganické hmoty (základní stavební prvky živé hmoty). Na Zemi je sulfan obsažen např. v bakteriích, které žijí v systémech podmořských sopek a na-hrazuje jim vodu při fotosyntéze (tyto bakterie pak vylučují síru).

Síra a její sloučeniny jsou však přirozeně vypouštěny do atmosfér pla-net při sopečné činnosti. Venuše je planeta s velkou sopečnou historií. Zdá se, že podivnosti v chemickém složení by neměly budit znepokojení. Oče-kávalo by se však, že látky ze sopek budou rozptýleny v celé atmosféře (u povrchu zvláště). Velké množství se však nachází jen v určitých vrst-vách a často se jedná o atmosférické části, ve kterých jsou teplotní a tlako-vé podmínky vhodné k životu. Počítačem podporované experimenty související s tematikou

Uvedenou tematiku je možné doplnit počítačem podporovanými expe-rimenty z knihy Earth Science with Vernier [Anon], např. 20 – Porovnání různých slunečních brýlí; 22 – UV záření a oblečení; 23 – Odraz a absorpce světla; 25 – Mořská a zemská bríza; 29 – Roční období a úhel dopadu slu-nečních paprsků. Pro experimenty 20 a 22 je zapotřebí čidlo UVB záření, pro 23 luxmetr a teploměr, pro zbývající experimenty stačí teploměr dopl-něný počítačem nebo rozhraním pro připojení čidel.

Vybrané možnosti mezipředmětového využití

Atmosférický tlak, jeho výpočet a porovnání (fyzika – mechanika plynů), vlastnosti chemických prvků a sloučenin, chemické rovnice a jejich vyčís-lování, redoxní děje, zpětná vazba (obecný proces ve strukturách, nejen pří-rodovědných), chemie a biochemie ve vesmíru (chemie/přírodopis).

VYUŽITÍ VÝVĚVY V ASTRONOMICKÉM VZDĚLÁVÁNÍ

I astronomie a astrofyzika má svoji zcela nepostradatelnou experimen-tální část. Na to není možné ve vzdělávání zapomínat. Příkladem v astro-experimentování může být použití vývěvy. Vybrané experimenty jsou rozebrány v dalších odstavcích.

209

Stará jablka ve vesmírném prostoru Z vlastní zkušenosti známe, že jablko ponechané dlouho ve spíži, či

v košíku na stole časem ztratí jisté množství vody a začne se scvrkávat. Takováto jablka obvykle vyhazujeme, či používáme k vaření. Kosmonauti se však těchto problémů nemusí obávat. Stačí vynést jablko ven, do kos-mického prostoru a jablka opět získají své krásné plné tvary. A jak je to možné?

Experiment: Scvrklé jablko vložíme pod recipient vývěvy a snížíme dostatečně tlak.

Dojde k tomu, že tlak uvnitř jablka bude větší, než v okolí a jablko se začne rozpínat do prostoru a zvětšovat tak svůj objem. Tím se napne slupka na jablku a to vypadá o dost čerstvěji. A jaké to nese problémy? To je vidět ihned poté, co začneme tlak pod recipientem opět zvyšovat na atmosféric-ký. Jablko se nám opět scvrkne.

A co z toho vyplývá? Kosmonauti musí stará scvrklá jablka konzumo-vat ve volném vesmírném prostoru. To ovšem nese některé problémy. A pokud by se je podařilo vyřešit, zklamání kosmonauta bude pravděpo-dobně značné. Přestože se mu jablko nádherně nafoukne do plných tvarů, jeho chuť bude stále jako u starého jablka. Vždyť to také staré jablko je.

Holicí pěna ve vesmíru

Ve vesmíru se i běžné lidské činnosti stávají problematickými. Jako výhodu by mělo holení ve volném kosmickém prostoru?

Experiment: Pod recipient vložíme trochu pěny na holení a začneme se snižováním

tlaku. Skrytý bonus ihned objevíme. Pěny máme na oholení celé plně obsa-zené kosmické stanice. A princip? Ten je stejný jako u scvrklého jablka.

Obr. 2. a 3.: Jablko pod recipientem před snížením tlaku (vlevo) a po snížení tlaku

(vpravo) vývěvou. © Vyskočil

210

Vroucí nápoje kosmonautů

Jedná se o klasický experiment s vývěvou – var za sníženého tlaku. Na úvod pokusu, který vykonáváme v astronomii, můžeme začít příběhem. Astronaut se vydal mimo kosmickou stanici, a aby se mohl náležitě osvěžit, vzal si sebou láhev Coca-Coly. Po těžké práci se usadil na okraji stanice a díval se na Zemi. A nyní by přišlo vhod něco dobrého k pití. Vytáhl láhev Coca-Coly a za syčení (které neslyšel) pomalu otevíral uzávěr. K jeho ne-velkému překvapení se stalo něco zajímavého. Objem láhve nepřestával „syčet“. Coca-Cola se začala vařit. A vařila se stále. Jak je to možné? Ast-ronaut tedy rychle zavřel láhev. Obával se, že by obsah mohl vystříknout a opařit ho. Co myslíte?

Coca-Cola je vhodná kvůli svému unikajícímu oxidu uhličitému, který ještě zvýší efekt varu. Samozřejmě, že i tento nápoj zvýší u žáků zájem o pokus.

Experiment: Pod recipient dáme skleničku s Coca-Colou a začneme se snižováním

tlaku. Ke zjištění výsledků stačí pouze pozorování. Astronaut by se asi jevu nedivil, avšak údiv z řad žáků je zaručený.

A princip? Pokud si uvědomíme, že var nastává, když kapalina má ta-kovou teplotu, že vznikající vodní pára má stejný tlak, jako je tlak okolního vzduchu (plynu), musí nám být princip jevu zřejmý. Pokud je tlak v okolí kapaliny nižší, než atmosférický, nastává var dříve, neboť pára kapaliny má dostatečný tlak již při nižší teplotě. Proč byl Leonov tlustý?

Alexej Leonov (*1934) byl prvním kosmonautem, který vystoupil do volného vesmírného prostoru. Tento počin se uskutečnil v roce 1965 z kosmické lodě Voschod 2. Cesta z kosmické lodi do vesmírného prostoru proběhla bez problémů a i 12 minutový pobyt mimo loď se podařil bez zá-važných problémů. Ovšem při návratu do kabiny lodi se skafandr nafoukl více, než se předpokládalo. Leonov se do kabiny nemohl vejít. Musel do kabiny vlézt pomocí zcela nenatrénovaných manévrů, které vyžadovaly velké úsilí. V úzké komoře se poté musel v téměř neohybném skafandru otočit, aby důkladně zajistil vnější uzávěr průlezu. Štěstím bylo, že Leonov byl ve velmi dobré fyzické kondici. Díky tomu se dokázal vrátit do kos-mické lodi v pořádku.

Proč se však Leonovi ve vesmírném prostoru nafoukl skafandr? Odpo-věď je téměř shodná s jablky a pěnou na holení.

211

Experiment: Problém nafouknutého Leonova skafandru můžeme snadno demonstro-

vat pomocí lehce nafouknutého balónku, který umístíme pod recipient a vyčerpáme v jeho okolí vzduch. Tím jednoduše demonstrujeme podstatu Leonova problému s nafouknutým skafandrem.

Obr. 4. a 5.: Model Alexeje Leonova před výstupem mimo kosmickou kabinu (vlevo) a po výstupu do kosmického prostoru (vlevo). © Vyskočil

BÁDÁNÍ VE SLUNEČNÍ SOUSTAVĚ

Tato další (a poslední) část článku nás seznámí s konkrétní aktivitou pro žáky, která je zaměřena na výzkum sluneční soustavy. Aktivita obsahu-je prvky badatelsky orientovaného vyučování, není na něj však zaměřena zcela. Podle obsahu sami poznáte, že tato aktivita je snadno modifikovatel-ná i na jiná témata. Popis aktivity

1. Žáky ve třídě rozdělte na menší skupinky, cca po 4 – 5 žácích. 2. Každá ze skupinek dostane jednu fotografii (planety, měsíce, pla-

netky, trpasličí planety, komety, aj.). Vhodná je veliká (A4) a kva-litní fotografie.

3. Žáci mají ve skupinkách několik minut, aby vymysleli několik otá-zek vztahujících se k obrázku. Např. pokud předložíte fotografii planety Saturn, otázky mohou být: Proč má planeta prstenec? Z čeho je prstenec tvořen? Jaký má planeta povrch? Žákům v této fázi nera-díme.

4. Žáci nyní ve skupince vyberou nejlepší otázku, kterou si myslí, že vymysleli a přečtou ji ostatním. Vyučující (či žáci) je píše na tabuli.

5. Nyní máme na tabuli tolik otázek, kolik je ve třídě skupinek.

212

6. Přistupme nyní k výběru badatelské otázky. Každý žák dostane hla-sovací papírek, na nějž má vybrat tři nejlepší otázky (podle něj). První nejlepší otázce dá 3 body, druhé nejlepší 2 body a třetí nej-lepší 1 bod. Hodnocení provádí každý sám. Učitel lístečky vybere a udělá s žáky vyhodnocení (je možné dělat čárky podle počtu bodů pod otázky).

7. Otázka, která získá nejvíce bodů, se stává badatelskou otázkou, nad kterou budou žáci ve skupinkách bádat.

8. Nejprve každá ze skupinky přijde s hypotézou – jak si myslí, že se otázka řeší, jaká je na ní správná odpověď.

9. Poté bádají, pracují s učebnicemi, literaturou, internetem, aj. Žáci si dělají poznámky, pracují ve skupinkách.

10. Na závěr každá ze skupinek přinese své řešení a porovná ho s hypo-tézou. Z toho žáci s učitelem vyvodí příslušné závěry. Nakonec se celá práce i proces vyhodnotí.

Závěr Tato aktivita je odlišná od ostatních tím, že zcela nesvazuje zadáním.

Nabízí žákům větší volnost ve výběru toho, co budou zkoumat (ač je to ovlivněno vstupní fotografií, i jinými vlivy) a více se podílet na obsahu svého učiva. Zároveň dochází k řešení problému v týmech a v závěru k ve-lice důležitému navrácení se k hypotézám a jejich porovnání se zjištěnými výsledky. ZÁVĚR Uvedené aktivity, texty a pokusy jsou pouze velmi malým výřezem ze sku-tečné a obsáhlé problematiky didaktiky astrochemie a astrofyziky. Přinášejí však první praktické střípky, jak teorii uplatňovat ve školách přímo s žáky.

REFERENCES

Anon., nedatováno. Vernier CZ - Vybavení pro výuku přírodovědných oborů – Earth Science with Vernier [online] [vid. 7. červenec 2014]. Dostupné z: http://www.vernier.cz/produkty/podrobne-informace/kod/ESV

Brož, M., Šolc, M. Fyzika sluneční soustavy. Matfyzpress, Praha, 2013.

Codr, M. Vesmír dokořán. Albatros, 1976, vydání první. ISBN 13-839-76.

http://www.vernier.cz/produkty/podrobne-informace/kod/ESV

213

Hashimoto, G. L., Abe, Y. Stabilization of Venus’ climate by a chemical-albedo feedback. Earth Planets Space, 52, 197–202, 2000. [online]. [01. 06. 2014] Dostupné z: http://www.terrapub.co.jp/journals/EPS/pdf/5203/52030197.pdf

Ricardo, H., et.al. The Atmosphere of Venus: Winds and Clouds Observed by Virtis/Venus Express. [online]. [01. 06. 2014] Dostup z: http://www.slac.stanford.edu/econf/C07091016/papers/LNEAIII-Hueso.pdf

Svrchem, H., Witasse, O. Exploring Venus. ESA Bulletin 135, august 2008. [online]. [15. 2. 2014] Dostupné z: http://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin135/bul135a_svedhem.pdf

Vyskočil, J. Vlastní přípravy a podklady pro vyučování 6. – 9. ročníků ZŠ. Osobní rukopis.

Vyskočil, J. Venušin závoj – chemický pohled na atmosféru Venuše. Astropis, speciál 2012, s. 42 – 43. Praha.

http://www.slac.stanford.edu/econf/C07091016/papers/LNEAIII-Hueso.pdf

http://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin135/bul135a_svedhem.pdf

214

ROZVOJ PŘÍRODOVĚDNÉ GRAMOTNOSTI ŽÁKŮ V ÚROVNI PREPRIMÁRNÍHO A RANÉHO

PRIMÁRNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ

Svatava Janoušková Centrum pro otázky životního prostředí Univerzity Karlovy v Praze, Česká republika

[email protected]

Tomáš Kudrna Lach-Ner, s.r.o.

[email protected], Česká republika

Václav Pumpr Obchodní akademie, Dušní 7, Praha, Česká republika

[email protected]

Jan Maršák Nezávislý odborník na danou problematiku, Česká republika

[email protected]

Abstrakt Přírodovědná gramotnost stojí v centru zájmu odborné i laické veřejnosti již několik desetiletí. V poslední dekádě však můžeme zaznamenat nárůst počtu prací, které se vě-nují problematice rozvoje přírodovědné gramotnosti u dětí v období preprimárního a primárního vzdělávání. Tyto studie často upozorňují na fakt, že zahájení přírodověd-ného vzdělávání v raném věku dětí, může vést k rozvoji pozitivního vztahu k těmto vě-dám. Příspěvek přináší pohled na možnosti rozvoje přírodovědné gramotnosti žáků v úrovni preprimárního a primárního vzdělávání. Zabývá se konkrétními prvky přírodo-vědné gramotnosti tak, jak byly navrženy skupinou autorů v návaznosti na existující vytyčení přírodovědné gramotnosti v úrovni nižšího sekundárního vzdělávání, a dále přináší také první informace o aplikaci didaktických materiálů, které rozvoj přírodo-vědné gramotnosti ve výuce umožňují. Věříme, že příspěvek pomůže odstartovat mezi odbornou veřejností diskuzi o možnosti posílení přírodovědného vzdělávání v úrovni preprimárního a primárního vzdělávání a upozorní na výzkumné téma, kterému v České republice byla prozatím věnována jen malá pozornost.

Klíčová slova Přírodovědná gramotnost, preprimární vzdělávání, primární vzdělávání





215

Development of the Science Literacy of Pupils in the Pre-primary and Early Stages of Primary Education

Abstract

Science literacy has been in the focus of the educational professionals and scholars for several decades. In the last decade the number of studies dealing with the pre-primary and early primary science education increased. These studies reveal the linkages between the science education in the early school stages and development of positive attitudes towards science by children. The aim of the paper is to provide the information about the science literacy development in pre-primary and early stages of the primary education. The article deals with concrete dimensions of the science literacy – as they have been developed by the text authors – and brings the information about application of the science literacy didactic materials in lessons. We hope the paper will contribute to the ongoing discussion among the scholars and educational experts about the prospects of the reinforcement of the science education in the pre-primary and primary education, and point out the scientific theme that is currently of the peripheral importance and interest in the Czech Republic. Keywords Science Literacy, Pre-primary Education, Primary Education

ÚVOD Když byla v roce 2000 ratifikována Lisabonská úmluva, jedním z jejích

hlavních cílů byl rozvoj znalostní ekonomiky, která by měla zvýšit konku-renceschopnost evropských zemí v globálním kontextu. V souvislosti s tím se opět intenzivně začal diskutovat fakt, že se evropské země, včetně ČR, potýkají s dlouhodobým nezájmem o studium přírodovědných a technic-kých oborů, a tudíž i s nedostatkem kvalitních zaměstnanců v navazujících oborech. Navzdory tomu, že tato diskuze vedla k zavedení řady opatření, jak ukazují indikátory OECD (2013), k žádnému výraznému zvratu v tomto negativním trendu nedošlo. V terciárním vzdělávání volí přírodovědné obo-ry pro studium pouze 10 % studentů, technické obory 15 % studentů.

Jak však možné vztah ke studiu přírodních a technických věd změnit? Cenné informace o možném způsobu změny přináší studie Kjaernsli a Lie (2011). Kromě faktu, že o volbě studia přírodovědných či technických obo-rů rozhodují osobní zaujetí pro přírodní vědy, vnímání jejich důležitosti pro rozvoj společnosti a osobní angažovanost v aktivitách s nimi spojenými, je totiž velmi důležitým faktorem také osobní pocit, že přírodní vědy zvlá-dám. Přitom statistická analýza autorek studie ukazuje, že výsledky znalostí a dovedností v testování PISA, z nichž vycházejí, a pocit žáků, že přírodní

216

vědy zvládají, není vždy v souladu. Tedy že řada žáků má osobní pocit, že přírodní vědy nezvládají, ale aktuální výsledky testovaných znalostí a do-vedností ukazují opak. Mnoho žáků pak v různých studiích referuje o tom, že jim přírodní vědy připadají obtížné a často nudné, i když chápou nutnost jejich studia (blíže viz Simpson and Troost, 1982, Gogolin and Schwartz, 1992, Bennet, 2001). Přílišnou důvěru v sebe sama nemají.

Jednou z možných cest pozitivní změny v posílení zájmu o studium pří-rodních věd by tedy mohlo být zvýšení sebevědomí žáků. Jako ideální ob-dobí pro prvotní rozvoj tohoto pozitivního osobního pocitu se nám jeví období mezi 5-8 rokem dětí. V tomto období totiž děti jeví velký zájem o své okolí. Zároveň jsou podporovány v objevitelské činnosti rodiči i vyu-čujícími a nejsou vystaveny striktním hodnotícím systémům, které mohou působit nepříznivě.

TEORETICKÁ VÝCHODISKA Řada zahraničních studií naznačuje, že by u dětí v období preprimární-

ho a primárního vzdělávání mohla být s úspěchem rozvíjena PřG. Odborní-ci nejčastěji uvádějí dva základní důvody, proč je rozvíjení PřG v tomto věku dobře možné: (i) přírodní vědy umožňují porozumění dějům a objek-tům reálného světa, v němž děti žijí, o němž přemýšlejí a jež pozorují a (ii) přírodní vědy rozvíjejí specifické dovednosti kognitivní a motorické, obojí děti považují v daném věku za velmi atraktivní (Eshach & Fried, 2005; Osborne & Witrock, 1983; Bruce, et al., 1997). Tito a další autoři pak při-nášejí důkazy o tom, že rozvoj PřG může mít skutečně pozitivní dopad na rozvoj pojmového aparátu dětí, motorických i kognitivních schopností a dovedností, i rozvoj jejich hodnotového systému. Na základě analýzy těchto i řady dalších studí, vytyčili autoři příspěvku Strukturu přírodovědné gramotnosti v preprimárním a raném období primárního vzdělávání, která představuje možné cíle v rozvoji PřG dětí (blíže viz Janoušková, et. al., 2014).

Navržená struktura přírodovědné gramotnosti je členěna do třech di-menzí. První dimenzí je Aktivní osvojení pojmů přírodních věd dítětem. Domníváme se, že zavedení PřG do výuky by mohlo umožnit začlenění některých základních přírodovědných pojmů do běžného slovníku dítěte. Tato schopnost dítěte by měla být rozvíjena přístupy, které nejlépe umožní dítěti si pojem zapamatovat. Tj. aktivní interakcí dospělého s dítětem, čas-tým opakováním pojmu, zaujetím pro objekt či jev, se kterým je pojem

217

spojován, propojováním pojmu do složitější pojmové struktury. Domnívá-me se, že by pojem měl být osvojen tak, aby ho ideálně dítě bylo schopno propojovat s celým „konceptem“ daného pojmu. Například u dobře známé-ho pojmu „pes“ by si dítě mělo vybavit: jak zvíře vypadá, jaké je na dotek, jaké zvuky vydává, jaký má zápach (viz např. Eshach, 2006).

Druhou navrženou dimenzí je Aktivní osvojení nejjednodušších metod přírodních věd. V rámci zavádění PřG by dítě mělo být vedeno k jednodu-chému systematickému pozorování, jednoduchému experimentování, k vy-vozování jednoduchých závěrů (s dopomocí vyučujícího) a jednoduché formulaci problému. Nabízí se však otázka – je dítě vůbec schopno uvažo-vat vědecky – může formulovat hypotézy a nacházet na ně odpovědi? Den-ní praxe (např. hledání ztracené hračky) ukazuje, že ano. Také některé studie (viz např. Ruffman, et al., 1993) ukazují schopnost dětí propojit hy-potézu s důkazem tam, kde se jedná o řešení velmi triviálního problému. U řešení složitějších problémů však tato schopnost dítěte selhává a může dojít až k rozvoji miskoncepcí. Je proto dětem třeba předkládat takové pro-blémy, které jsou schopny s dopomocí vyučujícího řešit.

Třetí dimenzí je Aktivní osvojení a používání interakci přírodovědného pozorování s dalšími obory lidského poznávání. Z této domény se první dvě dimenze odvíjejí, neboť je to právě pozorování okolního sociálního i pří-rodního prostředí, které přivádí dítě k potřebě objekty, jevy a procesy v okolí popsat a pochopit – zodpovědět si vlastní otázky, potvrdit/vyvrátit své domněnky. Tato dimenze však dítěti také pomáhá utvářet jeho hodno-tový systém založený nikoli na autoritativní informaci, ale na skutečném poznání a pochopení, a pomáhá mu lépe se zorientovat ve světě, který ho obklopuje.

SONDA V REÁLNÉM ŠKOLNÍM PROSTŘEDÍ

Vytyčení PřG je jen prvním z kroků na cestě k ověření toho, zda rozvoj PřG již v raných stádiích vzdělávání může vést v budoucnosti k nárůstu sebevědomí dětí v oblasti schopnosti zvládání přírodovědných oborů či k zvýšení jejich obliby. Aby k tomu došlo, je třeba věnovat se přípravě di-daktických materiálů, které by rozvoj prvků PřG tak, jak jsme je vytyčili, umožnily, a poté vliv při longitudinálním sledování jedinců ověřit. Autor-ský tým článku společně s dalšími didaktiky přírodních věd připravili pro žáky sérii převážně demonstračních a žákovských experimentů (z chemie a fyziky), které lze realizovat při výuce dětí ve věku 5-8 let (blíže viz Kudrna et al., 2013). Ve vývoji dalších námětů experimentů autorský tým

218

pokračuje a testujeme je v prostředí prvních tříd. Z této aplikace máme první zajímavé poznatky.

Aplikace stávajících materiálů pro rozvoj PřG dětí do výuky je následu-jící. První fází výuky je motivace dětí. Při motivaci dětí se snažíme jedno-duše nastolit problém nebo jej propojit s nějakou jim dobře známou reálnou situací či příběhem/pohádkou. Např. „Zkusíme si teď připravit takovou speciální kaši. Znáte pohádku „Hrnečku vař“?“ Děti z naší sondy v 1. třídě se hlásily, že znají, některé se snažily příběh vyprávět. Podstatou motivace bylo přivést děti k popisu toho, co pozorovaly matka s dcerou, když hrne-ček vařil kaši – kaše vytékala, bublala, tvořily se na ní bubliny, atp. Děti byly přirozeně „vtaženy“ do procesu výuky, zároveň však popisovaly pro-ces “bublání kaše“.

Druhá fáze výuky je vlastní provedení demonstrace či žákovského ex-perimentu a pozorování. Vezmeme-li předchozí příklad, pak žáci dostali do misky, jež sami vytvořili z modelíny, čistou (jedlou) sodu, jiní tutéž sodu s příměsí potravinářského barviva (červeného či modrého). Žáci přikapáva-li z pipety ocet a pozorovali reakci u sebe i spolužáků. Tuto reakci měli komentovat. Dozvídali jsme se, že směs šumí, bublá, leze z toho pěna ně-kdy modrá, jindy červená, či bílá. Poté žáci identifikovali, že šumění ustává (soda se „spotřebovala“).

Třetí fáze výuky je tvorba závěrů pozorování. Tento proces se velmi liší v závislosti na tom, o jakou konkrétní demonstraci či experiment se jedná. V případě experimentu „Hrnečku vař“ byla žákům položena otázka: „Kdy začala soda/směs šumět?“ „ Dále: „ Šuměla směs všem?“ A poslední: „Šu-měla směs pořád, nebo jen nějakou dobu?“ Na tyto otázky uměli odpovědět téměř všichni žáci. Společně s nimi jsme závěry shrnuli. Tato fáze zároveň pomáhá výuku rovněž evaluovat (počet správných žákovských odpovědí).

Čtvrtou fází výuky je tvorba dětských hypotéz a jejich ověření na zá-kladě pozorování. Tato fáze je zařazena pouze tam, kde lze dětem jednodu-še pomoci jejich hypotézu potvrdit či vyvrátit. V uvedeném případě (Hrnečku vař) měli žáci zodpovědět otázku: Tvořila by se pěna, kdyby-chom místo modrého barviva požili hnědé? ¾ žáků odpovědělo správně – ano tvořila by se pěna. Polovina žáků uvedla, že pěna by byla hnědá. Vy-myslet zdůvodnění -hypotézu - nebylo pro žáky jednoduché, ale dva žáci správně uvedli, že by se pěna tvořila, protože viděli pěnu u těch, kteří bar-vivo neměli, není to tedy barvivo „co dělá pěnu“. Tuto hypotézu jsme jim pomohli potvrdit tím, že jsme zopakovali pokus s dalšími dvěma barvivy. Druhou otázka směřovala k tomu, zda by se pěna tvořila „do nekonečna“. Z pozorování děti věděly, že ne, a na otázku odpověděla tedy většina

219

správně. Když jsme se zeptali proč, většina odpovědět neuměla, jen jedna dívka uvedla, že: „Ta věc v misce se asi vypotřebuje a sám ocet to nedoká-že.“ Tuto dívčinu hypotézu jsme potvrdili tím, že jsme pokus zopakovali a poté, co byl v misce nadbytek octa, a pěna se přestala tvořit, jsme začali opět přidávat sodu. Pěna se opět objevila. ZÁVĚR

První sonda aplikace demonstrací a experimentů ve školním prostředí pro nás byla překvapující. Děti byly činností zaujaté, zapojovaly se téměř všechny do všech fází aplikace připravených materiálů ve výuce. Můžeme konstatovat, že děti byly velmi spontánní, ve fázi tvorby hypotéz neměly až na výjimky (zhruba 1/5 třídy) nejmenší problém s tím, že by jejich hypoté-za mohla být špatná. Reagovaly pozitivně, když se jejich hypotéza potvrdi-la. U mnohých jsme pak zaznamenali „aha efekt“, když jsme hypotézu naformulovanou řečí jejich vrstevníků – tedy pro ně pochopitelnou – slov-ně upřesnili a potvrdili pokusem. Bylo zřejmé, že pochopili, jakým způso-bem se problém řešil. Fakt, že děti byly připravenými hodinami zaujaty, potvrdili také rodiče třídní učitelce. Více než ½ dětí chtěla experimenty doma opakovat s rodiči.

Domníváme se, že první sonda poměrně přesvědčivě potvrdila závěry studií mnoha zahraničních autorů, že začlenění přírodovědného vzdělávání do raných fází vzdělávání může být přínosné. Je však nutné danou proble-matiku dále studovat a vést systematický longitudinální výzkum v dané ob-lasti, na základě něhož by bylo možno vysledovat nejen aktuální přínos v dané věkové skupině, ale také dlouhodobější dopady na zájem o studium přírodních resp. technických věd.

LITERATURA

Bennett, J. 2001. The development and use of an instrument to assess students´attitude to the study of chemistry. International Journal of Science Education, 23, 833–845.

Bruce, B. C., Bruce, S. P., Conrad, R. L. & Huang, H. J. 1997. University Science Students as Curriculum Planners, Teachers, and Role Models in Elemetary School Classroom, Journal of Research in Science Teaching, 34(1), 69–88.

Eshach, H. & Fried, M. N. 2005. Should science be taught in early childhood? Journal of Science Education and Technology, 14, 315–336.

Eshach, H. 2006. Science Literacy in Primary Schools and Pre-schools. Springer.

220

Gogolin, L. & Swartz, F. 1992. A quantitative and qualitative inquiry into the attitudes toward science of nonscience college majors. Journal of Research in Science Teaching, 29, 487–504.

Janoušková, S., Hubáčková, L., Pumpr, V., Maršák, J. 2014. Přírodovědná gramotnost v preprimárním a raném období primárního vzdělávání jako prostředek zvýšení zájmu o studium přírodovědných a technických oborů. Scientia in educatione (v tisku).

Kjærnsli, M. & Lie, S. 2011. Students' Preference for Science Careers: International comparisons based on PISA 2006. International Journal of Science Education, 33(1), 121-144.

Kudrna, T., Hubáčkova, L., Beneš, P. & Pumpr, V. 2013. Tajemství přírody: Objevné cesty vlastního poznáváni. Řízení školy, 5, 27–28.

OECD. 2013. Education at a Glance 2013: OECD Indicators. Paříž: OECD.

Osborne, J. F. & Collins, S. 2000. Pupils’ and parents’ views of the school science curriculum, London: King’s College London.

Ruffman, T., Perner, J., Olson, D. R. & Doherty, M. 1993. Reflecting on Scientific thinking: Chlidren’ s understanding of the hypothesis-evidence relation. Child Development, 64, 1 617–1 636.

Simpson, R. D. & Troost, K. M. 1982. Influences of commitment to and learning of science among adolescent students. Science Education, 69, 19–24.

https://www.researchgate.net/researcher/77433576_Marit_Kjaernsli

https://www.researchgate.net/researcher/79624946_Svein_Lie

221

ОБУЧЕНИЕ ХИМИИ КАК ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ УЧАЩИХСЯ

Marat Akhmetov Teachers’ Professional Skills Advancement Institute, Ulyanovsk,

[email protected]

Elena Zorova Municipal Secondary School №17, Dimitrovgrad, Russian Federation,

[email protected]

Аннотация Химия как учебный предмет является одним из наиболее трудных для овладения школьниками. Связано это со спецификой химического знания, предполагающего способность химика мысленно манипулировать определенными химическими образами, являющимися посредниками между химическими явлениями и знаково-символической формой их описания. Эти химические образы в незначительной степени отражены в химической литературе, они являются скрытыми в высоко-формализованных текстах учебников. Наибольшего успеха в изучении химии достигают учащиеся, интуитивно использующие эти ментальные химические образы. Они способны манипулировать этими образами в своих мыслях. По-знавательные стратегии этих учащихся, обусловленные как индивидуальными особенностями, так и их субъектным опытом оказываются наиболее близкими к характерным для химиков нормативным познавательным стратегиям, что позволяет говорить о наличии у этих учащихся химических способностей. Мы полагаем, что познавательные стратегии, характеризующиеn индивидуальные механизмы познания, могут быть развиты в процессе обучения. Согласно выдвинутой нами гипотезе, если процесс обучения химии нацелить на рефлексию собственных познавательных стратегий и овладеть на этой основе норма-тивными познавательными стратегиями, характерными для химиков, то это приведёт не только к улучшению результатов обучения, но и к развитию учащихся.

Ключевые слова обучение химии, особенности химического знания, индивидуальные и нормативные познавательные стратегии

222

Development of Students’ Learning Strategies in Teaching Chemistry

Abstract Chemistry as a school subject is one of the most difficult for students because chemical knowledge has some features. Chemists have the ability to manipulate certain chemical models in their minds. Mental chemical models allow chemists to understand semiotic-symbolic form descriptions of chemical phenomena on macro and micro levels. These mental models reflected slightly in textbooks, they are usually hidden in a highly formalized text. Some students have an ability to intuitively use chemical models in their minds. As a rule these students have good grades in exam of chemistry. Individual learning strategies of these students are similar to normative learning strategies that are typical for chemists. Usually chemistry teachers think that these students have good chemical abilities. What the teacher should do if a student does not have chemical abilities? In that case, we suppose that students’ learning strategies can be developed in training. Chemistry teachers can improve learning outcomes and develop students’ thinking if they focus students’ attention on the mental reflection of their own learning strategies and facilities of chemical strategies too. Students may develop they own learning strategies on this foundation.

Keywords Teaching chemistry, features of chemical knowledge, individual and normative learning strategies

ВВЕДЕНИЕ Как известно химия является трудной для овладения учебной

дисциплиной. Только незначительной части учащихся она даётся легко, большинство при обучении химии испытывают значительные трудности. Почему, несмотря на то, что каждый учитель стремится к тому, чтобы его учащиеся любили и понимали химию, были успеш-ны в её изучении, этого не происходит? Помочь учителю в улучшении учебных результатов, призвана наука – методика обучения химии. Г.М.Чернобельская указывает, что перед методикой обучения химии стоят четыре проблемы, а именно:

1. Определение целей, стоящих перед учителем при обучении учащихся предмету. Методика должна в первую очередь отвечать на вопрос: для чего учить?

2. Определение содержания учебного предмета химии в соответ-ствии с поставленными целями и дидактическими требованиями. Это требует ответа на вопрос: чему учить?

223

3. Разработка адекватных содержанию методов средств, форм обучения. Решение это проблемы позволит ответить на вопрос: как учить?

4. Изучение процесса усвоения предмета учащимися. Эта проблема требует ответа на вопрос: как учатся учащиеся? (Чернобельская, 2000)

На наш взгляд методы, средства, и формы обучения должны быть адекватными не только учебному содержанию, но также целям обучения и особенностям процесса усвоения предмета учащимися:

Figure 1: Основания для выбора методов, средств и форм обучения

Следуя данной логике необходимо изменить последовательность постановки проблем методики обучения химии, выделив в качестве третьей проблемы поиск ответа на вопрос «Как учатся учащиеся?», и уже в роли четвертой проблемы рассмотреть адекватные не только учебному содержанию, но также целям обучения и особенностям процесса усвоения предмета учащимися методы, средства и формы обучения:

Table 1: Основные проблемы методики обучения химии № Вопросы Проблемы методики обучения химии

1. Для чего учить? Определение целей, стоящих перед учителем при обучении учащихся предмету

2. Чему учить? Определение содержания учебного предмета химии

в соответствии с поставленными целями и дидактическими требованиями

3. Как учатся учащиеся? Изучение процесса усвоения предмета учащимися?

4. Как учить? Разработка адекватных целям обучения, учебному

содержанию и процессу усвоения предмета учащимися методов средств, форм обучения

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ В области методики обучения химии выполнено значительное

количество исследований. Подавляющая часть из них направлена на поиск методов, форм и средств обучения химии для достижения опре-

224

делённых целей в тех или иных условиях обучения. Практически отсутствуют работы, в которых бы методы, средства, формы обучения разрабатывались на основе исследования особенностей процесса усвоения учащимися предмета «химия».

Вместе с тем следует отметить, что в некоторых работах методы, формы и средства обучения предлагались исходя из индивидуальных особенностей учащихся. Так И.С.Иванова учитывала ведущие мо-дальности, стили мышления, уровни обученности учащихся (Иванова, 2005). Т.А.Боровских индивидуализировала процесс обучения исходя из учебной мотивации, уровня самостоятельности учащихся, сфор-мированности их умения работать с текстом, а также на основе пси-хологических характеристик: ведущее полушарие, тип реагирования, ведущая система восприятия, тип темперамента (Боровских, 2011). Т.А.Боровских характеризовала общие приёмы познавательной де-ятельности, которые в равной степени могут быть применены и к дру-гим учебным дисциплинам. При этом не учитывалась специфика выполнения конкретных химических операций, таких как нахождение степени окисления химических элементов, характеристика строения атомов химических элементов и образованных ими ионов, выявление возможности протекания реакций в растворах электролитов, характе-ристика ионного состав этих растворов, предсказание возможности образования тех или иных продуктов в ходе химической реакции и т.д. Каждая из указанных операций может быть выполнена с ис-пользованием различных познавательных стратегий, приводя в одних случаях к неудачам, а в других – к успехам. Чтобы привести испы-тывающих неудачи учащихся к успеху, методы, формы и средства обучения должны выбираться исходя из характеристик их познава-тельной деятельности.

Очевидно, что каждое направление науки имеет собственные стратегии познания мира. Эти стратегии отражены в специфическом языке, особенностях построения научного знания, системе базовых понятий, опыте организации исследовательской деятельности и науч-ных традициях. Овладеть учебным содержанием, научиться приме-нять его в практической деятельности, значит овладеть нормативными познавательными стратегиями, характерными для данного вида де-ятельности. Если индивидуальные познавательные стратегии уча-щихся близки к нормативным познавательным стратегиям науки, то процесс учения протекает легко. Наибольшие затруднения в пред-метном обучении испытывают те учащиеся, у которых имеется не-

225

совпадение индивидуальных и нормативных познавательных страте-гий. В исследовании, проведенном Е.В. Волковой, было показано, что «в основе химического мышления…лежат свои специфичные опера-ционные механизмы, отличные от операционных механизмов общих творческих способностей. Чем выше уровень специальных способ-ностей химиков, чем более тонко дифференцированы когнитивные структуры репрезентации химических знаний, тем больше вероят-ность появления химических образов. Появление «химических обра-зов» … может служить более надежным, чем успеваемость, критерием выявления потенциально способных химиков» (Волкова, 2007).

Р.Г. Иванова в статье «О наболевших проблемах методики обучения химии» подчеркивает «задача, следовательно, состоит, чтобы не только сформировать у учащихся два ряда образов, составляющих макромир (вещества и химические реакции) и микромир (электроны, атом, ионы, молекулы), но и главное приучить их обнаруживать причинную связь между ними» (Иванова, 2007).

Согласование индивидуальных и нормативных (свойственных каждой конкретной науке) стратегий представляет собой образова-тельную проблему, решение которой, согласно А.А.Плигину может быть осуществлено в технологии целенаправленного развития позна-вательных стратегий (ЦРПС) примерно в следующей последова-тельности:

1. Рефлексия учащимися собственных познавательных стратегий

2. Рефлексия учащимися нормативных познавательных стратегий

3. Сопоставление индивидуальных и нормативных познавательных стратегий

4. Осуществление целенаправленного и самостоятельного обогаще-ния (приращения) индивидуальных познавательных стратегий (личностного познавательного опыта) (Плигин, 2009).

КОНСТАТИРУЮЩЕЕ ИСЛЕДОВАНИЕ Мы опросили около 100 девятиклассников в школах Ульяновска

и Челябинска, на предмет того, что они представляют, когда слышат от учителя термины «химический элемент», «моль», «химическая реакция». Учащимся было предложено заполнить таблицу. Приведем примеры наиболее распространенных ответов учащихся:

226

Table 2: Наиболее распространенные ответы учащихся Понятие Что вижу? Определение Что чувствую?

Химический элемент

Таблицу химических элементов

Элементы, которые находятся в таблице

Менделеева

Ничего

Моль Насекомое Количество вещества Ничего Химическая

реакция Ничего Не знаю Ничего

Все ответы были проанализированы и разделены на несколько групп: 1 группа. Учащиеся, как правило, писали, что под словосоче-танием «химический элемент» они видят атомы, некоторые даже пытались их нарисовать. Моль эти учащиеся представляли в виде формулы для расчёта количества вещества. А химическую реакцию представляли по-разному, но у всех это был очень яркий химический эксперимент (взрыв, «вулканчик», взаимодействие щелочного металла с водой и т.д.). Таким образом, школьники этой группы хорошо представляли соответствующие понятия, в то же время многие из этих ребят не могли сформулировать определения понятий. 2 группа. Учащиеся писали, что понятие «химический элемент» ассоциируется с формулами различных химических элементов, «моль» - с формулой для расчёта количества вещества, а «химическая реакция» - с уравнением какой-либо химической реакции. Ответы учащихся этой группы были лишены образной окраски. 3 группа. Учащиеся писали, что при словосочетании «хими-ческий элемент» они «видят» либо таблицу Менделеева, либо лицо Д.И.Менделеева, некоторые добавляли, что испытывают при этом гордость «за мужика русского». Слово «моль» у большинства ребят из этой группы ассоциировалось с образом насекомого, которое «ест шубу». Понятие «химическая реакция» вызывало у этих учащихся ощущение какого-то «химического» запаха, представление о взрыве и, как следствие, о боли. Таким образом, школьники данной группы не имели чётких представлений о соответствующих понятиях.

Изучение текущей успеваемости показало, что учащиеся, ко-торые вошли в первую группу учатся, как правило, на «отлично». Во вторую группу вошли ребята, которые учатся на «4» и «5». А третью группу составили учащиеся с удовлетворительными оценками.

227

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цели обучения В традиционном обучении целями обучения химии являются

знания, умения, навыки. В предлагаемой модели, которая согласуется с принятыми в Российской Федерации образовательными стандар-тами, целью обучения является овладение учащимися новыми позна-вательными стратегиями.

Table 3: Цели обучения в различных образовательных моделях

Образовательная модель

Традиционное обучение

Федеральный государственный образовательный

стандарт

Развитие познавательных

стратегий

Цель Знания, умения навыки

Универсальные учебные действия

Новые познавательные

стратегии

Представление новой информации В психологии наиболее принята и распространена следующая

простейшая и несколько условная классификация видов мышления, в зависимости от используемых образов:

1) наглядно-действенное;

2) наглядно-образное;

3) словесно-логическое;

4) абстрактно-логическое.

А. Johnstone предположил, что существуют три уровня понимания химии: 1. Макроскопический уровень – доступный непосредствен-ному наблюдению (химия веществ и превращений); 2. Микроскопи-ческий уровень (уровень атомно-молекулярного моделирования и кинетики); 3. Символический уровень (уровень химических формул, уравнений, математических преобразований) (Johnstone, 1993) Уровни понимания химии можно привести в соответствие с видами мы-шления:

228

Table 4: Взаимосвязь уровней понимания химии с видами мышления

№ Уровень понимания химии Вид мышления

1. Макроскопический уровень

(демонстрационный и лабораторный химический эксперимент)

Наглядно-действенное

2. Микроскопический уровень (моделирование) Наглядно-образное

3. Символический уровень (химические формулы и уравнения, математические расчеты)

Словесно-логическое и абстрактно-

логическое

Е.А.Ильичева доказала, что в начальном курсе химии формиро-вание химических понятий нужно осуществлять в следующей последовательности: химический эксперимент → моделирование → зрительный мысленный образ объекта → вербальный образ объекта → знаковая модель объекта (Ильичева, 2009). Каждый из указанных этапов, соответствует не только определенному типу мышления, но и репрезентационным стилям (кинестетическому, аудиальному, визу-альному, дигитальному). Table 5: Оптимальная последовательность представления учебной информации

№ этапа Название этапа Вид мышления Стиль репрезентации

1. Химический эксперимент

Наглядно-действенное

Визуально-кинестетический

2. Моделирование Наглядно-образное Визуально-кинестетический

3. Зрительный

мысленный образ объекта

Наглядно-образное Визуальный

4. Вербальный образ объекта Словесно-логическое Аудиальный

5. Знаковая модель объекта

Абстрактно-логическое Дигитальный

Целенаправленное развитие познавательных стратегий (ЦРПС) Целенаправленное развитие познавательных стратегий осущест-

вляется на этапе коррекционного тренинга.

229

Figure 2: Основные элементы педагогической технологии ЦРПС

Table 6: Некоторые рекомендации по реализации педагогической технологии ЦРПС

Характеристика учебной Проблемы

Рекомендации для коррекционного тренинга

Легко запоминает тривиальные названия органических веществ, но делает ошибки при использовании заместительной номенклатуры ИЮПАК

Повысить степень наглядности структуры вещества, используя моделирование, аналогии, учебные метафоры

Забывает тривиальные названия веществ, химические термины, но при этом хорошо представляет, о чем идёт речь (знает, но сказать не может)

Использовать мнемонические правила при запоминании названий веществ, терминов, цепляя их за хорошо известные образы и слова

Определяет валентность и степень окисления алгебраическим методом, составляя при этом математическое уравнение, систематически делая при этом ошибки

Использовать визуальные модели для определения степени

окисления

Затрудняется в применении расчётных формул при вычислении количества, массы, объёма вещества

Проводить эти расчеты, используя рассуждения, метод пропорции, материальные модели, рисунки, аналогии

Систематически не справляется либо делает ошибки при решении расчётных задач на избыток-недостаток

Использовать стратегию двух гипотез или любой альтернативный метод решения таких задач

Демонстрирует базовые умения при решении расчётных химических задач, но путается в расчётах при увеличении этапов решения

Использовать табличный метод решения расчётных химических задач

Выполняет стандартные расчёты по уравнениям химических реакций, но делает ошибки в вычислении массовой доли растворённого вещества

Провести практическую работу по приготовлению раствора заданной концентрации, использовать при решении задач вспомогательные рисунки

230


Констатирующее исследование показало, что успешность в овла-дении учащихся химическим содержанием напрямую связана с ис-пользуемыми в их мышлении образами. Могут ли эти образы быть развиты в рамках учебного процесса по химии, и может ли это привести к развитию учащихся должен показать формирующий эксперимент.


Johnstone, A. H., 1993. The development of chemistry teaching: A changing response to changing demand. Journal of chemical education, 70(9), pp.701-704.

Боровских, Т. А., 2011. Индивидуализация обучения школьников средствами образовательных технологий в условиях классно-урочной системы: на примере обучения химии. DLitt. Moscow Pedagogical State University.

Волкова, Е. В., 2007. Использование методики Е. Торренса для изучения способностей студентов-химиков. Известия Уральского государственного университета, 50, pp.241-253.

Иванова, Р. Г., 2007. О наболевших проблемах методики обучения химии. Химия в школе, 6, p.15.

Ильичева, Е. В., 2009. Формирование первоначальных химических понятий на основе взаимосвязи понятийного и образного мышления. Ph.D. Moscow Pedagogical State University

Плигин, А. А., 2009. Психология познавательных стратегий школьников в индивидуализации образования. DLitt. Moscow Psychological Social Institution

Чернобельская, Г. М., 2000. Методика обучения химии в средней школе. Москва: Владос.

231

METÓDA KLADENIA OTÁZOK VO VYUČOVANÍ PRÍRODOVEDNÝCH PREDMETOV

Zuzana Haláková, Katarína Oroszová Prírodovedecká fakulta Univerzita Komenského,

Bratislava, Slovenská republika [email protected], [email protected]

Abstrakt Problematika vyučovacích metód je v súčasnosti veľmi často skloňovaná, skúmaná z mnohých uhlov a rozširovaná vo viacerých ohľadoch. Prevažujú snahy obohatiť ju o nové, inovatívne metódy, častokrát podporované technickými prostriedkami. V našom príspevku sme sa sústredili na jednu z klasických vyučovacích metód, metódu kladenia otázok, ktorá je zvyčajne zaraďovaná k metódam opakovania a precvičovania vedomos-tí. Je jedným zo základných a nezameniteľných nástrojov v rukách učiteľa. To, že nie je jednoduché položiť správnu otázku, vedia nielen začínajúci učitelia, ale častokrát aj skúsení a praxou trénovaní pedagógovia. Naším cieľom bolo presondovať použitie uve-denej vyučovacej metódy na hodinách prírodovedných predmetov a z hľadiska obsahu a zamerania otázok snažiť sa ich kategorizovať do niekoľkých skupín. Prezentovaná problematika nesie dva aspekty. Schopnosť učiteľa adresne a premyslene položiť otázky, ako aj ovládať techniku ich kladenia a v neposlednej miere schopnosť žiakov for-mulovať otázky tak, aby im napomohli k lepšiemu pochopeniu učiva. V prvej fáze sme uskutočnili prepisy otázok, ktoré zazneli na niekoľkých vyučovacích hodinách prírodo-vedných predmetov (chémie a biológie). To nám umožnilo kategorizovať ich a následne analyzovať ďalšie aspekty metódy kladenia otázok.

Kľúčové slová Kladenie otázok. Prírodovedné predmety. Vyučovacie metódy.

Questioning as a Method in Science Teaching

Abstract There are a lot of different views on teaching methods topic. The tendency is to widespread them with new, innovative aspects and in many cases they are supported with information and communication technologies. In our contribution we are focused on one of the classical teaching methods, questioning, which is usually included to methods of knowledge revision, practising and testing. It is one of important, basic and irredeemable tools in teacher´s hands. It is challenging to create correct question not only for starting teachers, but also for those, who are experienced. Our aim was to investigate applying this method in science lectures and according to the content and


232

aim of questions to categorized them into several groups. There are two aspects of this problem: the ability of teacher to make thoughtful and meaningful questions and to have some skills in this technique. On the other hand, it is important for students to ask question to better understand science content. In the first step we transcribed all questions in several science lectures (chemistry and biology). It helped us to make several categories and then analyse other aspects of questioning.

Keywords Science teaching. Teaching methods. Questioning.

ÚVOD

Vyučovacie metódy predstavujú dôležitú súčasť pedagogickej “výzbro-je” každého učiteľa. Sú neoddeliteľnou súčasťou všeobecnodidaktického systému a adresnejšie, príp. cielené použitie nachádzajú v didaktike každé-ho vyučovacieho predmetu. Predstavujú spôsoby, akými učiteľ motivuje k učeniu, sprístupňuje nový obsah, zabezpečuje jeho prvotné upevnenie, či prostredníctvom nich diagnostikuje úroveň vedomostí žiakov. Klasické členenie vyučovacích metód podľa etáp vyučovacieho procesu navrhol v sedemdesiatych rokoch minulého storočia Mojžíšek (1975) a v uvedenej oblasti je doteraz považované za východisko pre ďalšiu kategorizáciu, či hierarchizáciu. V prírodovedných predmetoch sa využívajú rozmanité vyu-čovacie metódy, ktorých výber podlieha výchovno-vzdelávacím cieľom jednotlivých častí a etáp vyučovacieho procesu v priebehu vyučovacej jed-notky. Zo širokej plejády rozsiahleho súboru vyučovacích metód sme sú-stredili svoju pozornosť na použitie jednej z dialogických metód, ktorá je považovaná za pomerne frekventovanú (Mareš a Křivohlavý, 1990; Petty, 1996).

METÓDA KLADENIA OTÁZOK

Metóda kladenia otázok je v širšom kontexte chápaná ako súčasť rozhovoru, no je možné pristupovať k nej aj samostatne. Ako metóda otá-zok a odpovedí slúžila na opakovanie a precvičovanie vedomostí (Mojží-šek, 1975). Vo vyučovaní prírodovedných predmetov má svoje stále miesto, plní mnohé funkcie (motivačnú, aktivizačnú, preverovaciu, precvičovaciu, výchovnú, vzdelávaciu,…). Vyžaduje od učiteľa dôkladnú prípravu, pretože otázky musia spĺňať základné atribúty zmysluplnosti, primeranosti, byť prispôsobené kognitívnej úrovni žiakov atď.

233

TECHNIKA KLADENIA OTÁZOK Podstata techniky spočíva vo vyslovení, zápise, či premietnutí otázky,

následnej odmlke (určenej na premýšľanie žiakov) a v adresovaní konkrét-nej osobe. Až po odznení požiadavky vyvoláme žiaka, od ktorého chceme počuť odpoveď. Vtedy je pravdepodobnejšie, že všetci budú pozorne počú-vať. Treba zohľadniť faktor času, mladšie deti potrebujú dlhšiu dobu na odpoveď, na rozmyslenie, formuláciu. To núti žiakov usporiadať si myš-lienky. Nemali by sme nikomu dovoliť vyhýbať sa odpovediam. Ak má žiak pri hľadaní odpovede ťažkosti, je užitočné otázku preformulovať. Po-ložiť ju takým spôsobom, aby bolo jasné, že učiteľa odpoveď zaujíma, napr. tým, že pozerá žiakovi do očí. Ak mu pomáha, cieľom nie je uhádnuť z nápovede správnu odpoveď, ale pomôcť mu premýšľať. Tiež je užitočné skontrolovať, ako žiak k odpovedi dospel (Kyriacou, 2008). Každú akcep-tovateľnú odpoveď by mal učiteľ pochváliť, na každú nesprávnu upozorniť a zdôvodniť jej nekorektnosť.

Jedným z hlavných cieľov tejto metódy je použitie poznatkov v nových situáciách, vyvodených otázkou. Učiteľ žiada, aby sa žiaci vyjadrovali, de-finovali pojmy, popisovali znaky, vyjadrovali vzťahy, vyvodzovali prak-tické dôsledky zo svojich znalostí, aby odpovedali v novo poznaných termínoch. Predpokladom je, že učiteľ aktivizuje celú triedu, čo môže byť náročné. Neskúsení, príp. začínajúci učitelia sa pritom zameriavajú na naj-bližších, najbystrejších, či najsympatickejších žiakov, alebo vyslovia meno skôr, ako zaznie otázka, čím demobilizujú ostatních (Mojžíšek, 1975).

Odpovedať na otázky obzvlášť pred spolužiakmi je pre žiakov emocio-nálne náročné, môže to vyvolávať napätie. Preto počas kladenia otázok má v triede prevládať atmosféra podpory a úcty k odpovediam zo strany učite-ľa aj žiakov. Učiteľ by sa mal snažiť o uvoľnenosť pri kladení otázok, o odstránenie nedôvery a trémy, naladiť sa na respondentovu úroveň vyjad-rovacích schopností, prispôsobiť slovník, modifikovať svoj verbálny pre-jav. To vyžaduje od neho takt a isté sociálne zručnosti (Svoboda, 2001). Otázky sú prejavom záujmu o druhého človeka, udržujú jeho pozornosť, nútia ho premýšľať, vedú k získavaniu informácií o názoroch, postojoch, prianiach, vlastnostiach druhej strany, získavame nimi čas, no môžu znížiť napätie a zabrániť konfliktu, udržujú tok rozhovoru, určujú jeho smer. Mnohé napovie aj intonácia (Haláková, 2012). Netreba podceňovať zreteľ-nú výslovnosť, využívať pokojný, priateľský tón hlasu (Svoboda, 2001).

Otázky by mali byť jasné a jednoznačné, ich formulácia stručná, ne-klásť ich viac naraz, ani také, na ktoré existuje mnoho správnych odpovedí. Dôležitá je voľba a znenie otázok, od ich poradia závisí množstvo a kvalita získaných informácií. Otázka nemá navádzať na určitý štýl odpovede, ne-

234

mala by obsahovať nezrozumiteľné alebo nespisovné termíny, nemá obsa-hovať dvojitý zápor, nemá byť formulovaná príliš široko a nemá byť suges-tívna (Ferjenčík, 2010). Musí byť zmysluplná, prispôsobená kognitívnej úrovni žiakov. Ťažko bude žiak odpovedať na otázku neprimeranú jeho ve-domostiam, skúsenostiam, veku (Oroszová, 2013).

Proces kladenia otázok by mal pozostávať zo štyroch stupňov (CARE construction, asking, reception and evaluation): konštrukcie, pýtania sa, vnímania a hodnotenia (Pedrosa-de-Jesus a Watts, 2014). Od učiteľa sa po-žaduje, aby disponoval schopnosťou odhadnúť správnu úroveň zložitosti obsahu a formulácie otázky s ohľadom na schopnosti žiakov; schopnosťou zapojiť otázkami celú triedu do aktívnej činnosti, schopnosťou podľa po-treby napovedať a pomáhať žiakom pri hľadaní odpovede; schopnosťou využívať odpovede žiakov (dokonca aj nesprávne) pozitívnym spôsobom; schopnosťou správne načasovať otázky a pauzy medzi nimi; schopnosťou zvyšovať intelektuálne nároky na žiakov postupnosťou otázok vyššieho rádu; schopnosťou efektívne používať písomne zadané otázky (Kerry, 1982).

TYPOLÓGIA OTÁZOK Existuje viacero kategórií otázok zohľadňujúcich zámer ich použitia vo

vyučovacom procese. Otvorené otázky neohraničujú možnosti odpovedí respondenta, navádzajú k podrobnejšiemu vysvetľovaniu vlastných názo-rov, umožňujú väčší vhľad do spôsobu, akým jedinec spracoval alebo po-chopil určité skutočnosti. V uzavretých otázok si respondent vyberá jednu z predložených a pripravených alternatív (otázky s určenou alebo obme-dzenou voľbou), sú vecnejšie, v kratšom čase z nich môžeme získať väčšie množstvo rôznych informácií. Primárne otázky sú tie, ktoré sme plánovali položiť. Okrem nich existujú sekundárne, ktoré môžu byť krátkymi pre-javmi porozumenia a záujmu, očakávajúceho mlčania, zopakovanou pri-márnou otázkou, zopakovaním alebo parafrázovaním odpovede, neutrálnou požiadavkou na doplnenie informácie, či sumarizácou odpovede (Ferjenčík, 2010).

V odbornej literatúre sa stretávame s rôznymi kritériami, podľa kto-rých sú otázky triedené.

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Pedrosa-de-Jesus%2C%20Helena%22%7C%7Csl~~rl','');


235

Tabuľka 1: Kategorizácia otázok podľa rôznych autorov

Autor Kerry (1982) Mareš a Křivohlavý (1995)

Kotrba a Lacina (2011)

Svoboda (2001)

Harris, Williams (2007)

typy otázok

- na fakty - na pomenova-nie

- na pozorovanie - zabezpečujúce poriadok v triede

- na posúdenie - na riešenie problémov

- na zisťovanie príčin

- pseudootázka - špekulatívna hypotéza

- otvorené a uzavreté

- vecné a osobné

- adresované jednotlivcovi a skupine

- štartujúca - uzavreté - otvorené - provokatívne - priame - doplňujúce - sugestívne - zisťovacie - na pozorova-nie

- problémové - na posúdenie situácie

- rozhodovacie - reťazové - nejasné

- priame - nepriame (nedirektív-ne)

- projektívne - sugestívne - diagnostické (prečo?)

- vzdelávacie (ako?)

- anaforické - exoforické

Kategorizáciou otázok sa zaoberali aj ďalší autori, ktorí brali do úva-

hy náročnosť odpovede vzhľadom na kognitívnu úroveň žiakov, napr. fak-tické a procedurálne otázky kontra otázky na pochopenie, predpovedanie, aplikáciu, plánovanie (Chin a Brown, 2002).

PRAKTICKÁ ČASŤ

V našich podmienkach sme rozbehli výskum zameraný na skúmanie typu otázok kladených zo strany učiteľa a žiakov v prírodovedných pred-metoch. Keďže je len v štartovacej fáze, naznačíme jeho smerovanie. V priebehu niekoľkých vyučovacích hodín sme doslovne zaznamenávali otázky a pokúsili sme sa vyšpecifikovať ich základné kategórie. Zatiaľ bolo odpozorovaných 13 vyučovacích hodín, z toho 4 hodiny chémie a 9 hodín biológie na základných a stredných školách Bratislavského kraja. V prvej fáze boli podrobne spracované tri vyučovacie hodiny, zrealizované na zá-kladných školách, v rámci ktorých padlo 113 otázok zo strany učiteľov i žiakov, čo predstavuje približne 37 otázok na jednu vyučovaciu hodinu a takmer 1 otázku na minútu. Ich analýzou sa podarilo identifikovať nie-koľko kategórií otázok. Otázky kladené učiteľom bolo možné rozdeliť do štyroch hlavných kategórií: rečnícke, organizačné, vzdelávacie, výchovné. Vzdelávacie otázky boli ďalej členené na otázky zamerané na pamäť a re-produkciu naučených poznatkov; na otázky zamerané na vyššiu myšlien-kovú aktivitu (vysvetlenie, zdôvodnenie, porovnanie, odhalenie príčin,

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Harris%2C%20Diane%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Williams%2C%20Julian%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Williams%2C%20Julian%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Chin%2C%20Christine%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Brown%2C%20David%20E.%22%7C%7Csl~~rl','');

236

chápanie súvislostí); dichotomické otázky. Otázky žiakov patrili do kate-górií organizačných a vzdelávacích, pričom druhú skupinu (vzdelávacie) tvorili otázky zamerané na informácie, ktoré žiak nevie; otázky zo zveda-vosti; otázky, keď žiak nerozumie; otázky na uistenie pochopenia učiva a otázky konfrontačné. Na sledovaných hodinách mali najväčší podiel otázky zamerané na sprostredkovanie nových informácií. Pomer polože-ných otázok učiteľ: žiak bol 3:1, čo predstavuje 28 otázok zo strany učiteľa na jednu vyučovaciu hodinu, kým zo strany žiakov len 9 otázok za hodinu. V ďalšom kroku analýzy bude potrebné vypracovať hodnotiace nástroje na posúdenie zvládnutia metódy kladenia otázok učiteľmi a navrhnúť postupy na zvýšenie frekvencie kladenia otázok zo strany študentov, čo je zá-kladným predpokladom hlbšieho spracovávania informácií a uvažovania o učebných problémoch. Na počet, kvalitu a charakter položených otázok počas vyučovacej hodiny môže vplývať viacero faktorov: vyučovací pred-met, obsah učiva, typ hodiny, učiteľa, počet žiakov, ich vek.

Je dôležité nielen to, aby v priebehu vyučovacieho procesu otázky klá-dol učiteľ, ale aby aj žiaci boli schopní správne koncipovať otázky. Viaceré výskumné šetrenia v USA, Austrálii, Anglicku deklarujú, že kladenie otá-zok v priebehu učenia napomáha žiakovi v jeho pochopení, uchovaní a rie-šení problémov (Portnoy a Rabinowitz, 2014; Pedrosa-de-Jesus a kol., 2014; Pedrosa-de-Jesus a Watts, 2014; Gillies a kol., 2014). Potvrdzuje sa, že kognitívna úroveň otázky prispieva k rozvoju pochopenia učiva žiakmi. Faktografickými otázkami v mnohých prípadoch nepodporujeme rozvoj myslenia (Walberg, 1984), hoci väčšina učiteľov používa viac otázky uzav-reté a nižšieho rádu. Otvorené otázky a otázky vyššieho rádu sú pre žiakov intelektuálne náročnejšie a podnetnejšie, zaberú viac času (Kyriacou, 2008).

Žiaci vytvárajú viac otázok zameraných na účel alebo funkciu v prípade prírodovedných textov a v prípade histórie dominujú otázky zamerané na doplňujúce informácie k textu (Portnoy a Rabinowitz, 2014).

Správne použitie metódy kladenia otázok umožňuje identifikovať pre-koncepty, ale aj miskoncepcie u žiakov adresnejšie ako niektoré iné metódy (Morrison a Lederman, 2003). Ďalší autori sa pokúsili nájsť vzťah medzi kladením otázok študentmi a ich učebnými štýlmi (Pedrosa-de-Jesus a kol. 2004; Cano, a kol., 2014 ). Napriek všeobecnému súhlasu medzi učiteľmi, že vyučovací proces sa môže zdokonaliť a zefektívniť prostredníctvom uvedomelého využívania metódy kladenia otázok učiteľmi i žiakmi, jej po-tenciál stále nie je naplno využívaný (Eshach a kol. 2014). Hlavnou výho-dou metódy kladenia otázok je, že prostredníctvom nej učiteľ aktivizuje žiakov k činnosti. Dokážeme ich povzbudiť k premýšľaniu, uľahčiť im po-chopenie javov, postupov alebo hodnôt; preveriť ich porozumenie učivu;

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883035513000025

mailto:Morrison,%20J.%20A.

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Lederman%2C%20Norman%20G.%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22de%20Jesus%2C%20Helena%20Pedrosa%22%7C%7Csl~~rl','');


237

upútať ich pozornosť na danú úlohu, prejsť do ďalšej fázy výučby; zopako-vať, revidovať, pripomenúť a upevniť učivo, ktoré si žiaci nedávno osvoji-li; riadiť činnosť v triede; upútať pozornosť na seba alebo na text; vtiahnuť do diania aj hanblivejších a menej aktívnych žiakov (Kyriacou, 2008).

ZÁVER

Aj keď v súčasnosti je snaha o dominanciu takých vyučovacích metód, ktoré sú podporované informačnými a komunikačnými prostriedkami, stále majú svoje miesto na hodinách prírodovedných predmetov aj tie, ktoré ra-díme do kategórie klasických vyučovacích metód a ktoré nepochybne akti-vizujú žiakov do činnosti na vyučovacích hodinách a zároveň podporujú interakciu medzi učiteľom a žiakmi. Metóda kladenia otázok k nim nepo-chybne patrí a nesie v sebe značný potenciál, dokonca podľa Kotrbu a La-cinu (2011) existuje veda, ktorá sa venuje typológii otázok – otázkológia.

POĎAKOVANIE

Tento príspevok vynikol za podpory grantu VEGA č.1/0417/12 MŠ SR.

LITERATÚRA

Cano, F., García, Á., Berbén, A. B. G., Justicia, F. 2014. Science Learning: A path analysis of its links with reading comprehension, question-asking in class and science achievement. International Journal of Science Education.Vol. 36 Issue 10, pp. 1710-1732.

Eshach, H., Dor-Ziderman, Y., Yefroimsky, Y. 2014. Question Asking in the Science Classroom: Teacher Attitudes and Practices. Journal of Science Education & Technology. Vol. 23, Issue 1, pp. 67-81.

Ferjenčík, 2010. Úvod do metodologie psychologického výzkumu. 2. vydanie, Praha : Portál.

Gillies, R. M., Nichols, K., Burgh, G., Haynes, M. 2014. Primary students’ scientific reasoning and discourse during cooperative inquiry-based science activities. International Journal of Educational Research, Vol. 63, Pages 127–140.

Haláková, Z. 2012. Pedagogická komunikácia pre študentov učitelstva. Bratislava : Univerzita Komenského, 120 s.

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Garc%C3%ADa%2C%20%C3%81ngela%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Garc%C3%ADa%2C%20%C3%81ngela%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Justicia%2C%20Fernando%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22International%20Journal%20of%20Science%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Eshach%2C%20Haim%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Eshach%2C%20Haim%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Yefroimsky%2C%20Yana%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Journal%20of%20Science%20Education%20%26%20Technology%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Journal%20of%20Science%20Education%20%26%20Technology%22%7C%7Csl~~jh','');





http://www.sciencedirect.com/science/journal/08830355

http://www.sciencedirect.com/science/journal/08830355/63/supp/C

238

Harris, D. Williams, J. 2007. Questioning ‘Open questioning’ in early years science discourse from a social semiotic perspective. International Journal of Educational Research, Vol. 46, Issue 1/2, pp. 68-82.

Chin, Ch., Brown, D. E. 2002. Student-generated questions: a meaningful aspect of learning in science. International Journal of Science Education. Vol. 24, Issue 5, pp. 521-549.

Kerry, Effective Questioning, Macmillan, Londýn 1982.

Kotrba, T. – Lacina, L. 2011. Aktivizační metody ve výuce. (Příručka moderního pedagoga). Brno : Barrister &Principal.

Kyriacou, Ch. 2008. Klíčové dovednosti učitele. 3. vydanie, Praha : Portál.

Mareš, J., Křivohlavý, J. 1990. Sociální a pedagogická komunikace ve škole. Praha: Státní pedagogické nakladatelství.

Mojžíšek, Ľ. 1975. Vyučovací metody. Praha : SPN, 324 s.

Morrison, J. A., Lederman, N. G., 2003. Science Teachers' Diagnosis and Understanding of Students' Preconceptions. Science Education. Vol. 87, Issue 6, pp. 849-867.

Oroszová, K. 2013. Komunikácia učiteľ – žiak pri aplikácii rôznych vyučovacích metód. Bratislava : Univerzita Komenského, Prírodovedecká fakulta UK, Bakalárka práca, 48 s.

Pedrosa de Jesus, H. Almeida, P., Watts, M. 2004. Questioning Styles and Students' Learning: Four case studies. Educational Psychology., Vol. 24 Issue 4, p531-548. 18p.

Pedrosa-de-Jesus, H., Moreira, A., Lopes, B., Watts, M. 2014. So much more than just a list: exploring the nature of critical questioning in undergraduate sciences. Research in Science & Technological Education. Vol. 32, Issue 2, pp. 115-134.

Pedrosa-de-Jesus, H., Watts, M. 2014. Managing affect in learners' questions in undergraduate science. Studies in Higher Education. Vol. 39, Issue 1, pp. 102-116.

Petty, G. 1996. Moderní vyučování. Praha: Portál, 384 s.

Portnoy, L. B., Rabinowitz, M. 2014. What's in a domain: understanding how students approach questioning in history and science. Educational Research & Evaluation. Vol. 20, Issue 2, pp. 122-145.

Svoboda, M. 2005. Psychologická diagnostika dospělých. 3. vydanie, Praha : Portál, 342 s.



javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22International%20Journal%20of%20Educational%20Research%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22International%20Journal%20of%20Educational%20Research%22%7C%7Csl~~jh','');



javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22International%20Journal%20of%20Science%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');

mailto:Morrison,%20J.%20A.

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Lederman%2C%20Norman%20G.%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Science%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');



javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Watts%2C%20Mike%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Educational%20Psychology%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Moreira%2C%20Aurora%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Watts%2C%20Mike%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Research%20in%20Science%20%26%20Technological%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Research%20in%20Science%20%26%20Technological%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');



javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Studies%20in%20Higher%20Education%22%7C%7Csl~~jh','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Portnoy%2C%20Lindsay%20Blau%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','ss~~AR%20%22Rabinowitz%2C%20Mitchell%22%7C%7Csl~~rl','');

javascript:__doLinkPostBack('','mdb~~a9h%7C%7Cjdb~~a9hjnh%7C%7Css~~JN%20%22Educational%20Research%20%26%20Evaluation%22%7C%7Csl~~jh','');

239

Svoboda, M. a kol. 2001. Psychodiagnostika dětí a dospívajících. Praha : Portál, 792 s.

Walberg, H.J. 1984. Improving the productivity of america´s schools. Educational Leadership, Vol. 41, No 8, pp. 19-27.

240

ROZVOJ MYSLENIA A POZNÁVANIA V UČEBNICIACH – TRETIA REFORMA?

Milica Križanová, Beáta Brestenská Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Bratislava, Slovensko


Abstrakt Neoddeliteľnou súčasťou vzdelávania je nielen učenie obsahu učiva daného predmetu, ale aj rozvíjanie zručností poznávať a myslieť u žiakov. Revidovaná Bloomova taxonó-mia predstavuje praktický nástroj pre učiteľa na prepojenie výchovno-vzdelávacích cie-ľov, obsahu učiva, inštrukcií a hodnotenia. Žiaľ, pokiaľ ide o sprostredkovanie stratégií myslenia, je ich veľký nedostatok v našich učebniciach a iných učebných materiáloch. Tento článok predstavuje Feuersteinovo nástrojové obohacovanie (FIE), ktoré poskytu-je široké portfólio metód na rozvoj stratégií myslenia u detí aj dospelých. Ponúka defi-nície kognitívnych funkcií, stratégie ich mediácie a popisy ich prejavov, keď nie sú dostatočne vyvinuté. Táto metóda pomohla mnohým kultúrne deprimovaným, autistic-kým deťom, alebo deťom s poruchami učenia, ako aj ľudom s Downovým syndrómom, či pacientom po porážke. Tak prečo by sme túto metódu neaplikovali do všeobecného vzdelávania? Článok poskytuje aj príklad praktickej aplikácie.

Kľúčové slová Cognition, Bloom taxonomy, cognitive process, cognitive functions, Feuerstein`s Instrumental Enrichment, textbooks, key competencies.

Cognition and Thinking Development in Textbooks – the Third Reform?

Abstract The integral parts of education are the teaching of the content matter of specific school subject as well as developing the thinking skills and cognition of students. Revised Bloom`s taxonomy represents a practical tool for a teacher for connecting objectives, content matter, instructions and assessment. However, concerning the mediation of thinking strategies, there is a big lack of them in our textbooks and other learning materials. This article introduces the method called Feuerstein`s Instrumental Enrichment (FIE) which provides a wide portfolio of methods on how to develop thinking strategies in both children and adults. It offers definitions of cognitive functions, strategies for their mediation and description of their deficiency. It helped many culturally deprived people, autistic children or children with learning disabilities

241

as well as people with Down syndrome and people after stroke. So why wouldn`t we apply the method to the common education? The example of application of FIE is offered here as well.

Key words Cognition, Bloom taxonomy, cognitive process, cognitive functions, Feuerstein`s Instrumental Enrichment, textbooks, key competencies.

ÚVOD Ako naučiť žiakov myslieť – túto otázku si položí snáď väčšina

učiteľov, keď získa určitú prax, nadobudne určitú istotu v obsahu predmetu a začne si viac všímať psychologický a didaktický aspekt vyučovania. Nielen prax, ale aj Európsky referenčný rámec o kľúčových kompetenciách pre celoživotné vzdelávanie (Feuerstein, et al., 2006), ďalej len “ERR”, nastolil požiadavku naučiť nastupujúcu generáciu poznávať a myslieť (a tým podporiť inovácie, produktivitu a konkurencieschopnosť EÚ) v ôsmych kľúčových kompetenciách. Medzi nimi je matematická kom-petencia a základné kompetencie v oblasti vedy a techniky. Štátny vzde-lávací program ISCED (www.statpedu.sk) ho rozmieňa na menšie ciele v predmete chémia, ako sú formovať logické, kritické a tvorivé myslenie žiakov, správne používanie pojmov, kvalitatívny popis objektov, systémov a javov a ich klasifikácia, vysvetlenie javov pomocou zákonov, predvídanie javov, pozorovanie, experimentovanie, meranie a odhady, kvantitatívny popis (výpočty, čítanie z grafu) a aplikácia vedomostí, ktoré sa nezaobídu bez špecifických procesov poznávania a myslenia. Podmienkou toho, aby mohol učiteľ naučiť akúkoľvek kompetenciu, potrebuje poznať presný opis kompetencie, stratégie jej výučby a spôsoby hodnotenia. Efektívne vy-učovanie si teda vyžaduje nielen primeranú odbornosť učiteľa v danom vy-učovacom predmete, ale aj majstrovské ovládanie stratégií na rozvoj poznávania a myslenia žiakov.

PODMIENKY PRE ROZVOJ MYSLENIA A POZNÁVANIA

Vývin myslenia a poznávania popisuje známa kognitívna psycholo-gická teória konštruktivizmu, ktorá hovorí, že každý jedinec si poznanie konštruuje vlastnou aktivitou (Piaget, 1998), pričom si vytvára vlastné mentálne modely skutočnosti alebo myslenia. Piaget, považovaný za za-kladateľa konštruktivizmu, rozdeľuje mentálny vývin na niekoľko etáp (Slavin, 2006). Pre začiatok výučby predmetu chémia je dôležitý najmä

http://www.statpedu.sk/

242

prechod zo štádia konkrétnych operácií do štádia formálnych operácií, ktorý prebieha u tých najšikovnejších žiakov od 11. roku života. V štádiu formálnych operácií dozrieva dieťa v schopnosti myslieť abstraktne a čisto symbolicky, narábať s vecami abstraktne v hypotetických situáciách a myslieť pritom logicky a tiež riešiť problémy systematickým experimen-tovaním. V kontexte Piagetových štádií vývinu myslenia majú prírodo-vedné predmety v rukách výborný nástroj na posun žiaka od konkrétnych operácií k formálnym, pretože žiaci v 6. ročníku ZŠ sú (podľa vlastnej skúsenosti autorov) veľmi silne motivovaní robiť experimenty, no v rôznej miere sa zároveň objavujú schopnosti myslieť abstraktne, formulovať hypotézy, predpovedať priebeh, vyvodzovať závery a pod.

K skutočnému poznaniu žiaci dospievajú podľa Feuersteina (2006) vtedy, keď aktívne zakladajú vzťahy medzi rôznymi kúskami informácie (vzťahy vyjadrené ako otázky, závery, pravidlá, skupiny), vytvárajú určitý vzor z údajov v systéme, čo sa často pri samotnom výklade učiva nedeje vôbec. Pre aktívne konštruovanie poznania žiakom je potrebné tzv. konštruktivistické učebné prostredie. Poskytuje zasadenie problému do širšieho kontextu reálneho života, príbuzné prípady ako lešenie k novým informáciám, banku informácií, kognitívne nástroje vstavané v úlohách a nástroje komunikácie a spolupráce, upozorňuje Jonassen (1999). Pre efektívne sprostredkovanie nástrojov poznávania a myslenia je kľúčové stanovovať, aké nástroje myslenia a poznávania budú v danom učive ve-dome sprostredkované (Križanová, 2014).

Kognitívnu intervenciu mnoho rokov v Izraeli skúšal svetoznámy psychológ Reuven Feuerstein (2006) svojou metódou Nástrojové obohaco-vanie (Instrumental Enrichment - FIE). Na neho nadviazali Adey a Shayer (1994), ktorí sa pokúsili implementovať Feuersteinove princípy do prírodo-vedného vzdelávania, aby pozdvihli vzdelávací štandard vo Veľkej Británii. Okrem toho upravili organizačnú stratégiu výučby do nasledovných krokov:

• konkrétna príprava – na konkrétnych pomôckach sa oboznámiť s terminológiou, aparatúrou, celkovým rámcom, v ktorom je problém zasadený. Študenti robia v zmysle Piageta len konkrétne operácie.

• kognitívny konflikt – udalosť / pozorovanie, ktoré študentom nejde do hlavy alebo v nesúhlase s predchádzajúcou skúsenosťou alebo porozumením.

• konštrukcia – žiaci experimentujú v skupinách, snažia sa o ekvili-bráciu.

• metakognícia – pomenovanie toho, čo bolo ťažké a ako sme prekonali prekážku

243

• premosťovanie – predstaviť si, kde sa dajú použiť podobné straté-gie riešenia problému v kontexte školy aj mimo školy, je to vedomý transfer novozískaného vzoru usudzovania do nového kontextu.

PODMIENKY PRIEBEHU KOGNITÍVNYCH PROCESOV

Rozvoj myslenia žiakov je jedným z kľúčových elementov efektívneho vyučovania. Preto sa viacerí autori pokúsili systematizovať kognitívne pro-cesy (Križanová, 2013): Bloom (Houghton, 2008), Bespalko (Андреев, 2005), Tollingerová (1970/71), Niemerko (1990), Biggs a Collis (1982), Anderson a Kratwohl (2001).

Najznámejšia z nich, preložená do 22 jazykov, je Bloomova taxonómia z roku 1956. Anderson a Kratwohl zrevidovali Bloomovu taxonómiu kog-nitívnych procesov tak, že kognitívne procesy (zapamätaj, porozumej, apli-kuj, analyzuj, zhodnoť, vytvor), prepojili s dimenziami poznania (poznanie faktov, poznanie konceptov, poznanie postupov a metakognícia). Tento krok významne uľahčil prepájanie obsahu učiva s procesmi myslenia a po-znávania. Kognitívne procesy pre ľahšiu orientáciu rozmenili na 19 podka-tegórií, čím umožnili učiteľom:

• analyzovať výchovno-vzdelávací cieľ, čo má vlastne žiak dosiah-nuť (napr. aplikovať konceptuálne poznanie)

• vytvoriť podľa toho konkrétnu aktivitu (ktorá umožní aplikáciu konceptu)

• sformulovať úlohu (tak, aby učiteľ naozaj žiadal aplikáciu kon-ceptu)

• vytvoriť spôsob hodnotenia (aby naozaj hodnotil aplikáciu kon-ceptu)

Formulácie úloh a spôsob hodnotenia, ktoré vytvorili Anderson a Krat-wohl, sú pre učiteľa prehľadne spracované v článku Rozvoj stratégií uče-nia, kompetencií žiakov a IKT (Križanová & Brestenská, 2012).

Feuerstein, žiak Piageta, ide vo svojom bádaní ešte hlbšie pod povrch ako taxonómovia kognitívnych procesov. Všimol si rozpor, že etiópske deti mali horšie IQ testy, ale lepšie sa adaptovali a zaradili do spoločnosti ako marocké deti, ktoré mali európske vzdelanie. Pochopil, že existujú určité opísateľné podmienky, ktoré musia byť nevyhnutne prítomné na to, aby kognitívne procesy prebiehali. Zistil, že IQ testy testujú len schopnosti naj-viac rezistentné voči zmene, že ukazujú len danú mieru schopnosti v da-nom čase, ale nehovoria nič o procesoch zodpovedných za prejavy jedinca

244

bežiacich v pozadí, ani o tendencii k zmene. Neodpovedajú ani na otázku, akým spôsobom sa udialo učenie a či má jedinec potenciál zdokonaliť svo-ju učebnú schopnosť (Feuerstein, et al., 2006). A to sú všetko kľúčové otázky pri vzdelávaní.

Odmietol tiež nálepkovanie „DYS“ z 1950-tych rokov ako pasívny prí-stup k riešeniu stavu detí s poruchami učenia. Objavy o plasticite a flexibi-lite mozgu (pri novej aktivite vznikajú nové cesty, nové synapsie, nové alebo odlišne aktivované neurochemické látky) sa stali pilierom pre je-ho vtedy radikálnu teóriu Štrukturálnej kognitívnej modifikovateľnosti (Feuerstein, et al., 2006). Táto teória hovorí, že človek je modifikovateľný, prejavy jeho správania popisujú jeho momentálny stav, nie jeho črty, a pri interakcii s ľudským mediátorom sa štruktúry v jeho mozgu menia. Cieľom je rozvinúť mentálne podmienky v jedincovi, ktoré nazval kognitívnymi funkciami, tak, aby mohli bez problémov prebiehať kognitívne procesy.

Feuerstein (2006) redefinuje inteligenciu, ako rezervoár univerzálnych kognitívnych funkcií. Kognitívne funkcie fungujú v ľubovoľnom obsahu (v matematike, chémii, v jazykoch...), ich rozvojom sa modifikuje ľudský mozog; dajú sa identifikovať, rozvíjať a hodnotiť; a dajú sa sprostredkovať druhému človeku.

Table 1: Kognitívne funkcie vo fázach mentálneho aktu podľa Feuersteina (2006).

VSTUPNÁ FÁZA zbieranie informácií pre splnenie úlohy

1. Zaostrené a presné vnímanie (používanie zmyslov) 2. Orientácia v priestore a v čase 3. Schopnosť zachovať konštanty (aj napriek variabilite) 4. Precízne a presné zbieranie informácií 5. Simultánne použitie dvoch alebo viacerých zdrojov

ELABORÁCIA využívanie

a spracovanie informácií

1. Schopnosť uchopiť existenciu problému 2. Schopnosť rozlišovať medzi relevantnými a irelevantnými údajmi 3. Spontánne porovnávacie správanie 4. Široké mentálne pole (pracovná pamäť) 5. Potreba sumatívneho správania (zhrnutie) 6. Projekcia virtuálnych vzťahov (pripravenosť tvoriť nie priamo

a okamžite pozorovateľné vzťahy, napr. premosťovanie) 7. Potreba logického dôkazu 8. Zvnútornenie správania (tvorba vnútorných predstáv potrebných

pre mentálne operácie) 9. Plánovacie správanie

10. Neepizodické vnímanie reality (Rozpoznanie vzťahov a schopnosť im porozumieť)

VÝSTUPNÁ FÁZA vyjadrenie záveru,

výsledku úlohy

1. Neegocentrická komunikácia (vnímanie druhu poslucháčov) 2. Neprítomnosť blokovania (hľadanie riešenia pri neúspechu) 3. Premyslenie odpovede (neprítomnosť funkcie pokus – omyl) 4. Vizuálny transport (zachovanie vnímaného obsahu medzi miestom

zhromažďovania údajov a miestom vyjadrenia riešenia)

245

S kolektívom autorov vypracoval metodiku, ako tieto funkcie identifi-kovať, rozvíjať a ako hodnotiť štádium ich rozvinutosti. Metodika Feuer-steinovo nástrojové obohacovanie (Feuerstein`s Instrumental Enrichment - FIE) sa kvôli efektivite má vyučovať ako samostatný učebný predmet, ale jednotlivé princípy sa dajú použiť a aj sa používajú aj v učebných predme-toch (Adey & Shayer, 1994). Vďaka nej sa totiž problémové deti mohli za-radiť úspešne do života, deti s Downovým syndrómom vyštudovali strednú školu a založili si rodinu, pomoc našli mnohé traumatizované deti, prisťa-hovalci alebo ľudia po porážke (www.icelp.info). Prečo tieto princípy ne-implementovať do výučby zdravých detí?

PRAKTICKÁ APLIKÁCIA

Napríklad spontánne porovnávacie správanie elaboračnej fázy men-tálneho aktu (Table 1) je kľúčová funkcia vo vytváraní vzťahov medzi izolovanými kúskami informácie. Tvorba záverov, hypotéz, príčinno-dôsledkového vzťahu, času a priestoru, poradia, riešenie problémov, selek-cia cieľov zahŕňajú vzťah medzi objektmi a udalosťami. Nato, aby mohol žiak spontánne porovnávať, sa najskôr potrebuje naučiť jasne a zaostrene vnímať, orientovať sa v priestore a v čase, zachovať konštanty objektov napriek zmenám v niektorých vlastnostiach objektu, precízne a presne po-zbierať údaje a simultánne používať viaceré zdroje informácií.

Precvičovaním porovnávania si začne žiak všímať doteraz nepo-všimnuté vlastnosti, prehlbuje sa jeho precíznosť, cvičí sa v systematic-kom a dôkladnom zbere informácií a získava slovnú zásobu a koncepty porovnávania (= pojmy: podobný, rozdielny, identický, ekvivalentný, zo-všeobecnenie, rozlišovanie, nadradený pojem, kritérium, kritická vlastnosť, stupeň podobnosti, relatívny / absolútny...) a rozvíja sa v sumatívnom sprá-vaní (Feuerstein & Hoffman, 1995).

Rozvinutie spontánneho porovnávacieho správania slúži podľa Feuer-steina (2006) ako základ pre ďalšie typy myslenia, ako sú kategorizácia (usporadúvanie do tried a kategórií), seriácia (schopnosť usporiadať ob-jekty alebo situácie podľa ktorejkoľvek charakteristiky); sylogistické mys-lenie (deduktívne odvodzovanie vychádzajúce z dvoch premís a záveru; u ktorého sa hodnotí jeho platnosť); analogické myslenie (typ induktívneho myslenia, kde sa porovnáva, čo majú pojmy alebo triedy podobné a potom sa záver porovnania použije na pochopenie nového konceptu (Boelcke, A., 2014)); tranzitívne myslenie (premýšľanie o vzťahoch: napr. ak A má vzťah k B a B má vzťah k C, potom aj A má vzťah k C).

246

Na procese porovnávania sú založené ďalšie kognitívne funkcie elabo-račnej alebo výstupnej fázy mentálneho aktu (Feuerstein, et al., 2006):

• schopnosť uchopiť existenciu problému: Jednou z príčin, prečo žiaci nevedia uchopiť problém, môže byť práve to, že sa nenauči-li porovnávať. Porovnávaním, konfrontáciou nekonzistentných, protikladných alebo protirečivých údajov totiž vzniká Piagetova nerovnováha - disekvilibrium (Slavin, 2006). Tento rozpor medzi známymi a práve vnímanými informáciami potom vedie k potre-be hľadania vhodných vzťahov a často aj k samotnému riešeniu.

• schopnosť rozlišovať medzi relevantným a irelevantným: ide o porovnávanie medzi konkrétnym krokom, informáciou a stano-veným cieľom. Odpoveď na otázku: „Ktoré informácie potrebu-jeme na vyriešenie problému?“ sa nezaobíde bez porovnávania.

• neepizodické vnímanie reality: porovnávanie umožňuje tvoriť vzťahy medzi zdanlivo izolovanými objektmi a udalosťami, or-ganizovať prichádzajúce informácie, kategorizovať a konceptua-lizovať ich, takže sa realita stáva zmysluplnejšou. Tvorba vzťahov je nevyhnutným predpokladom pre abstraktné myslenie. „Ak jedinec nehľadá vzťahy medzi objektmi a udalosťami pro-cesom porovnávania, jeho vnímanie reality bude útržkovité“ (Feuerstein & Hoffman, 1995), teda veci, s ktorými sa stretne, bude vnímať ako oddelené a jednorazové.

Keďže Feuersteinova metóda rozvoja poznávania a myslenia je vo sve-te už dlho známa, niektorí sa ju pokúšali včleniť do vyučovacej hodiny (napr. na začiatok hodiny). V učebnom predmete rozhoduje do veľkej mie-ry o postupnosti učiva obsah učiva, kým vo FIE je vybudované podľa po-stupnosti mentálnych operácií. Z toho dôvodu sa táto cesta neukázala ako efektívna. Preto aj sám Feuerstein odporúča ponechať FIE ako samostatný vyučovací predmet. Adey a Shayer (1994) z Veľkej Británie sa však pokú-sili vybrať princípy z jednotlivých nástrojov a vytvoriť podľa nich úvod do prírodovedného vzdelávania. Kurz sa výrazne pozitívne odrazil v ich aj v celoštátnych britských testovaniach, pričom schopnosti študentov časom narastali geometricky oproti tým, ktorí kurz neabsolvovali.

ZÁVER

Súčasťou vzdelávania nemá byť len sprostredkovanie obsahu učiva, ale aj nástrojov poznávania a myslenia. Európsky referenčný rámec stanovuje všeobecné ciele rozvoja myslenia a poznávania, ktorých napĺňanie sa po-

247

tom zisťuje v medzinárodných testovaniach PISA alebo TIMSS. Štátny vzdelávací program ich mierne zaostruje v jednotlivých učebných predme-toch, ale stále chýbajú učebné materiály v prírodovedných predmetoch, ktoré by zároveň cielene rozvíjali myslenie a poznávanie žiakov. Viac me-nej je tento rozvoj ponechaný na schopnostiach a vzdelaní učiteľa.

FIE nielen rozširuje a prehlbuje repertoár spôsobov poznávania, pre-mýšľania a riešenia situácií, ale mení aj celkovú motiváciu učiť sa, postoje k druhým a k sebe samému. Z FIE sa dá abstrahovať postupnosť krokov rozvoja kognitívnych funkcií a aplikovať ju pri tvorbe učebných materiálov tak, aby v nich vytvorili pre žiaka skutočné lešenie, po ktorom sa za pozna-ním vyšplhá do zóny najbližšieho vývinu, ako to pomenoval Vygotsky (Slavin, 2006). Zavedením princípov a stratégií rozvoja myslenia a pozná-vania do učebných materiálov by podľa mienky autorov konečne nastala skutočne prínosná reforma vzdelávacieho obsahu.

REFERENCES

Adey, P. & Shayer, M., 1994. Really raising standards: Cognitive intervention and academic achievement. New York: Routledge.

Anderson, L. W. & Kratwohl, D. e. a., 2001. A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assesing. s.l.:Adison Wesley Longman, Inc.

Biggs, J. & Collis, K., 1982. Evaluating the Quality of Learning: The SOLO Taxonomy. New York: Academic Press.

Boelcke, A., 2014. What Is Analogical Reasoning?. [Online] Available at: http://www.wisegeek.org/what-is-analogical-reasoning.htm [Cit. 10 05 2014].

Feuerstein, R., Feuerstein, R. S., Falik, L. & Rand, Y., 2006. Creating and Enhancing Cognitive Modifiability: The Feuerstein Instrumental Enrichment Program. Jerusalem: ICELP Publications.

Feuerstein, R. & Hoffman, M., 1995. Teacher´s Guide to Comparisons. Jerusalem: Hadassah-Wizo-Canada Research Institute.

Houghton, R. S., 2008. An Overview of Bloom's Taxonomy. [Online] Available at: http://www.wcu.edu/ceap/houghton/Learner/think/bloomsTaxonomy.html [Cit. 16 03 2013].

Jonassen, D. H. &. Rohrer-Murphy. L., 1999. Activity Theory as a Framework for Designing Constructivist Learning Environments.. 47(1), pp. 61-79.

Križanová, M., 2013. Rozvíjanie kognitívnych procesov žiakov v chémii ZŠ. Bratislava: Univerzita Komenského v Bratislave, prírodovedecká fakulta.

Križanová, M., 2014. Ako rozvíjať myslenie žiakov - predstavenie Feuersteinovho inštrumentálneho obohacovania. Bratislava, Centrum ďalšieho vzdelávania UK.

248

Križanová, M. & Brestenská, B., 2012. Rozvoj stratégií učenia, kompetencií žiakov a IKT. Media4U Magazine, Issue X4/2012.

Niemierko, B., 1990. Pomiar sprawdzajacy w dydaktyce. Teoria i zastosowania. Warszawa: Panstwowe Wydawnictwo Naukowe.

Piaget, J., 1998. La psychogénese des connaisanses et sa signfication épistomologique. 1979. Praha: Portál.

Slavin, R. E., 2006. Educational Psychology: Theory And Practice. 8th. ed. ed. Boston: Pearson Education, Inc..

Tollingerová, D. & Malach, A., 1970/71. Metody programování. Úvod do teorie a praxe programové výuky a výcviku. Příloha časopisu. Odborná výchova, XXI(5).

Úradný vestník EÚ, 2006. Odporúčanie Európskeho parlamentu a Rady z 18.12.2006 o kľúčových kompetenciách pre celoživotné vzdelávanie. [Online] Available at: http://ec.europa.eu/dgs/education_culture/publ/pdf/ll-learning/keycomp_sk.pdf [Cit. 20 04 2011].

Андреев, М., 2005. Дидактика, Народна просвета, София, 1981. In: Tuparov, G. - Tuparova, D.: One Approach for Modeling of Adaptive Scenarios in E-learning Environments. Scientific Research, Blagoevgrad: s.n.

249

DIAGNOSTICKÝ POTENCIÁL CHEMICKÝCH KONCEPTUÁLNYCH UČEBNÝCH ÚLOH

Miroslav Prokša Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Bratislava, Slovensko

[email protected]

Abstrakt Príspevok analyzuje prípadovú štúdiu použitia konceptuálnych úloh pre spätnú väzbu k pripravenosti budúcich učiteľov chémie z oblasti všeobecnej chémie a didaktiky chémie. Práca vychádza zo skúseností zahraničných pracovísk s používaním konceptuálnych učebných úloh ako diagnostického prostriedku na odhalenie miskoncepcií žiakov a študentov vo vyučovaní chémie. Príspevok dokumentuje na konkrétnom výskumnom materiáli potenciálne možnosti takejto diagnostickej činnosti v príprave budúcich učiteľov chémie. Konečným cieľom je hľadanie možnosti na využitie diagnostického potenciálu konceptuálnych úloh aj v realizácii projektového vyučovania.

Kľúčové slová Konceptuálne učebné úlohy, Diagnostika, Projektové vyučovanie.

Diagnostic Potential of Chemical Conceptual Tasks

Abstract The paper analyses a case study of the use of conceptual tasks as feedback to the preparedness future chemistry teachers in the field of general chemistry and chemistry didactics. The work is built on the experience of foreign universities with the use of conceptual tasks as a diagnostic agent for the detection misconceptions pupils and students in teaching chemistry. Specific research material documents the potential possibilities of such diagnostic activities in preparation of future chemistry teachers. The ultimate goal is to find ways to exploit the diagnostic potential of conceptual tasks in the implementation of project teaching.

Keywords Conceptual tasks, Diagnostic, Project teaching.

250

ÚVOD

Hľadanie nástrojov na hlbšie pochopenie problémov vo vyučovacom procese, identifikovanie správnosti a vhodnosti didaktických postupov je staré ako didaktika samotná. Prirodzene sa ako takýto nástroj ponúkajú učebné úlohy. Keďže teória učebných úloh je stále živou a neustále sa me-niacou a vyvíjajúcou sa oblasťou didaktiky, mení sa aj náhľad na mož-nosti a uplatnenie učebných úloh v diagnostickom procese. Dochádza tiež k hľadaniu nových aspektov a prehodnocovaniu starších pohľadov na samot-ný diagnostický a spätnoväzbový proces vo vyučovaní a učení sa.

V našom výskumnom zameraní sa v poslednom období zaoberáme spätnou väzbou v rámci realizovania projektového vyučovania. Ukazuje sa, že v našej didaktike chémie sa zatiaľ pozornosť didaktickej verejnosti venovala predovšetkým elementárnym pohľadom na projektové vyučo-vanie – ciele, navrhnutie a overenie modelov realizácie projektového vy-učovania, zaraďovanie do vyučovacieho procesu, procesuálne aspekty, vhodnosť prostriedkov, metód pri realizácii projektového vyučovania. Menšia pozornosť sa venovala otázkam spätnej väzby, hodnoteniu výsledkov a priebehu projektového vyučovania. Ešte menej sa riešili otázky súvisiace s diagnostickými aspektmi v širšom kontexte, ktoré by bolo možné uplatniť v projektovom vyučovaní. Hoci v poslednom období sa vo výskumných šetreniach začala otvárať aj táto oblasť (napríklad: Bidwell, Sheri, E., 2000; BIE, 2003; Fleming, D. S., 2000; BIE 2013).

Vo vyššie uvedenom kontexte sme sa rozhodli využiť naše skúsenosti s konceptuálnymi úlohami. V pilotnom výskume, ktorého výsledky chceme prezentovať v našom príspevku, sme sa pokúsili zmapovať možnosti pre diagnostickú funkciu konceptuálnych učebných úloh. V tejto fáze sme chceli spoznať širší kontext možností a obmedzení použitia konceptuálnych učebných úloh, preto sme túto etapu realizovali mimo rámec podmienok projektového vyučovania. Zatiaľ nás zaujímali len tie najvšeobecnejšie as-pekty. Preto sme zvolili analyzovanie diagnostickej funkcie konceptuál-nych úloh v rámci analýzy výsledkov prípravy budúcich učiteľov chémie na ich povolanie.

TEORETICKÉ VÝCHODISKÁ

V teoretických východiskách cítime potrebu aspoň rámcovo naznačiť chápanie podstaty konceptuálnych učebných úloh vzhľadom na skutočnosť, že tento pojem ešte stále nie je vžitý a všeobecne akceptovaný a pochopený.

251

Keďže nie je vypracovaná precízna, dostatočne hutná definícia tejto di-daktickej kategórie, jej podstata sa zväčša približuje akýmsi rámcovým vymedzením. Predovšetkým v amerických zdrojoch sa môžeme stretnúť hlavne s takýmto ohraničením podstaty. Konceptuálne úlohy sú také, ktoré odhalia študentove pochopenie tých oblastí chémie, ktorými sa úloha za-oberá. Tieto úlohy študentom umožňujú, aby využili svoje pochopenie po-jmu a v procese riešenia ho aj prehodnotili (Nurrenbern a Robinson 1998). Charakter konceptuálnych úloh sa zvyčajne upresňuje o fakt, že konceptu-álne úlohy môžu mať textový základ, alebo obrazové zadanie a majú prinú-tiť žiaka, aby sa opieral o pojmy, ktoré sú skryté za teóriami danej vedeckej disciplíny, ak ich chce vyriešiť (Zoller, Lubezky, Nakhleh, Tessier, Dori, 1995). Podľa Niaza pri zaradení úloh do kategórie konceptuálnych treba uvažovať o vedomostnom pozadí študentov a o tom, akým spôsobom im bolo sprístupnené učivo (Stamovlasis, Tsaparlis, Kamilatos, Papaoikono-mou, Zarotiadou, 2005). Pri charakterizácií konceptuálnych úloh sa často upozorňuje na to, že na ich vyriešenie nestačia len postupy, algoritmy ktoré sa študenti naučili v predchádzajúcej edukácii.

Náš pohľad na podstatu konceptuálnych učebných úloh vychádza z premisy, že odrážajú koncepciu chápania podstaty pojmu v kontexte s celou paletou vzťahov a súvislostí k príbuzným vedomostiam. Inak pove-dané, konceptuálne úlohy by mali odrážať komplexné chápanie danej prob-lematiky žiakom spolu so schopnosťou používať toto chápanie na riešenie problémov v nenaučených situáciách. Ide o využívanie aktuálnej žiackej paradigmy chápania predmetného okruhu vedomostí, zručností a návykov.

Pokúsime sa to bližšie vyjadriť na príklade chápania konceptu kyselina. Aby sme učebnú úlohu z tejto oblasti chápali ako konceptuálnu, nemôže odrážať napríklad len vystihnutie podstaty samotného pojmu kyselina, schopnosť identifikovať kyselinu medzi inými látkami, zručnosť použitia algoritmu na výpočet sily kyseliny, výpočet pH roztoku, atď. Konceptuálna učebná úloha by mala vnútorne predpokladať využitie relevantných vedo-mostí, zručností a návykov, hoci explicitne úloha v zadaní nepoukazuje na to ktorých a ako. Súčasne tiež predpokladá, že riešenie vyžaduje komplex-né uchopenie daného problému. V mnohých prípadoch sa preto zadanie nerobí na verbálnom ale na grafickom základe tak, aby slovne formulované zadanie apriórne neodhaľovalo smer a spôsob riešenia. Príkladom koncep-tuálnej úlohy z tejto oblasti chémie by mohla byť úloha: Aké pH má kon-centrovaná kyselina sírová? Vyriešenie tejto úlohy vyžaduje chápanie podstaty pojmov: kyselina, pH, autoprotolýzy vody, protolýzy kyseliny v roztoku s minimálnym zastúpením vody, koncentrácie, atď.

252

Chceli by sme tiež upozorniť na potrebu kodifikácie tohto nevžitého termínu a to predovšetkým z pohľadu zložitosti jeho vnútorného obsahu. Uvedená potreba úzko súvisí s podstatným znakom konceptuálnych učeb-ných úloh, ktorý žiadna iná vžitá kategória učebných úloh nerieši dostatoč-ne presne a komplexne (hoci problémové úlohy majú s komplexnými veľa styčných bodov). Dôležitý je fakt, že konceptuálne úlohy predstavujú zadania, ktoré dokážu vyvolať vnútorný konflikt v riešiteľovi a následne prehĺbenie pochopenia daného pojmu alebo vzťahov a súvislostí medzi pojmami, pričom sa o to zvyčajne snaží na viacerých úrovniach reprezentá-cie (makroskopickej, mikroskopickej a symbolickej). Veľakrát sa to do-sahuje netradičným zadaním (pomocou obrázkov, schém, grafov), ktoré vyžaduje nešpecifický transfer vedomostí, alebo iným spôsobom, napr. ne-čakaným výsledkom. Vychádza sa pri tom z premisy, že kvalita vedomosti a hĺbka pochopenia chemického konceptu závisí od toho, do akej miery je žiak schopný pochopiť rôzne úrovne reprezentácie, alebo mentálne zmeniť význam jednej úrovne na druhú.

CIELE VÝSKUMU

Cieľom nášho výskumu bolo zistiť, či konceptuálne úlohy inakšie odrá-žajú vedomosti, zručnosti a návyky študentov ako bežne vžité typy učeb-ných úloh. Našou ambíciou bolo zistiť, či by uplatnenie tohto typu učebných úloh mohlo byť nápomocné v snahe o hlbšie preniknutie do chá-pania predmetnej problematiky študentmi, teda akým diagnostickým po-tenciálom disponujú.

Pre naplnenie nášho cieľa sme zvolili oblasť didaktickej interpretácie učiva zo všeobecnej a anorganickej chémie budúcimi učiteľmi chémie.

METÓDY A PROSTRIEDKY VÝSKUMU

Výskumným nástrojom bol test, ktorý pozostával z učebných úloh, kto-rých úlohou bola diagnostika vedomostí, zručností a návykov v oblasti chémie a didaktiky chémie. Test odrážal predmet nášho záujmu v rovine použitia tradičných učebných úloh a súčasne v rovine konceptuálnych učebných úloh.

V rovine tradičných učebných úloh sme použili otvorené aj uzavreté učebné úlohy dichotomické, polytomické, priraďovacie aj zoraďovacie. V rovine konceptuálnych učebných úloh sme volili verbálne formulované učebné úlohy. Oba typy zachytávali oblasť chémie aj didaktiky chémie.

253

Tradičné úlohy z pohľadu náročnosti zahŕňali široké spektrum od pa-mäťovej reprodukcie, cez blízky a vzdialenejší transfer vedomostí a zruč-ností až po riešenie problémov. Konceptuálne položky testu zahŕňali uplatnenie konceptuálneho pochopenia predmetnej problematiky v symbió-ze chemických a didaktických aspektov.

Výskum sme realizovali ako prípadovú štúdiu s použitím koncepcie kvalitatívneho výskumu.

REALIZÁCIA VÝSKUMU

Výskum sme uskutočnili na Prírodovedeckej fakulte UK v Bratislave v decembri 2013. Účastníkmi výskumného šetrenia boli študenti 1. ročníka magisterského stupňa učiteľského smeru štúdia. Študovali aprobáciu bioló-gia – chémia (12), environmentalistiky – chémia (1) a matematika – chémia (1). V čase výskumu mali študenti absolvovaný ucelený základný kurz chémie. Z pohľadu pedagogicko-psychologickej stránky prípravy mali ab-solvovaný základný kurz psychológie, pedagogiky, všeobecnej a špeciálnej didaktiky (oblasť všeobecnej a anorganickej chémie). Počet účastníkov bol 14, z toho 11 študentiek. Prospechovo bolo zloženie výskumnej vzorky šir-šie postavené, celkovo však s posunom k lepším študijným výsledkom. Postojovo sa jednalo o študentov s vnútorným záujmom o učiteľské po-volanie. Osobnostne zahŕňala vzorka typické študijné typy s potrebou do-siahnutia dobrého hodnotenia cez hĺbavé typy s potrebou pochopenia, preniknutia do podstaty až po typy s menším naviazaním na výkon a do-siahnuté výsledky.

VÝSLEDKY A DISKUSIA

Analýza výsledkov ukázala, že v tradičných učebných úlohách zamera-ných na oblasť didaktiky všeobecnej a anorganickej chémie dosiahli pro-banti najlepšie výsledky – priemerná hodnota úspešnosti až 99%. O niečo slabšia, ale stále veľmi vysoká úspešnosť bola aj v tradičných učebných úlohách zameraných na aspekty všeobecnej a anorganickej chémie – prie-merná úspešnosť 80%. Úspešnosť v tejto časti zrážala jedna úloha na výpo-čet koncentrácie roztoku s aplikáciou takto získaného údaja na vyslovenie predpokladu o výsledkoch chemického pokusu – priemerná úspešnosť tejto úlohy 20%.

254

Tradičné úlohy teda diagnostikovali veľmi dobrú pripravenosť študen-tov tak z oblasti chémie ako aj z oblasti didaktiky chémie. Isté problémy so vzdialeným transferom vedomostí, či až v istom zmysle riešením problému signalizuje masívny neúspech študentov v riešení spomínanej jednej úlohy.

Čo však na pripravenosť študentov z chemickej a didaktickej oblasti hovoria konceptuálne úlohy. Priemerná úspešnosť v nich je výrazne nižšia – 36%.

Aj keď musíme pri interpretácii tohto výsledku brať do úvahy menšiu adaptovanosť študentov na takýto typ úloh oproti tradičným úlohám, nevži-tosť spojení dvoch aspektov – chemického aj didaktického do spoločného zadania, zrejme sa nám nepodarí vysvetliť tak výrazný pokles výkonu len týmito príčinami. Evidentne za rozdielom stojí aj ďalšia významná skutoč-nosť. Ponúka sa vysvetlenie, že konceptuálne učebné úlohy diagnastikujú aj niektoré aspekty, ktoré tradičné úlohy neregistrujú.

Takéto vysvetlenie podporuje aj hlbšia analýza výsledkov v riešení jed-notlivých konceptuálnych učebných úloh.

V jednej z konceptuálnych učebných úloh mali študenti navrhnúť od-poveď na žiacku otázku: „Prečo sa posunie chemická rovnováha zvýšením teploty, hoci na kinetike nás učili, že zvýšenie teploty zväčší rýchlosť kaž-dej chemickej reakcie?“

Úplne dokázal úlohu vyriešiť len jeden študent. Šesť ďalších dokázalo identifikovať niektoré uzlové body, ale už ich neboli schopní zosyntetizo-vať do zmysluplného riešenia. Zaujímavé je, že v časti tradične formulova-ných úloh študenti demonštrovali chápanie podstaty pojmu rýchlosť chemickej reakcie, dokázali uplatniť blízky transfer vedomostí, vedeli apli-kovať relevantné algoritmy potrebné na výpočet rýchlosti chemickej re-akcie – priemerná úspešnosť 91%. Analýza študentských riešení ďalšej tradičnej učebnej úlohy ukázala, že študenti z pohľadu tradičných úloh dis-ponujú aj pochopením pojmu rovnováha – priemerná úspešnosť 92%. Z pohľadu na didaktickú pripravenosť analyzovať a interpretovať relevant-né didaktické situácie, ciele a postupy indikuje takmer 100% úspešnosť dobrý stav. Napriek uvedeným skutočnostiam, študenti nedokážu v zadaní konceptuálnej úlohy postrehnúť, že pri riešení vplyvu zmeny teploty na chemickú rovnováhu riešime systém priamej a spätnej reakcie, z ktorých je jedna exo- a druhá endotermická reakcia. Nestačí len ovládať princíp akcie a reakcie pri zmene teploty. Musia si tiež uvedomiť, že úloha sa vlastne

255

pýta na to, či vieme použiť vedomosť, že nárast rýchlosti chemickej reakcie vyvolaný tou istou zmenou teploty nie je pri exo- a endotermických reak-ciách rovnaký.

Zdá sa teda, že konceptuálna úloha identifikuje vedomosti a schopnosti študentov použiť ich inak ako tradičné úlohy.

K podobnému záveru nás vedie analýza študentských riešení ďalšej konceptuálnej úlohy. Úlohou študentov v nej bolo vysvetliť žiakom, prečo je výhodnejšie definovať rýchlosť chemickej reakcie ako zmenu koncentrá-cie za jednotku času a nie ako zmenu látkového množstva za jednotku času.

Úplne úlohu vyriešil len jeden študent (ten istý ako predchádzajúcu úlohu). Okrem neho len dvaja študenti dokázali v zadaní postrehnúť aspoň jeden kľúčový aspekt, ale úlohu zmysluplne nevyriešili. Ostatní nedokázali na úlohu zareagovať vôbec. Ako sme už uviedli vyššie, tradične formulo-vané učebné úlohy indikovali prakticky u všetkých študentov dobré zvlád-nutie pojmu rýchlosť chemickej reakcie a to nie len na úrovni jednoduchej pamäťovej reprodukcie.

Ďalšia úloha vyžadovala od študentov návrh analógie pre pojem látkové množstvo, ktorá by zlepšila možnosti pre pochopenie tohto pojmu žiakmi.

Výsledky tejto úlohy boli lepšie. Úplne úlohu vyriešili 4 študenti. Ďalší 4 študenti dokázali postrehnúť aspoň niekoľko uzlových bodov, potrebných pre riešenie. Ostatní neboli schopní ani to. Fakt je, že v tradične formulo-vaných úlohách žiaci úspešne manipuloval s týmto pojmom v rôznych as-pektoch aj na rôznych úrovniach náročnosti.

Najlepšie výsledky doniesla úloha, ktorá od študentov žiadala navrhnúť hodnoty do tabuľky, v ktorej mala byť dokumentovaná zmena teploty pri zrieďovaní koncentrovanej kyseliny sírovej. Následne mali z navrhnutých údajov vytvoriť grafické zobrazenie.

Úplne úlohu vyriešilo 5 študentov. Ďalším 6 študentom chýbal len ne-jaký technický detail v ich riešení (zlá alebo chýbajúca jednotka, zlá mierka grafu), prípadne nebol dotiahnutý návrh údajov v tom smere, že pri zvolení dostatočne dlhého intervalu napokon teplota roztoku začne klesať. Dvaja študenti nedokázali na úlohu zmysluplne zareagovať. Opäť môžeme kon-štatovať, že tradične formulované učebné úlohy indikovali lepšiu (v tomto prípade však nie diametrálne odlišnú) pripravenosť študentov v predmetnej oblasti.

256

ZÁVER

Analýza výsledkov pilotného výskumu naznačuje, že konceptuálne úlohy odrážajú vedomosti, zručnosti a návyky trochu inak ako tradičné učebné úlohy. Úspešnosť tých istých probantov bezprostredne za sebou testovaná v tradičných a konceptuálnych úlohách je významne nižšia v konceptuál-nych úlohách.

Kvalitatívny charakter výskumu jednoznačne neurčuje príčiny tohto rozdielu. V tejto organizácii výskumu ešte nemožno celkom jednoznačne vymedziť pôsobenie len jednej nezávisle premennej. Rozbor výsledkov však naznačuje isté autonómne odrážanie vedomostí, zručností a návykov konceptuálnymi učebnými úlohami. Výsledky naznačujú, že konceptuálne učebné úlohy sú citlivé na prítomnosť či absenciu komplexnejšieho chápa-nia zadania úloh a využitia vedomostí zručností a návykov žiakov. Zvlád-nutie izolovaných vedomostí, zručnosti a návykov, ktoré probanti bez problémov manifestujú v tradičných úlohách ešte nevytvára dostatočný zá-klad pre úspešnosť v komplexnejšie postavených situáciách. Zatiaľ sme to testovali v oblasti chémie a didaktiky chémie na budúcich učiteľov chémie.

Výsledky však vytvárajú opodstatnený predpoklad pre premisu, že v podobne koncipovaných komplexných situáciách sa uvedený rys koncep-tuálnych úloh prejaví všeobecnejšie. Sme toho názoru, že projektové vyu-čovanie vytvára predpoklad pre komplexné uchopenie skúmanej situácie, preto potrebujeme nástroje, ktoré budú citlivé na komplexné chápanie situ-ácií predostieraných komplexnými úlohami. Táto úvaha a analyzované vý-sledky pilotného šetrenia vytvárajú opodstatnený predpoklad zmysluplného využitia komplexných úloh v projektovom vyučovaní. Mali by rezonovať práve s komplexnosťou činností a možných benefitov vyplývajúcich z apli-kácie projektového vyučovania vo vyučovaní chémie.

POĎAKOVANIE

Tento článok vznikol s podporou projektu VEGA č.1/0417/12 MŠ SR.

REFERENCES Bidwell, Shwri E. 2000. Project – Based Leraning for Cosmetology Students. Ohio:

Publications, Center of Education and Training for Employment.

BIE (Buck Institut for Education). Designing Your Project: A handbook for implementing project based learning [online]. 2003. [cit. 2013-11-25] Dostupné na: http://ebookbrowse.com/gdoc.php?id=125650186&url=405d9da17eb999d80996d65a833af8b9

http://ebookbrowse.com/gdoc.php?id=125650186&url=405d9da17eb999d80996d65a833af8b9

http://ebookbrowse.com/gdoc.php?id=125650186&url=405d9da17eb999d80996d65a833af8b9

257

Fleming, D. S. 2000. A Teacher´s Guide to Project-Based Learning. Charleston: AEL Inc.

BIE 2 (Buck Institute for Education). Tools [online]. [cit. 2013-11-25] Dostupné na: http://www.bie.org/tools/freebies

Nurenbern, S. C., Pickering, M. 1987. Concept learning versus problem solving, Is there a difference? Journal of chemical education, roč. 64, 1987, č. 6, s.508 -510.

Nakhleh, M. B. 1993. Are our students conceptual thinkers or algorithmic problem solvers? Identifying conceptual students in general chemistry. Journal of chemical education, roč.70, č. 1, s.52 - 55.

Pushkin, B. D. 1998. Introductory students, conceptual understanding, and algorithmic succes. Journal of chemical education, roč.75, č. 7, s. 809 - 810.

Haláková, Z., Prokša, M. 2007. Two kinds of conceptual problems in chemistry teaching. Journal of chemical education, roč.84, č. 1, s.172 - 174.

http://www.bie.org/tools/freebies

258

THE DESIGN PRINCIPLES OF COGNITIVE TASKS IN TEACHING CHEMISTRY

Elena V. Mirenkova Smolensk, Smolensk state University, Russia

[email protected]

Abstract The article notes that the main activity of the student is learning activities, organized and directed by the teacher. In modern conditions, characterized by a rapid growth of information and rapid development of the means of its delivery to the end customer (student), the reduction of the role of the teacher as a translator subject knowledge and increases its role as the organizer of cognitive activity. Starting mechanism of independent activity of schoolchildren are learning activities. In teaching chemistry traditionally used various tasks and exercises, however, the emphasis in them are made on contents and not on the methods of activity. Pragmatic aspect of the basis of allocation of the basic didactic principles, covering the theoretical approaches to the creation of cognitive tasks for modern school chemistry course. Presents examples of some of the tasks.

Key words Cognitive activity, educational task, teaching chemistry, activity approach, didactic principles.

Educational activity is a special form of learning in which the student learns human social experience. Organizes and directs the cognitive activity of the student teacher. The role of the teacher in the era of exponential increasing knowledge on the background of rapid development of means of information delivery to the consumer (student) is not just growing, but also drastically changing. In modern conditions before the teacher is not so much a problem in the transmission of knowledge, informing students about the basics of studying science, as the task of organizing their activities independent "production" of knowledge, recycling, assignment and application. Optimization of the activity of the student by means of the subject implies, first of all improvement of the system of tasks, which are the starting mechanism of independent activity of students. Thus, the development of theoretical approaches to the creation of sets of tasks for modern school chemistry course and their specific practical implementation are very important.

259

In the methodology of teaching chemistry since then, as in the schools established an academic subject, was developed various aspects of designing learning activities. Their concrete expression was reflected in a wide variety of problems and tasks, exercises, simulators, tests, etc. However, in the subject methodology the emphasis has always been placed on the content side, the result of which were sets of tasks "for development of a concept on the chemical element", "for the study of concepts about the basic classes of inorganic compounds", "to explore the theme...", the sets of computational problems on the solutions", "on the derivation of the formula of the substance", etc. The prevalence of a substantive component did not allow adequately reflect the activity side, which inevitably affected the quality of the educational process. It is on pragmatic approach built modern normative documents which begins in Russian schools.

Under the educational task is defined as a view of the assignment the teacher students with the requirement to comply with any theoretical or practical action. Cognitive task - the most mass kind of training. System cognitive tasks based on pragmatic approach, provides guidelines for information search, processing and assignment in the form of active use at the decision of educational and practical tasks; establishment on the basis of the lessons and meanings assigned subjectively new and its representation in one form or another.

Cognitive tasks are diverse. Uniform and generally accepted classification does not exist, because they perform many functions are used for different purposes and at different stages of the lesson. Cognitive tasks through the entire process of learning and contribute to the formation and development of cognitive skills. Cognitive skills are at the same time as the goal, the result and the means of specially organized education.

The certain rules needs to ensure, the development of sets of cognitive tasks, their implementation in educational process and effective function. We identify a set of initial conditions (principles), covering the theoretical approaches to the creation of jobs, aimed at formation of cognitive abilities of pupils. Principles of philosophic is understood as a fundamental principle, the beginning and are neither provable nor require proof.

All dedicated didactic principles are closely intertwined, and together provide effective education, corresponding to the logic of cognition. Presents didactic principles are basic and further investigation will be in the specification, the specification of the composition, defining relations and the hierarchical relationship between them.

260

So, the development of cognitive tasks as a special type of activity is based on the following principles:

- the principle of conformity of the existing regulatory framework, the modern tendencies of development of education, its priority emphasis and perspective directions.

Implementation of this principle means strict adherence to the requirements of normative-legal documents of different levels, continuous monitoring of systemic change in education and prompt reaction to them; the adequacy of cognitive tasks the content of the forms of public final control, the content of various standardized procedures of control of learning outcomes.

The most important task of the contemporary educational system in Russia is the formation of a set of universal educational activities in the framework of studying particular disciplines. The implementation of the developmental potential of school education is the priority, therefore, the urgent task is the development of skills related to production, processing, assignment and application of knowledge.

- the principle of comprehensiveness of cognitive abilities. It is based on the understanding of cognitive abilities as a set of

complex of actions, including improving cognitive skills, all the methods of logical thinking and specific (subject) actions.

The implementation of the principle implies the development of specifications for development of skills of pupils to work with various sources of information, to model, to operate sign-symbolic means, to compare, to classify, to define, to bring under the concept, to generalize, to carry out observations, experiments, to draw conclusions, etc.

- the principle of redundancy. It involves the creation of greater than required for the implementation

in the educational process, among a variety of cognitive tasks. Implementation of this principle means saturation of the educational environment the relevant product - system cognitive tasks. Redundancy provides the possibility of variability jobs, free operating them, select the most optimal from the point of view of pedagogical values in a particular situation, ease of adaptation to the constantly changing pedagogical conditions.

The principle of redundancy is required at the stage of development and accumulation base cognitive tasks, the implementation of the latter in the

261

learning process, this principle will be limited by the principle of sufficiency and optimality at their presentation.

- the principle of different complexity tasks. Under the cognitive complexity of the task means the number of

elementary operations that you will perform when working on a task. The importance has the form of presentation of the job (verbal, written), and requirements for the answer (oral, written, detailed, concise, well-grounded and other), and the nature of the job (practical, experimental, oral question, blitz question, design task etc). The complexity of tasks directly proportional to the average time spent on their implementation.

- the principles of diversity. They are caused by a variety of forms, kinds, methods and techniques

of cognitive activity, and also stem from the understanding of cognitive tasks as the most important organizational and management tools, training and motivation of teaching. By manipulation by the system of cognitive tasks, the teacher organizes and directs the cognitive activity of students; by the nature of the answers sets feedback to the student and adjusts its further progress in studies. Didactic principles of diversity are consonant with the basic law of cybernetics is the science of control - the law of requisite variety. This is the main principle, formulated by the English scholar cybernetics, founder of the study of complex systems W.R. Ashby. By definition W.R. Ashby, the first fundamental principle of cybernetics is that the variety of complex systems requires management, which itself has some variety. The considerable diversity of pedagogical situations in which there is a formation and development of cognitive abilities of schoolboys, assumes the existence of adequate diversity of organizational and managerial tools in the form of cognitive tasks. In the absence of such adequacy compromise the integrity of the educational process as a system of education will be destroyed. The lack of diversity of the elements in organizational-administrative unit and foremost by effective component. Thus, the system cognitive tasks due to its diversity must have the capacity, capable to provide the full control of the process of forming of cognitive abilities.

- the principle of diversity of forms(species) cognitive tasks. Under the forms of cognitive tasks we understand those external forms

in which refers to the activities, and which determine the nature of the activities of students. The formation of cognitive abilities of students contribute to: oral questions (including the series developed by us blitz-

262

questions (Mirenkova, 2014), writing exercises, chemical problem (the calculated and experimental; qualitative and quantitative), tests, dictations, didactic games, chemical riddles, algorithmic and heuristic prescription, creative tasks, mental and home experiment, etc.

- the principle of diversity of types of cognitive tasks. Types of cognitive tasks we allocated in accordance with the functionality

that is inherent in scientific knowledge and learning in General. This job creates for description, explanation, prediction of chemical processes and phenomena, methodological and creative tasks.

- the principle of diversity of information sources. Information environment is diverse. One can single out the following

groups of sources of information: texts (books, documents etc), people (teacher, parents, specialists of chemical production, friends and others) and subject-ware environment (substances and processes in the chemical laboratory, in the environment, at home, at work).

Systematized information of the basic Sciences is reflected in the content of school textbooks. Books as sources of information not only do not lose their importance, but also become more useful and effective tool for work in connection with the appearance of their varieties: electronic textbooks and applications to them, working notebooks on the PC-based, virtual laboratories, etc. Cannot be ignored and other sources of information: the media (Newspapers, magazines, television, Internet), documents, scientific-popular books, directories and other

In the process of learning an indispensable source of knowledge is the word of the master. Teacher - holder (media) information and translator.

Important methods of learning, sources of knowledge about the world are observing chemicals and chemical experiment.

Therefore, before the teacher has the task to teach pupils to extract the necessary information from various sources and to perform various kinds of educational-cognitive activity.

- the principle of the diversity of levels of cognitive activity. It means that when creating a bank of cognitive tasks we should focus

on different levels of the educational-cognitive activity of students. We should provide jobs, contributing to the assignment of ready-made knowledge and ways of action - job reproductive level. This jobs are - knowing, learning, playing, action on the model. The experience gained here

263

and established ways of working will be a reference during the transition to higher levels of activity.

Set next level assums organization partial search, structurally variable and student activities. This job for searching information for the application of current knowledge and methods of work is actual in the new situation, in analyse the various ways to do a job, etc.

Job more high level is a job that requires the exercise of independent theoretical and experimental studies aimed at creating new knowledge and ways of action that require creativity.

Implementation of this principle in the educational process allows orderly transition to a lower level guide the students and their level of cognitive independence. The principle also provides for the possibility of differentiation of training in terms of its mass character.

- the didactic principle of equivalence methods of scientific and educational knowledge.

This principle stems from the recognition of subject content as didactic equivalents of science. Consequently, the teaching methods are didactic equivalent methods of knowledge and methods of a particular science. The question of the relationship between methods of science and teaching methods is one of the complexes in didactics.

Understanding didactic compliance methods of training of scientific cognition involves the construction of a system of tasks directed on extraction and increase of knowledge. We believe that the most important cognitive procedure in teaching chemistry and other natural Sciences, you should consider establishing causality, because the relationship of cause and effect is a universal relation between phenomena, analysis of which lies in the basis of Sciences and makes possible the establishment of their laws. The ability to establish the cause-and-effect relationships are the building block in the structure of more complex cognitive abilities: to observe and to draw conclusions, to seek ways of solving problems, to reason and to build reasoning, evidence and other.

Most of causal questions begins with the word "Why...?". This is the most important questions that people specifies throughout life. To answer these questions means to uncover the cause of facts, phenomena, events. , Looking for the same reasons means the knowledge of reality, helps to explain the events and manage (use of a phenomenon in its own purposes, or to eliminate them). Therefore, man seeks incomprehensible to make

264

clear to open a reason, to give the explanation. Understanding the causes means a deep penetration into the essence of what is happening.

Therefore, when teaching any subject, including chemistry, formation of skills of finding answers to the questions "why?" "what if...?" is a critical component.

The content of school provides rich possibilities for constructing issues of this plan:

• Why is the speed of reaction of zinc with hydrochloric acid increases, if the mixture, add a few drops of a solution of copper sulphate?

• Why metals iron and copper behave differently in the solution of sulfuric acid?

• Why precedes corrosion (destruction) of metals? • Why the solution of table salt conducts electric current, and the

solution of sugar - no? • Why snow sprinkled salt melts faster? • Why when processing the wound with hydrogen peroxide there is

a vigorous expansion of blood? • Why the noble gases are chemically inert? • Why the fat stock camel allows him a long time to go without food

and water? • What happens if you heat the mixture of saltpeter and coal?

- the principle of the specificity of the subject, or the principle of the "uniqueness" of the subject.

The most important specific feature of the science and chemistry subject is a chemical experiment. Therefore, cannot be ignored assignments for students related to planning and carrying out of chemical experiments, the analysis of its results, the interpretation of these data.

The specific method of studying chemistry in science and education is the chemical language, which in educational knowledge has increased due to the increase in the share and volume of theoretical knowledge (N. E. Kuznetsova). This creates a need to develop a system of tasks related to chemical terminology, symbols (which at the same time reflected the results of knowledge, and the ways in which you can get them), the item.

265

That’s why the science of chemistry has broad integration with material production, economy and way of life. Many of the global problems caused by chemicals and solved with its help. Therefore a necessary component in the system of educational tasks should be the unit of practice-oriented tasks and exercises.

- the principle of imaging chemicals. Under the visualization (from lat. visualis - visual) chemicals we

understand graphics, symbolic, schematic, figurative representation. The principle of visualization is more private towards the principle of clarity in learning, for the first time more reasonable Jan Amos Komenský.

Fundamentals of chemical science set out not only with the help of a natural language, but with the help of "chemical language", major components of which are chemical formulas and equations. Also widespread in chemistry pictures, charts, tables, diagrams, graphs, images, models, supporting abstracts and other.

Therefore, in teaching chemistry, we identify as specific group cognitive abilities - the ability to read image chemicals (similar to the ability to read drawings). Among them are the ability to read the reactions (they include the ability to read chemical formulas) and other symbolic and visual display of chemical information. This is the most important set of actions, which must master students, mastering chemistry course.

The complex of tasks aimed at development of skills of reading images chemicals should include: job ratio chemical formula of a substance (character level) with its physical properties; job description, explanation and prediction of characteristics of chemical reactions; job on the production of conclusions about the economic and ecological efficiency of the chemical process; tasks to match the nature of the substances with the device, etc.

For example, on the basis write a balanced equation for the decomposition of dichromate ammonium (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O students can questions to ask include: what is a green powder after the reaction: this is an individual substance or mixture of substances? what forces make solid particles to scatter in different directions when the reaction? is whether the process of the emergence of smell? toxic whether gaseous reaction products? whether to use a fume hood for the implementation of this transformation? what are the particles that add colour to the original substance and the reaction product? etc.

266

Give examples of cognitive tasks aimed at development of skills of reading schematic image. For example, on the basis of the symbolic record:

you can invite the students to answer the following series of questions: • Is it possible, using the Periodic system, to say, what age are chemical

elements: sodium and chlorine? • When the sodium atom turned into a "+" charged ion, neutral atom

what element began to meet its electron shell? • With a neutral atom which is the same as the electron shell

chlorine-ion? • Why, despite the similarity in the structure of electron shells of

sodium and chlorine ions with atoms of the noble gases, it is still ions of sodium and chlorine?

• Is it possible, not looking at the left part of the scheme, calculate the charges of ions of sodium and chlorine (the right part of the scheme)?

Purposeful formation of skills to read the reactions and other images chemicals makes a significant contribution to the understanding and mastery of the subject, because in this process are involved macro-, micro - and symbolic aspects of the performance of substances and reactions (triangle Johnstone (1993). There is the opening of the interplay of formal and substantive parties.

The dedicated principles of system design, cognitive tasks will allow to improve considerably quality of the educational process. These principles have a property transfer, thanks to which they can guide the development of jobs and for other academic disciplines.

REFERENCES Pidkasistii, P. I. 1980. Independent cognitive activity of students in learning:

Theoretical-experimental study. Moscow : Pedagogy.

Mirenkova, E. V. 2014. Rapid-fire quizzes in the phase of knowledge and skills drilling. Chemistry in the school, № 6, p. 17 - 22.

Johnstone, A. H. 1993. The development of chemistry teaching: A changing response to changing demand. Journal of Chemical Education, v. 70, No. 9, p. 701–705.

267

КОНТЕКСТНЫЕ УРОКИ КАК ФОРМА АКТИВИЗАЦИИ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ

Marat Akhmetov Teachers’ Professional Skills Advancement Institute, Ulyanovsk, Russian Federation

[email protected]

Аннотация Хорошо известны возможности контекстных задач в развитии позна-

вательной активности учащихся. В этих задачах химическое содержание интегрируется с практическим, историческим, художественным, масс-медиа контекстом. Такие задачи нацелены не только на активизацию познавательной деятельности учащихся, но и на развитие их способности применять знания, они являются эффективным средством развития умений и творческого мышления учащихся.

Еще большими возможностями для активизации познавательной деятель-ности учащихся в классе обладают контекстные уроки. На этих уроках учитель создает учебную ситуацию, близкую к жизненной, а учащиеся решают жиз-ненные задачи, применяя химические знания. При групповой работе, характерной для данных уроков, развивается способность школьников к взаимообучению и взаимной поддержке. С целью повышения эмоционального фона урока учитель использует специально подобранную музыку, видеоклипы, художественные про-изведения и реквизит. Контекстные уроки позволяют повысить значимость химического знания, показывают пути его использования в жизни каждого человека.

Мы уже провели несколько контекстных уроков в разных городах Российской Федерации: Белгороде, Владимире, Пензе, Петропавловке-Камчатском, Рязани, Санкт-Петербурге, Ульяновске, Чите. Учащиеся изучали химию, играя роли разведчиков, защищающих блокадный Ленинград; физиков-ядерщиков, иссле-дующих строение атома: следователей, расследующих преступление; нефтя-ников, продвигающих продукцию на рынок, химиков-экспертов, знающих ответы на многие вопросы. Был зафиксирован высокий уровень познавательной актив-ности учащихся на данных уроках.

Ключевые слова Контекстные уроки, групповая работа, обучение химии, активизация познава-тельной деятельности, патриотическое воспитание

268

Achievement of Classroom Activities by Learning Chemistry through Real-World Contexts Lessons

Abstract It is a well-known fact that real-world contexts problems can improve learning activity of students. These problems usually include practical, historical, mass-media, art and other contexts. Students can't solve such problems by using algorithms only; they need a creative application of chemical knowledge. Real-world contexts problems are effective tool for development of students' skills in chemistry and their creative thinking. To improve students' classroom activities a teacher can create real-world contexts lessons. These lessons may be in the form of a team role-playing game, when students learn chemistry by solving real-world contexts problems. On these lessons a teacher simulates real life situation and students study chemistry by playing life roles. Students become more interested in learning chemistry. Team-work on these lessons is an important for improving students' abilities to teach each other, to use mutual support. Real-world contexts lessons allow a teacher to organize learning chemistry by cooperation between students for improving learning results. A teacher on real-world context lessons use specially selected music, video clips, poetics, literature and props, so such lessons are very expressive, emotional. We've already given students such lessons in many cities of Russian Federation. Students used chemical knowledge during games. They played roles of scouts, who defended of besieged Leningrad; nuclear physicists, who studied a structure of atoms; oil-workers, who made their money and strengthened the welfare of motherland; detectives, who investigated the crime; experts, who can answer the most difficult questions. Students had achieved high level of classroom activities at these lessons.

Keywords Real-world context lessons, team-work, teaching chemistry, classroom activities, patriotic education

ВВЕДЕНИЕ

Мы полагаем, что развитие познавательной активности является ключевой проблемой всей системы школьного образования. Особую значимость данная проблема приобрела в современном информа-ционно-коммуникационном обществе. Одним из средств активизации познавательной деятельности учащихся и достижения личностных, метапредметных и предметных результатов являются контекстные задания, о которых мы писали ранее (Ахметов, 2011). Контекстные задания могут стать эффективным инструментом в достижении тре-бований российских образовательных стандартов, поскольку учат

269

учащихся извлекать информацию из различных источников, при-менять знания в решении творческих задач, максимально прибли-женных к жизненным.

Усилить эффект воздействия контекстного содержания на учащихся можно, если включить контекстные задания в структуру контекстного урока. В качестве иллюстрации приведем разработку контекстного урока в 8 классе по теме «Описание физических свойств веществ», который был проведён как открытый урок в одном из общеобразо-вательных учреждений г.Санкт-Петербурга.

Преимущество контекстных уроков состоит в том, что они по-зволяют искусно сплести в единое целое множество целей. Одной из целей урока являлось воспитание патриотизма, уважения к отечеству, чувства ответственности и долга перед Родиной. Но вот вопрос, который вероятно возникнет у читателя: «Как описание физических свойств веществ связать с патриотическим воспитанием?». Для дости-жения этой и многих других целей может быть использован кон-текстный урок в форме ролевой игры. Как правило, ролевые игры проводят на этапе обобщения и закрепления нового материала. Кон-текстные уроки обычно используются при изучении нового учебного содержания, при этом используются различные источники инфор-мации.

ОПИСАНИЕ УРОКА

И та, что сегодня прощается с милым, Пусть боль в свою силу она переплавит. Мы детям клянемся, клянемся могилам,

Что нас покориться ничто не заставит Анна Ахматова

На данном уроке в качестве источников информации использо-

вались учебник химии (Кузнецова, 2012) и тексты контекстных за-даний. Практически все учащиеся были включены в активное решение познавательных проблем, поскольку само содержание урока, создан-ная атмосфера подталкивала учащихся к познавательной деятель-ности. Урок был посвящен защитникам Ленинграда. Поднятая тема актуальна еще и потому, что в январе 2014 года исполнилось 70 лет окончания блокады Ленинграда, который выстоял благодаря бес-смертному подвигу его защитников. Перед уроком учащиеся раз-бились на 4 равных по силе разведгруппы (по 6 человек), каждая

270

разведгруппа имела свое боевое название, командира и состояла из трех подгрупп.

Учитель был в роли командира разведывательного батальона. Для оценки результатов выполнения приказов был создан штаб, из при-сутствующих на уроке учителей, которые должны были оценить эффективность выполнения боевых заданий, на основании сданных разведгруппами отчетов. Подавляющая часть боевых заданий была составлена на основе рабочей тетради (Гара, 2013). Боевое задание группой считалось выполненным, если хотя бы одна из разведыва-тельных подгрупп с ним справлялась успешно.

Рисунок 1: Защитники Ленинграда (фото с сайта http://blokade.net/)

Для обеспечения соответствующего эмоционального настроя на урок, нужно было погрузить учащихся в ситуацию прошлого. С этой целью прозвучала песня в исполнении Марка Бернеса «Бессмертный Ленинград»:

Поем, товарищ боевой, о славе Ленинграда Слова о доблести его на целый мир гремят Отцы вставали за него, гремела канонада,

И отстояли навсегда бессмертный Ленинград Живи, священный город,

Живи, бессмертный город, Великий воин-город,

Любимый наш Ленинград Качает флаги на Неве осенней ночи ветер,

Ночь ясная как светлый день над городом плывет Есть город Ленина один на всем на белом свете Кто посягнул на честь его, пощады не найдет

Припев

http://blokade.net/

271

ЗАДАНИЕ 1. ИСПОЛЬЗОВАТЬ ВСЕ ПОДРУЧНЫЕ СРЕДСТВА!!! (4 балла)

В блокадном Ленинграде, не хватает продовольствия, даже самых элементарных предметов и веществ, которые так необходимы за-щитникам и жителям блокадного Ленинграда. Многое приходится изготавливать самостоятельно из подручных средств. Командир разве-дывательного батальона ставит боевую задачу: «Товарищи бойцы! Перед вами стоит трудная, но выполнимая задача! Вы должны про-никнуть в тыл противника, захватить штаб, вражескую лабораторию, добыть важные сведения, совершить переправу груза через реку и вернуться назад. Для выполнения боевой задачи, использовать любые подручные средства!

Приказ: установите соответствие между веществом, его приме-нением и свойством, благодаря которому это применение возможно по следующей схеме: вещество→применение→свойство

Таблица 1: Вещество, применение, свойство вещество применение свойство

А) корунд 1) конструкционный материал 1) дешевизна по сравнению с другими металлами

Б) ртуть 2) изготовление электропроводов 2) высокая электропроводность

В) алюминий 3) применение в термометрах 3) высокая твердость

Г) железо 4) изготовление точильных камней и наждачной бумаги 4) жидкое состояние

5) высокая плотность

ЗАДАНИЕ 2. ДОБЫТЬ НЕОБХОДИМУЮ ИНФОРМАЦИЮ (3 БАЛЛА)

Чтобы успешно бороться с врагом, нужно уметь читать карту, извлекать информацию из документов и чертежей.

Приказ: Внимательно рассмотрите диаграмму (рис. 15, стр. 23) учебника (Кузнецова, 2012) и заполните таблицу:

272

Рисунок 2: Диаграмма для выполнения второго боевого задания (Кузнецова, 2012)

Таблица 2: Таблица для заполнения (2-е боевое задание)

Вещество Интервал температур, при которых вещество существует

в указанном агрегатном состоянии твердое Жидкое газообразное

кислород вода

алюминий

ЗАДАНИЕ 3. ОПИСАТЬ ДОБЫТОЕ ВЕЩЕСТВО (3 БАЛЛА) В захваченной вражеской лаборатории был обнаружен неизвест-

ный порошок – последняя разработка захватчиков, вероятно пред-назначенный для массового отравления мирного населения.

Приказ: Опишите порошок, в соответствии с планом в учебнике на стр. 24 (Кузнецова, 2012) Передайте эту информацию в центр

Рисунок 3: План описания физических свойств веществ (Кузнецова, 2012)

273

Рисунок 4: Один из примеров описания физических свойств вещества в учебнике (Кузнецова, 2012)

ЗАДАНИЕ 4. ЗАВЕСТИ ЗАХВАЧЕННУЮ ВРАЖЕСКУЮ БРОНЕТЕХНИКУ (5 БАЛЛОВ)

Разведгруппе удалось захватить вражескую технику: две брониро-ванных самоходных установки. Но вот проблема, самоходки не заводятся. Возможная причина – низкая плотность электролита в аккумуляторе.

Приказ: 1) Установите: что такое плотность? 2) В каких единицах измеряется плотность?

На захваченном вражеском складе был обнаружен прибор – ареометр.

3) Зачем нужен этот прибор? На зарядку аккумуляторов уйдет около 10-ти часов. Развед-группа не может ждать столько времени. На захваченном складе было обнаружено две бочки с электролитом (раствором серной кислоты). Было предложено заменить электролит в аккумуляторе. Для замены нужно взять электролит с большей плотностью. В бочке №1 ареометр погрузился в раствор более глубоко, чем в бочке №2.

4) Выясните из какой бочки нужно взять электролит для заправки аккумуляторов?

5) Ответ обоснуйте

274

Рисунок 5: Рисунок, демонстрирующий действие ареометра (Кузнецова, 2012)

ЗАДАНИЕ 5. ПОСТРОИТЬ ПЛОТ ДЛЯ ПЕРЕПРАВЫ (4 БАЛЛА)

Разведгруппе нужно построить плот для переправы груза. Для строительства плота требуются только сухие бревна, иначе плот вместе с грузом утонет. (Определение плотности деревянного бруска разведчики проводили с помощью мерного цилиндра)

Приказ: Установите плотность выданного вам образца древесины: 1) Определите массу выданного вам образца по массе вытесненной

воды, учитывая, что плотность воды равна 1 г/мл 2) Погрузите образец в воду полностью и определите объём вытес-

ненной жидкости равный объему образца древесины 3) Рассчитайте плотность древесины по формуле

𝜌 = 𝑚𝑉

(1)

ЗАДАНИЕ 6. ОСУЩЕСТВИТЬ ПЕРЕПРАВУ (4 БАЛЛА) На другой берег нужно переправить питьевую воду, медные провода, бензин, и осмий для новых сверхсекретных пуль. Чтобы плот не перевернулся нужно учесть не только массу, но и объем вещества.

Приказ: Рассчитайте объемы, соответствующие 100 г указан-ных в таблице веществ.

275

Таблица 3: Отчетная таблица разведывательных групп к заданию 6 Вещество Масса Плотность Объём (см3)

Вода 100 г 1 г/см3 Медь 100 г 8,9 г/см3

Бензин 100 г 0,65 г/см3 Осмий 100 г 22,6 г/см3

По окончанию занятия командир разведывательного батальона поблагодарил бойцов разведгрупп за успешное выполнение боевых заданий. Мы выстояли. Ленинград – Санкт-Петербург живет и расцве-тает. В завершение урока зазвучала мелодия вальса «Блокадного вальса (В.Балагуров)»:

Снова осень пришла в Ленинград Зазвенели дожди по крышам. Рыжий мальчик-листопад Листопада на улицы вышел. То оранжевый, то красный, То зелено-голубой Удивительно прекрасный Ленинград осенний мой. Мне Нева под Горбатым мостом Напевала до рассвета Про тебя, про любовь, и про дом, И про лето, и про это. Припев


Анализ сценария урока, итоги его проведения показывают, что формирование готовности учащегося к саморазвитию и непрерывному образованию достигалось путем спроектированной социальной среды развития обучающихся (действия разведгрупп по защите блокадного Ленинграда) на уроке через активную учебно-познавательную де-ятельность. Урок способствовал не только достижению учебных целей, но и воспитанию у учащихся любви к своему Отечеству, содействовал развитию у них понимания роли знаний в жизни человека и в условиях боевых действий. Воспитывалось чувство коллективизма и взаимопомощи, тренировалось умение учащихся извлекать информацию из различных источников, переводить её из одной формы в другую.

276

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор благодарит издательский центр «Вентана-Граф» за финансовую поддержку, а также выражает признательность всему коллективу издательского центра, методическому и редакторскому отделам за плодотворное сотрудни-чество.


Ахметов, М. А., 2011. Об использовании контекстных заданий в процессе обучения. Химия в школе,(6), p.p.23-27.

Кузнецова, Н. Е., Титова, И. М., Гара, Н. Н. 2012. Химия: 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений. Москва: Вентана-Граф.

Гара, Н. Н., Ахметов, М. А. 2013. Химия: 8 класс: рабочая тетрадь для учащихся общеобразовательных учреждений. Москва: Вентана-Граф.

277

JE ÚROVEŇ VEDOMOSTÍ SÚČASNÝCH ADEPTOV UČITEĽSKÉHO POVOLANIA VYŠŠIA

AKO STREDOŠKOLÁKOV SO ZVÝŠENÝM ZÁUJMOM O CHÉMIU?

Mária Linkešová, Ivona Paveleková Pedagogická fakulta, Trnavská univerzita v Trnave, Trnava, Slovenská republika


Abstrakt V príspevku sú spracované výsledky testovania študentov 1. ročníka odboru Učiteľstvo chémie v rámci laboratórnych cvičení z anorganickej chémie a študentov 1. ročníka gymnázií v rámci chemickej olympiády v kategórii C. V dvojročnom cykle študenti reali-zovali rovnaké praktické aj teoretické úlohy. Práca konfrontuje dosiahnuté výsledky oboch experimentálnych skupín.

Kľúčové slová Chemická olympiáda. Praktické úlohy. Teoretické úlohy. Chemické výpočty.

Is the Level of Knowledge of Recent Adepts for the Teachers Profession Higher than the Level of Secondary School Students with

an Increased Interest in Chemistry?

Abstract This contribution shows testing results of the 1st grade university students from the chemistry teaching course of study (during the inorganic chemistry laboratory practice) and the 1st grade secondary school students within the Chemistry Olympiad, category C. The students have carried out same practical and theoretical tasks in a two-year cycle. This paper confronts results achieved by both experimental groups.

Keywords Chemistry Olympiad, Practical tasks, Theoretical tasks, Chemical calculations

V minulosti sa opublikovalo veľa prác, v ktorých sa uvádza, aká je chémia náročná, nepopulárna, ako treba spestriť a zatraktívniť jej vyučova-nie, aby sa u žiakov vzbudil záujem o túto bezpochyby náročnú vednú dis-

278

ciplínu. Je známe, že jedným z najdôležitejších motivujúcich faktorov je školský chemický pokus. Bez práce v laboratóriu sa žiadny žiak nemôže stať chemikom, nakoľko chémia ako veda, ktorá sa zaoberá premenou lá-tok, je bez experimentálnej časti nemysliteľná.

Podľa viacerých výskumov sa však žiakom v súčasnosti v školách predstavuje chémia len ako teoretická vedná disciplína. napriek tomu, že chémia je predovšetkým experimentálna veda a chemický pokus plní nielen motivačnú funkciu, ale vo veľkej miere vplýva aj na osvojenie si jej po-znatkov. Okrem toho žiaci majú pri realizácii pokusov možnosť naučiť sa manipulovať s chemickými látkami, laboratórnymi pomôckami, aparatúra-mi a prístrojmi – získavajú experimentálne zručnosti. (Linkešová, Brod-ňanská, 2004)

Jednou z aktivít, ktorá má možnosť podchytiť záujem žiakov o chemic-ké vzdelávanie, je chemická olympiáda, ktorá má formu súťaže organizo-vanej v celoštátnom meradle, pri ktorej súťažiaci riešia zadané úlohy. (Linkešová, Galková, 2002)

Chemická olympiáda má na každej svojej úrovni – v každej vekovej ka-tegórii, i v každom organizačnom stupni – obvykle dve základné súčasti: teoretickú a praktickú časť. Práve praktická časť chemickej olympiády je spojením oboch spomínaných motivačných faktorov – školského chemic-kého pokusu a súťaže.

Pri tvorbe súťažných úloh chemickej olympiády musia autori zohľad-ňovať viaceré požiadavky, ktoré by mali tieto úlohy plniť vzhľadom na primeranosť veku účastníkov jednotlivých kategórií, resp. príslušné súťaž-né kolo. Okrem toho musia brať do úvahy aj požiadavky kladené na tvorbu učebných úloh a didaktických testov a mali by sa snažiť o to, aby mali úlo-hy určitý motivačný náboj, aby žiakov zaujali a tým ich pritiahli k súťaži, a teda vlastne i k chémii. (Linkešová, 2005; Linkešová, Reguli 2005)

Všetky súťažné úlohy by nemali byť rovnako náročné. Mali by byť medzi nimi úlohy ľahšie – motivačné i ťažšie, pri riešení ktorých musia súťažiaci preukázať nielen faktické znalosti, ale aj úroveň myslenia, predo-všetkým schopnosť tvorivého myslenia. Keďže v študijnom kole má štu-dent neobmedzené možnosti pracovať s literatúrou, práve tieto úlohy by mohli presahovať rámec školských osnov svojím obsahom i náročnosťou. Vedú tým súťažiacich k samostatnej práci s literatúrou a prispievajú k pre-hlbovaniu ich poznatkov. Vo vyšších súťažných kolách by potom mali zú-ročiť nadobudnuté vedomosti a preukázať svoju schopnosť ďalej s nimi tvorivo pracovať. Pre takéto úlohy je poskytnutý priestor v krajskom a pre

279

najvyššiu súťažnú kategóriu predovšetkým v republikovom kole súťaže, čo umožňuje výber tých najlepších z najlepších pre reprezentáciu na medziná-rodnom fóre. (Linkešová, Gužíková, 2001)

Práca vychádza z dlhodobej činnosti autoriek v oblasti organizácie che-mickej olympiády na rôznych úrovniach: organizácii krajských kôl che-mickej olympiády, pomoci učiteľom pri vedení krúžkov chemickej olympiády a riešení úloh študijných a školských kôl a napokon pri tvorbe súťažných úloh praktickej časti chemickej olympiády v kategórii C.

Poslaním kategórie C určenej najnižšej vekovej skupine na strednej škole – žiakom 1. ročníka gymnázií je predovšetkým motivovať záujem detí o chémiu. Preto tieto úlohy by nemali byť neprimerane náročné, aby súťažiacich od chémie skôr neodradili, ako k nej pritiahli (Linkešová, Gu-žíková, 2001) a podľa propozícií pre tvorbu súťažných úloh by nemali svojím obsahom prekračovať rámec učiva 1. ročníka gymnázií. Obsah sú-ťažných úloh okrem toho nezahŕňa učivo celého ročníka, ale iba vybraných kapitol, o ktorých sú súťažiaci v úvode študijného kola informovaní. Vzhľadom však na to, že do súťaže sa zapájajú žiaci so zvýšeným záujmom o chémiu, môžu sa súťažné úlohy koncipovať tak, že danú problematiku spracujú do väčšej hĺbky, náročnejšie a detailnejšie.

Chemické vzdelávanie na jednotlivých stupňoch škôl je u nás koncipo-vané „špirálovite“, čiže na jednotlivých stupňoch je obsah učiva veľmi po-dobný, na vyššom stupni sa vychádza z predchádzajúceho nižšieho, ale postupne sa prehlbuje jeho obsah, je detailnejší. Teda témy, ktoré sú obsa-hom učiva 1. ročníka gymnázií a 1. ročníka vysokoškolského štúdia chémie sú veľmi podobné. Ich obsahom je všeobecná chémia (stavba atómu, che-mická väzba, chemické reakcie a ich klasifikácia), anorganická chémia (systematika prvkov a ich zlúčenín vychádzajúca z periodického zákona), základné chemické výpočty (látkové množstvo, zloženie roztokov, výpočty z chemických rovníc). Samozrejme, obsah a hĺbka učiva v jednotlivých té-mach je rozdielna.

Pri príprave žiakov 1. ročníka gymnázií na riešenie úloh chemickej olympiády v študijnom kole súťaže môže nastať situácia, že pri štúdiu vy-braných tematických okruhov budú ich vedomosti porovnateľné s vedo-mosťami poslucháčov 1. ročníka vysokých škôl s chemickým zameraním. Obidve skupiny študentov síce delí celý stredoškolský stupeň štúdia, táto skutočnosť však v prípade riešiteľov chemickej olympiády, ktorí takto pre-javujú svoj zvýšený záujem o chémiu, nemusí byť relevantná.

280

Cieľom nášho výskumu bolo zistiť, do akej miery uvedené skutočnosti priblížia vedomosti žiakov 1. ročníka gymnázia k vedomostiam vysokoško-lákov – poslucháčov 1. ročníka učiteľstva chémie.

Experiment sa realizoval v dvojročnom cykle, vždy s dvomi vý-skumnými skupinami. Jednu skupinu tvorili študenti 1. ročníka gymnázií, ktorí riešili zadané úlohy v rámci krajského kola súťaže chemickej olym-piády v kategórii C. Druhou výskumnou skupinou boli študenti 1. ročníka pedagogickej fakulty, odboru Učiteľstvo chémie v rámci laboratórneho cvi-čenia z anorganickej chémie.

Obidve skupiny riešili súťažné úlohy praktickej časti krajského kola, a to 49. a 50. ročníka tejto súťaže (Linkešová, Paveleková, 2013; Linkešo-vá, 2014). Úlohy 49. kola v školskom roku 2012/13 riešilo 31 súťažiacich z gymnázií a 19 študentov vysokej školy, v školskom roku 2013/14 riešilo zadané úlohy 32 súťažiacich z gymnázií a 14 vysokoškolákov.

Krajské kolo kategórie C chemickej olympiády sa koná obvykle v me-siaci máj, čiže krátko pred koncom školského roka, kedy majú žiaci absol-vované takmer všetko predpísané učivo 1. ročníka, majú za sebou bohatú prípravu v študijnom kole a prešli výberom v súťažnom školskom kole. Testové úlohy riešili v obvyklých podmienkach krajského kola súťaže.

Študenti 1. ročníka pedagogickej fakulty riešili tie isté úlohy v rámci laboratórneho cvičenia z anorganickej chémie na konci letného semestra, tiež v mesiaci máj. Absolvovali už teda prednášky, semináre a laboratórne cvičenia zo všeobecnej a anorganickej chémie v bežnom rozsahu, teda všetko učivo, ktoré bolo predmetom súťažných úloh. Na to, že budú riešiť uvedené úlohy, neboli osobitne pripravovaní, ani neboli o tom vopred in-formovaní. Pri ich riešení mali nasimulované podmienky zhodné s pod-mienkami súťaže v krajskom kole chemickej olympiády.

Rozdiel v príprave oboch experimentálnych skupín na riešenie uvede-ných úloh bol teda ten, že gymnazisti mali za sebou cielenú prípravu na riešenie úloh z určitých vybraných tém, študenti vysokoškoláci žiadnu oso-bitnú prípravu neabsolvovali.

V 49. ročníku v školskom roku 2012/13 boli súťažné úlohy venované problematike protolytických reakcií, v 50. ročníku v školskom roku 2013/14 sa riešili úlohy zamerané na oxidačno-redukčné reakcie.

Pri vyhodnocovaní výsledkov sme porovnávali úspešnosť riešenia úloh obidvomi experimentálnymi skupinami z viacerých hľadísk.

281

Jedným z nich bolo porovnanie úspešnosti riešenia jednotlivých úloh (č. 1 – 5), ako aj celkovej úspešnosti riešenia obomi sledovanými skupina-mi riešiteľov (Σ). Výsledky analýzy sú uvedené v grafe 1 (školský rok 2012/13), resp. v grafe 2 (školský rok 2013/14).

Graf 1: Porovnanie úspešnosti riešenia jednotlivých úloh v školskom roku 2012/13

Graf 2: Porovnanie úspešnosti riešenia jednotlivých úloh v školskom roku 2013/14

Z porovnania celkovej úspešnosti v oboch školských rokoch (stĺpec Σ) vyplýva, že v obidvoch ročníkoch dosiahla skupina vysokoškolských štu-dentov lepšie výsledky, ale rozdiel nie je výrazný – v školskom roku 2012/13 bol 13 %, v školskom roku 2013/14 16 %. Pri riešení praktických úloh (č. 1 – 3) zaznamenali obidve sledované skupiny veľmi podobnú

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 Σ

úspe

šnos

ť v %

číslo úlohy

2012/13

gymn.

VŠ

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

1 2 3 4 5 Σ

úspe

šnos

ť v %

číslo úlohy

2013/14

gymn.

VŠ

282

úspešnosť, väčšie rozdiely (v prospech vysokoškolákov) sú pozorovateľné pri úlohách teoretických a výpočtových (č. 4 a 5).

Úlohy praktickej časti chemickej olympiády neobsahujú iba experimen-tálne úlohy. Majú aj svoju teoretickú časť, ktorá je zameraná na overenie vedomostí súvisiacich s daným experimentom a časť, v ktorej musia súťa-žiaci preukázať spôsobilosť matematického spracovania výsledkov práce, resp. výpočtov spojených s prípravou pokusu. Preto sme jednotlivé súťažné úlohy rozdelili na tri kategórie – na praktické úlohy, teoretické úlohy a chemické výpočty a porovnali výsledky dosiahnuté obidvomi skupinami študentovi pri riešení jednotlivých kategórií úloh.

Graf 3: Porovnanie úspešnosti riešenia praktických úloh oboch experimentálnych sku-

pín v školskom roku 2012/13

Porovnanie úspešnosti riešenia praktických úloh v školskom roku 2012/13 ukazuje vysokú úspešnosť riešiteľov v oboch sledovaných skupi-nách. Študenti pedagogickej fakulty boli úspešnejší, úspešnosť do 100 % dosiahlo 47 % študentov. Súťažiaci chemickej olympiády však preukázali tiež veľmi dobrú pripravenosť, pretože u nich malo 45 % úspešnosť do 90 %. Treba si pri tom uvedomiť, že vysokoškoláci riešili tieto praktické úlohy po celoročnej praktickej príprave, kým súťažiaci gymnazisti sa pri-pravovali iba v rámci študijného kola súťaže. Vzhľadom na túto skutočnosť je ich vysoká úspešnosť veľmi dobrý výsledok.

283

Graf 4: Porovnanie úspešnosti riešenia teoretických úloh oboch experimentálnych

skupín v školskom roku 2012/13

Z grafu 4 vyplýva, že úspešnosť riešenia teoretických úloh bola u oboch experimentálnych skupín podobná (do 70 %) a rozdiel medzi nimi vyjadre-ný početnosťou úspešných riešiteľov nebol výrazný.

Graf 5: Porovnanie úspešnosti riešenia chemických výpočtov oboch experimentálnych


Úspešnosť riešenia výpočtových úloh v školskom roku 2012/13 vy-znieva jednoznačne v prospech vysokoškolských študentov, skupina žiakov gymnázií bola pri riešení oveľa menej úspešná. Všetci študenti vysokoško-

284

láci riešenie úloh zvládli na 90 – 100 %, zo skupiny gymnazistov bola takto úspešná iba približne polovica.

Graf 6: Porovnanie úspešnosti riešenia praktických úloh oboch experimentálnych


V školskom roku 2013/14 dosiahli pri riešení praktických úloh opäť o niečo lepšie výsledky študenti vysokoškoláci (viac ako 90 % ich dosiahlo úspešnosť do 90 – 100 %), ale ani v tomto roku neboli výsledky gymnazis-tov oveľa horšie, približne 80 % z nich dosiahlo úspešnosť do 80 – 100 %.

Graf 7: Porovnanie úspešnosti riešenia teoretických úloh oboch experimentálnych


285

Graf 8: Porovnanie úspešnosti riešenia chemických výpočtov oboch experimentálnych


Pri hodnotení výsledkov riešenia teoretických úloh a chemických výpo-čtov v školskom roku 2013/14 (graf 7 a 8) sa prejavila prevaha študentov vysokej školy, pretože až približne 50 % účastníkov chemickej olympiády obidve kategórie úloh nevyriešilo. Ale ani študenti vysokej školy neboli v týchto kategóriách výrazne úspešní. Iba 50 % z nich zvládlo teoretické úlohy s dobrým výsledkom (úspešnosť do 70 – 100 %) a v chemických vý-počtoch dokonca dosiahli výsledky ešte horšie; úspešnosť do 90 – 100 % nezaznamenal nikto, na rozdiel od gymnazistov, z ktorých takmer 10 % bolo úspešných na 100 %.

Z prezentovaných výsledkov vyplýva, že študenti 1. ročníka vysokej školy so zameraním na štúdium učiteľstva chémie dosiahli podľa očakáva-nia lepšie výsledky ako účastníci krajského kola chemickej olympiády ka-tegórie C (určenej žiakom 1. ročníka gymnázií), rozdiely medzi obidvomi experimentálnymi skupinami však neboli výrazné.

Výsledky riešenia praktických úloh boli v oboch skupinách porovna-teľné, napriek tomu, že žiaci 1. ročníka gymnázií majú v súčasnosti obme-dzené možnosti práce v laboratóriu, a teda menšiu možnosť nadobudnúť potrebné experimentálne zručnosti. K práci v laboratóriu sa dostanú viac až pri príprave na chemickú olympiádu v študijnom kole, napriek tomu neza-ostali diametrálne za vysokoškolskými študentmi, ktorí prešli počas dvoch semestrov intenzívnou laboratórnou prípravou.

Ukázalo sa, že najväčšie nedostatky majú obidve skupiny pri riešení chemických výpočtov, napriek tomu, že úlohy, ktoré v predložených tes-

286

toch riešili, svojou náročnosťou patrili medzi základné chemické výpočty. V skupine gymnazistov bol malý počet súťažiacich, ktorí úlohy vyriešili s vysokou úspešnosťou, veľká časť nevyriešila zadané úlohy vôbec. Vý-sledky u študentov vysokoškolákov v tejto kategórii úloh nie sú jednoznač-né, nakoľko v sledovaných ročníkoch boli odlišné, v roku 2012/13 dosiahli oveľa lepšie výsledky ako v roku 2013/14. Treba konštatovať, že chemické výpočty stále patria k najproblematickejšej časti učiva chémie vo všetkých stupňoch štúdia.

Potvrdil sa teda predpoklad, že príprava súťažiacich chemickej olym-piády v študijnom kole má dôležitý vplyv na teoretické vedomosti a predo-všetkým praktické zručnosti pri práci v laboratóriu.

PODEKOVANIE

Článok bol publikovaný s podporou projektu MŠVaV SR KEGA 004TTU-4/2013 Tvorba vzdelávacích materiálov pre pregraduálne a celoživotné vzdelávanie učiteľov chémie a pre riešiteľov úloh Chemickej olympiády.

LITERATÚRA

Linkešová, M., 2005. Vývojové trendy chemických súťaží. Bratislava: Typi Universitatis Tyrnaviensis, VEDA.

Linkešová, M., 2014. Chemická olympiáda. 50. ročník, školský rok 2013/2014. Kategória C. Krajské kolo. Praktické úlohy. [online] Dostupné na <http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/50.%20ro%C4%8Dn%C3%ADk/krajsk%C3%A9%20kolo/ch50kkcprul14.pdf> [citované 02. 07. 2014]

Linkešová, M., Brodňanská, M., 2004. Analýza praktických úloh chemickej olympiády – ich primeranosť stupňu poznania a schopnostiam súťažiacich vzhľadom na jednotlivé súťažné kategórie. In: Chemické rozhľady, 2004. Bratislava: Iuventa.

Linkešová, M., Galková, H., 2002. Analýza úloh chemickej olympiády kategórie A z hľadiska uplatnenia tvorivého myslenia. In: Acta Fac. Paed. Univ. Tyrnaviensis. Ser. D, Supplementum 1, 2002. Trnava: Trnavská univerzita v Trnave, Pedagogická fakulta.

Linkešová, M., Gužíková, M., 2001. Chemická olympiáda a jej trendy v ďalšom vzdelávaní učiteľov chémie základných škôl. In: Profil učitele chemie II. Sborník příspěvků z jednání v sekcích XI. Mezinárodní konference o výuce chemie, 2001. Univerzita Hradec Králové: Hradec Králové.

http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/50.%20ro%C4%8Dn%C3%ADk/krajsk%C3%A9%20kolo/ch50kkcprul14.pdf

http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/50.%20ro%C4%8Dn%C3%ADk/krajsk%C3%A9%20kolo/ch50kkcprul14.pdf

287

Linkešová, M., Paveleková, I., 2013. Chemická olympiáda. 49. ročník, školský rok 2012/2013. Kategória C. Krajské kolo. Praktické úlohy. [online] Dostupné na <http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/49.%20rocnik%202012-2013/ulohy%20a%20riesenia/krajske%20kolo/ch49kkcprul13.pdf> [citované 02. 07. 2014]

Linkešová, M., Reguli, J., 2005. Prieskum názorov riešiteľov chemických olympiády. In: Acta Fac. Paed. Univ Tyrnaviensis, ser. D, Supplementum 1., 2005. Trnava: Trnavská univerzita v Trnave, Pedagogická fakulta.

http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/49.%20rocnik%202012-2013/ulohy%20a%20riesenia/krajske%20kolo/ch49kkcprul13.pdf

http://www.iuventa.sk/files/documents/2_olympiady/cho/49.%20rocnik%202012-2013/ulohy%20a%20riesenia/krajske%20kolo/ch49kkcprul13.pdf

288

ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ЗАДАЧАХ ХИМИЧЕСКИХ ОЛИМПИАД И ВСТУПИТЕЛЬНЫХ

ЭКЗАМЕНОВ

Оксана Рыжова Химический факультет Московского государственного университета

им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия [email protected]

Аннотация Работа посвящена анализу материалов вступительных экзаменов по химии в Московском государственном университете и химических олимпиад школьников с 1990 по 2013 годы на предмет обнаружения и классификации задач, связанных с химией природных соединений. Аналогичное исследование проведено и по материалам заданий Единого государственного экзамена по химии. Показано, что университетские задачи значительно сложнее и разнообразнее. Они вклю-чают широкий круг соединений и реакций, требуют более фундаментальной подготовки абитуриентов. Выпускники школ, усвоившие материал по темам, связанным с природными соединениями, на уровне требований ЕГЭ и ставшие студентами, с большой вероятностью встретятся со значительными затруд-нениями при дальнейшем изучении биохимических дисциплин в вузе химического или биолого-медицинского профиля. Расчетные и качественные задачи, по-священные природным соединениям, необходимо включать в билеты вступи-тельных экзаменов и в задания школьных олимпиад по химии и широко публиковать. Это поможет не только отобрать действительно подготовлен-ных и способных абитуриентов на экзамене, но и сориентировать выпускников и учащихся предвыпускных классов, интересующихся химией и участвующих в химических олимпиадах, на более глубокое изучение тем, связанных с химией природных соединений.

Ключевые слова Фундаментальное химическое образование. Вступительные экзамены. Олимпиады школьников по химии. Природные химические соединения.

Chemistry of Natural Compounds in the Tasks of Chemistry Olympiads and Entrance Examinations

Abstract The paper analyzes materials of entrance examinations on chemistry at Moscow State University and chemistry Olympiads from 1990 to 2013 for the detection and classification of tasks related to the chemistry of natural compounds. A similar study

289

was carried out on materials of Unified State Examination on chemistry. It is shown that university tasks are significantly more complex and diverse. They include a wide range of compounds and reactions that require more fundamental training of school students. School graduates learned the material concerning to natural compounds on the level of USE requirements and have become university students, likely to meet with considerable difficulties in further study of biochemical disciplines at faculties of chemistry, biology, or medical profile. Computational and qualitative tasks dedicated to natural compounds should be included into the cards of entrance examinations and school Olympiads in chemistry and after that widely published. This will not only help to select really trained and capable applicants in the examination, but also to orient school students interested in chemistry and involved in Chemistry Olympiads, on a deeper study of topics related to the chemistry of natural compounds.

Keywords Fundamental chemical education. Entrance examinations. Chemistry Olympiads for schoolchildren. Natural compounds.

ВЕДЕНИЕ В 2009 г. в России вступил в силу закон, согласно которому

Единый государственный экзамен (ЕГЭ) стал основной формой итоговой государственной аттестации выпускников средней школы. Два экзамена – русский язык и математика –обязательны для всех, а ЕГЭ по химии является экзаменом по выбору, причем традиционно одним из наименее популярных. Например, в 2013 году из общего числа 862747 участников ЕГЭ химию сдавали только 93892 человека (Официальный сайт ЕГЭ, 2013); меньшей популярностью воспользо-вались только информатика, география, иностранные языки и лите-ратура. В ЕГЭ по химии участвуют только школьники, планирующие в дальнейшем поступление в высшие или средние специальные учебные заведения химического, биологического, медицинского или инженерного (например, строительного) профиля. Очевидно, что ос-новная часть выбравших Единый государственный экзамен по химии – это молодые люди, планирующие далее в высшей школе серьезное изучение этой дисциплины.

В образовательном сообществе России постоянной критике под-вергается положение ЕГЭ не только как единственного инструмента оценивания качества знаний выпускников, но и как единственной формы отбора абитуриентов в вузы (Kuz’menko and Ryzhova, 2013). В настоящее время Московский государственный университет (МГУ) – один из немногих российских вузов, имеющих право на проведение

290

одного дополнительного к ЕГЭ вступительного испытания по про-филю каждого из своих факультетов; соответственно, экзамен по химии сдают абитуриенты химического факультета и факультетов фундаментальной медицины и фундаментальной физико-химической инженерии. При этом до 2009 г. экзамены по химии на различные факультеты МГУ проводились в разное время и для каждого фа-культета готовились отдельные комплекты билетов, в 2009 г. до-полнительный вступительный экзамен по химии проводился только на факультете фундаментальной медицины, а с 2010 г. всем аби-туриентам МГУ предлагается единое задание по химии. За период с 1990 по 2013 год накоплен и опубликован (Кузьменко, Еремин, Чуранов, 2001), (Кузьменко, Теренин, Рыжова, 2006) и (Кузьменко, Теренин, Рыжова, 2012) большой массив заданий вступительных экзаменов по химии и федеральных олимпиад «Ломоносов» и «Покори Воробьевы горы!», организуемых и проводимых МГУ. В настоящей работе на примере достаточно узкой предметной области, а именно химии природных соединений, предпринята попытка сравнить мате-риалы вступительных экзаменов и олимпиад, с одной стороны, и за-дания ЕГЭ, с другой.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ НА ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Исследования в области природных соединений – одна из наи-более динамичных отраслей химии, развивающаяся на стыке наук, что находит отражение в самих названиях «биохимия» или «биомеди-цинская химия». Прогресс современных инструментальных методов исследования, в частности хромато-масс-спектрометрии, сделал воз-можным развитие таких направлений, как протеомика, липидомика и гликомика. Их значение для биологии и медицины трудно пере-оценить – это современные и высокоэффективные средства диагнос-тики заболеваний и токсических воздействий на организм, а также надежные методы мониторинга результатов лечения.

Чтобы использовать новейшие методы в научной или практи-ческой деятельности, нужно ими овладеть, а это невозможно без освоения базовых фундаментальных дисциплин. Химия белков, жиров и углеводов является важным разделом курса органической химии и для студентов-химиков, и для биологов и медиков. Общие курсы «Биохимия» и «Биоорганическая химия», а также специализированные курсы (например, «Химия биополимеров», «Медицинская химия»)

291

базируются на этих разделах химической науки. Однако анализ работ абитуриентов и участников школьных химических олимпиад позволяет говорить о трудности усвоения тем «Аминокислоты и белки», «Жиры» и «Углеводы». Школьники испытывают затруднения при написании структурных формул простейших природных соединений и хими-ческих реакций с их участием. Более того, это одна из самых «нелюбимых» выпускниками и абитуриентами тем школьной химии. Налицо явное противоречие между важной ролью и местом при-родных химических соединений в учебных программах по химии в высшей школе и негативным отношением к этим темам учащихся средней школы. В связи с этим, мы попытались выяснить, насколько полно представлены темы, касающиеся природных соединений, в за-даниях вступительных экзаменов по химии и в задачах химических олимпиад в МГУ.

В программе вступительных экзаменов по химии для поступа-ющих в МГУ углеводам уделено достаточно внимания: «Углеводы. Моносахариды: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза. Цикли-ческие формы моносахаридов. Понятие о пространственных изомерах углеводов. Дисахариды: целлобиоза, мальтоза, сахароза. Поли-сахариды: крахмал, целлюлоза». Раздел программы, посвященный аминокислотам и белкам, формулируется следующим образом: «Аминокислоты: глицин, аланин, цистеин, серин, фенилаланин, тиро-зин, лизин, глутаминовая кислота. Пептиды. Представление о струк-туре белков». Тема «Жиры» в «Программе для поступающих в МГУ» привязана к карбоновым кислотам: «Карбоновые кислоты. Пре-дельные, непредельные и ароматические кислоты. Моно- и дикарбо-новые кислоты. Производные карбоновых кислот: соли, ангидриды, галогенангидриды, сложные эфиры, амиды. Жиры». Нуклеиновые кислоты также отражены в программе: «Пиррол. Пиридин. Пиримиди-новые и пуриновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Представление о структуре нуклеиновых кислот» (Кузьменко, Рыжова, Теренин, 2012).

Мы проанализировали все опубликованные задания универси-тетских экзаменов и олимпиад по химии за 1990-2013 годы – это практически 2000 задач, расчетных и качественных, и отобрали задания как полностью посвященные природным соединениям, так и те, в которых они упоминаются (скажем, в качестве промежу-точного звена в цепочке превращений). Если на экзамене или олим-пиаде предлагалось несколько вариантов билета со схожими заданиями, мы учитывали их как одну задачу. В качестве иллюстрации нашего

292

подхода ниже представлены два варианта задачи, предлагавшейся в 2005 г. на вступительном экзамене по химии на факультет почво-ведения.

При полном гидролизе трипептида образовались три амино-кислоты: глицин, серин и тирозин, а при частичном гидролизе – два дипептида с молекулярными массами 162 и 238. Напишите струк-турные формулы дипептидов. Установите возможную последова-тельность аминокислот в трипептиде.

При полном гидролизе трипептида образовались три амино-кислоты: фенилаланин, цистеин и аланин, а при частичном гидролизе – два дипептида с молекулярными массами 192 и 268. Напишите структурные формулы дипептидов. Установите возможную после-довательность аминокислот в трипептиде.

Очевидно, что приведенные выше задания совершенно идентичны с точки зрения методики решения. Подобные вариации рассматри-вались нами как одно задание. Точно так же нами не принимались в расчет повторения одной и той же задачи в разные годы.

Задачи на углеводы встречаются, за редким исключением, еже-годно. Из массива задач мы отобрали полностью посвященные углеводам, или же те, в которых присутствуют углеводы. В результате было выявлено 45 «углеводных» задач, разнообразных как по рас-сматриваемым объектам, так и по степени сложности. Мы класси-фицировали их следующим образом. В первую группу были выделены задания, посвященные химическим свойствам и строению углеводов, не требующие проведения расчетов: цепочки превращений (7 задач); задачи на синтез различных веществ из углеводов (6 задач); задачи на химические способы распознавания углеводов (3 задачи); задачи на обсуждение возможности реакции между веществами (2 задачи); задачи на установление структуры углевода по химическим свойствам (3 задачи); задачи на написание структурных формул углеводов или установление формулы гомологического ряда (6 задач). Во вторую группу мы выделили расчетные задания: задачи на расчеты по урав-нениям реакций (10 задач); задачи на установление структуры угле-вода с использованием количественных данных (6 задач).

Экзаменационные задачи полностью охватывают соответствую-щий раздел программы вступительных экзаменов по химии в МГУ. Объектами заданий, кроме традиционных для школы глюкозы, фрук-тозы, сахарозы и крахмала, являются и другие моно-, ди-, олиго- и полисахариды, например, рибоза и дезоксирибоза, мальтоза, целло-биоза, лактоза и целлюлоза. В задачах встречаются тетрозы, три-

293

сахариды, построенные с участием дезоксигексоз, различные олиго-сахариды. Анализ материала показал разнообразие химических реакций углеводов, задействованных в задачах. Например, использованы три реакции брожения глюкозы – спиртовое, молочнокислое и масляно-кислое брожение. Используются реакции получения простых и слож-ных эфиров углеводов. Очень важно, что в экзаменационных билетах присутствуют задания на нуклеозиды и нуклеотиды, для решения которых также необходимо владение разделом «Углеводы». Нам удалось обнаружить 19 задач, посвященных нуклеотидам и нуклео-зидам, в основном это расчетные задания на установление состава с последующей идентификацией соединения.

Задачи по теме «Аминокислоты и белки» присутствовали в мате-риалах экзаменов практически ежегодно (за четырьмя исключениями). Всего нами было обнаружено 68 задач, которые были классифи-цированы аналогично «углеводным» задачам. К первой группе мы отнесли цепочки превращений (21 задача), задачи на синтез раз-личных веществ из аминокислот (3 задачи), задачи на химические способы распознавания аминокислот и пептидов (2 задачи), задачи на обсуждение возможности реакции между веществами (11 задач), задачи на установление структуры аминокислот и пептидов по хими-ческим свойствам (2 задачи) и, наконец, задания, в которых требуется написать структурные формулы аминокислот и белков или установить формулу соответствующего гомологического ряда (12 задач).

Во вторую группу мы выделили расчетные задания, т. е. задачи на расчеты по уравнениям реакций и задачи на установление структуры аминокислоты или пептида с использованием количественных данных (17 задач). Примером может служить классическая задача на гидролиз дипептида, за рассматриваемый промежуток времени многократно (с небольшими вариациями) использованная в комплектах заданий вступительных экзаменов и олимпиад. В частности, на экзамене на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ в 2003 г. она имела следующий вид.

При нагревании природного дипептида с концентрированной сол-яной кислотой образовались два продукта; массовая доля хлора в одном из них составила 22.54%. При реакции этого же дипептида с разбавленной соляной кислотой образовался продукт, в котором массовая доля хлора равна 15.54%. Установите аминокислотный состав дипептида, напишите для него две возможные структурные формулы.

294

В вариантах вступительных экзаменов преобладают задания, отно-сящиеся к первой группе, причем чаще всего встречаются цепочки превращений, а из объектов – аминокислоты. Важно отметить, что присутствуют задания, посвященные структурной, межклассовой и оптической изомерии аминокислот. Объектами заданий, кроме собственно традиционных аминокислот, являлись также пептиды (дипептиды, трипептиды, тетрапептиды, в 2002 г. на медицинском факультете встретился даже пентапептид). Как и следовало ожидать, количество заданий на индивидуальные аминокислоты значительно превышает количество заданий на белки.

В целом, отобранный массив задач полностью охватывает соответ-ствующий раздел «Программы по химии для поступающих в МГУ».

В заданиях экзаменов и олимпиад МГУ жиры представлены далеко не так широко – нами были обнаружены всего девять экзамена-ционных и олимпиадных задач на эту тему, восемь из которых являются расчетными. Вероятно, жиры представлены так скромно из-за особенности заданий на эту тему – расчетные задания на жиры требуют объемного решения, в них, чаще всего, необходимо устано-вить формулу и(или) структуру жира методом подбора (строго говоря, с точки зрения математики нужно решить задачу с параметром), а для этого, как известно, необходимо большое количество времени, которое на экзамене ограничено. В качестве примера подобных «емких» за-даний приведем следующие задачи. Первая была предложена на био-логическом факультете в 1991 году.

13.32 г твердого животного жира (триглицирида) полностью растворили при нагревании с 38 мл 25%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1.18). Избыток щелочи нейтрализовали 40.2 мл 12%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1.06). При после-дующем избыточном подкислении раствора выделяется 10.8 г не-растворимого в воде вещества. Установите возможную формулу жира.

Вторая задача предлагалась на заочном туре олимпиады «Ломо-носов» в 2013 году.

Особое место среди животных жиров занимает молочный жир, содержание которого в коровьем масле достигает 81.0-82.5 %. Для полного гидролиза образца одного из триглицеридов, входящих в со-став молочного жира, массой 16.08 г потребовалось 11.4 мл 25 %-ного раствора гидроксида калия плотностью 1.18 г/мл. Полученный раствор обесцветил бромную воду; образовавшееся при этом произ-водное содержит 36.2 % брома по массе. Предположите возможную

295

формулу триглицерида, приведите аргументированное решение. Что будет наблюдаться при подкислении раствора, содержащего про-дукты омыления триглицерида?

Вышеприведенные задачи «тяжеловесны» и действительно тре-буют продолжительного решения. Однако можно составить и пред-ложить школьникам на олимпиаде или экзамене достаточно просто и быстро решающиеся задачи на жиры. Примером может служить следующая задача из экзаменационного билета 2004 г. на факультете фундаментальной медицины.

Полное омыление жира привело к образованию единственной ка-лиевой соли карбоновой кислоты массой 44.1 г. Определите струк-турную формулу жира.

ЗАДАНИЯ НА ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ ЕГЭ

Следующая часть нашего исследования была посвящена содержа-тельному анализу популярных пособий по подготовке к ЕГЭ по химии (Дроздов, Еремин, 2012) и (Каверина, Добротин, Медведев, 2010), содержащих примерно по тысяче задач каждое. В материалах для подготовки к ЕГЭ тема «Аминокислоты и белки» представлена до-вольно широко, однако там полностью отсутствуют расчетные задачи с участием аминокислот и пептидов, и не представлены задания на различные формы изомерии аминокислот. Приведем три характерные задачи с участием аминокислот и пептидов.

Верны ли следующие утверждения о белках? А. Белки образуются при поликонденсации аминокислот. Б. В состав белков входят только α-аминокислоты.

Дипептид образуется при взаимодействии глицина с 1) гидроксидом натрия; 2) аланином; 3) метиламином; 4) аспарагиновой кислотой; 5) соляной кислотой При гидролизе белка 1) происходит разрыв пептидных связей; 2) образуются пептиды и аминокислоты; 3) выделяется вода; 4) расходуется вода; 5) выделяется водород; 6) выделяется углекислый газ.

296

В материалах для подготовки к ЕГЭ задания на жиры чрезвычайно редки и все они – качественные, например:

Соединения, общая формула которых CnH2nO2, принадлежат к 1) простым эфирам и жирам; 2) карбоновым кислотам и многоатомным спиртам; 3) карбоновым кислотам и сложным эфирам; 4) сложным эфирам и многоатомным спиртам. В приведенном примере жир фигурирует в качестве непра-

вильного ответа. В пособии (Дроздов, Еремин, 2012) среди предложенных заданий

тестовой части А присутствует четырнадцать заданий на тему «Углеводы». Объектом заданий является в основном глюкоза, реже – сахароза, один раз встретилась целлюлоза как сырье для производства ацетатного волокна. Подавляющее большинство заданий «обыгрывает» способность глюкозы вступать в реакцию «серебряного зеркала», имеются задания на взаимодействие углеводов со свежеосажденным гидроксидом меди (II), встречаются задания на спиртовое брожение глюкозы. Обсуждается возможность гидролиза сахарозы с получе-нием моносахаридов. В заданиях частей В и С присутствует един-ственная задача на углеводы.

Смешали 200 г 20%-го и 500 г 10%-го растворов глюкозы. Вычислите массовую долю глюкозы в полученном растворе (в %).

Очевидно, что в подобном задании вместо глюкозы могло быть упомянуто любое другое растворимое в воде вещество, например, поваренная соль, поэтому приходится констатировать отсутствие «углеводных» заданий в частях В и С пособия Дроздова и Еремина.

В книге (Каверина, Добротин, Медведев, 2010) тема «Углеводы» представлена девятью заданиями на выбор правильного ответа. Приведем два примера подобных задач.

Природным полимером является: 1) полиэтилен, 2) поливинилхлорид, 3) крахмал, 4) полистирол. Полисахаридом является: 1) глюкоза, 2) рибоза, 3) сахароза, 4) крахмал.

297

В задачах задействованы реакции «серебряного зеркала», спирто-вого брожения, реакция с Cu(OH)2. Объектами заданий являются глюкоза, сахароза, целлюлоза, фруктоза, крахмал, один раз упомянута рибоза.

В двух рассмотренных книгах по подготовке к ЕГЭ мы не об-наружили заданий, связанных с нуклеотидами, нуклеозидами или ну-клеиновыми кислотами.

ВЫВОДЫ Представленный материал показывает, что школьники, целе-

направленно готовившиеся к сдаче ЕГЭ по химии и успешно его преодолевшие, могут не справиться с заданиями университетского вступительного экзамена по химии, посвященными природным соеди-нениям, просто потому, что налицо большой разрыв в уровнях требо-ваний, предъявляемых этими двумя различными формами проверки знаний. Более того, выпускники, успешно усвоившие материал по темам, связанным с природными соединениями, на уровне требований ЕГЭ, и ставшие студентами, с большой вероятностью встретятся со значительными, иногда – непреодолимыми затруднениями при дальнейшем изучении биохимических дисциплин в вузе химического или биолого-медицинского профиля.

Именно поэтому мы считаем, что задачи (качественные и, в особенности, расчетные) на вышеупомянутые темы необходимо включать в билеты вступительных экзаменов и в комплекты заданий школьных олимпиад по химии и затем широко публиковать. Это по-может не только отобрать на вступительных экзаменах в университет действительно подготовленных и способных абитуриентов, но и со-риентировать выпускников и учащихся предвыпускных классов, ин-тересующихся химией и участвующих в школьных химических олимпиадах, на более глубокое изучение тем, связанных с химией природных соединений.


Дроздов, А. А., Еремин, В. В., 2010. Пособие для подготовки к ЕГЭ по химии. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний.

Каверина А. А., Добротин Д. Ю., Медведев Ю. Н., 2012. ЕГЭ по химии. 11 класс (учебное пособие). Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний.

298

Кузьменко, Н. Е., Еремин, В. В., Чуранов, С. С., 2001. Сборник конкурсных задач по химии. Москва: Экзамен.

Кузьменко, Н. Е., Теренин, В. И., Рыжова, О. Н., 2006. Химия: формулы успеха на вступительных экзаменах. Москва: Издател Официальный информационный портал Единого государственного экзамена http://www.ege.edu.ru/ru/main/satistics-ege/

Статистика ЕГЭ за 2013 год. Официальный информационный портал Единого государственного экзамена. [online] Адрес доступа <http://www.ege.edu.ru/ru/main/satistics-ege/> [Дата обращения 10 июля 2014]

299

VÝZKUM ÚČINNOSTI VÝUKY V SEMINÁŘÍCH, LABORATORNÍCH CVIČENÍCH A PŘEDNÁŠKÁCH

Z ANALYTICKÉ CHEMIE

Luděk Jančář, Irena Jančářová Pedagogická fakulta, Masarykova univerzita, Brno, Česká republika

[email protected] Agronomická fakulta, Mendelova univerzita, Brno, Česká republika

[email protected]

Abstrakt S využitím didaktických testů byla na reprezentativním vzorku studentů Agronomické fakulty a Zahradnické fakulty Mendelovy univerzity v Brně ověřena efektivita a účinnost pedagogického procesu při výuce analytické chemie v rámci předmětu Chemie anorga-nická a analytická. Obsahem testu bylo učivo analytické chemie, probírané v daném semestru v rámci seminářů, laboratorních cvičení a přednášek. Stěžejním kritériem při vyhodnocování výsledků testů byla analýza obtížnosti otázek jednotlivých částí analytic-ké chemie s cílem následného přizpůsobení výuky zejména u obtížnějších témat. Testy byly vyhodnocovány jednak z pohledu nejobtížnější a nejjednodušší otázky a jednak z pohledu zlepšení a zhoršení správnosti odpovědí při testu psaném v rámci zkoušky z daného předmětu Chemie anorganická a analytická oproti testu psanému v posledním týdnu výuky v semestru a to vždy zvlášť pro otázky z jednotlivých forem výuky analytické chemie (semináře, laboratorní cvičení, přednášky).

Klíčová slova Výuka; analytická chemie; didaktické testy; analýza otázek; efektivita výukového procesu.

The Research of the Efficiency of the Education on Seminars, Laboratory Exercises and Lectures from the Analytical Chemistry

Abstract The effectivity of the educational process of the analytical chemistry education in subject of Inorganic and analytical chemistry on the representative sample of students of the Faculty of Agronomics and the Faculty of Horticulture of the Mendel’s university in Brno using didactic tests was verified. Contents of tests were questions from various chapters of the analytical chemistry discussed on seminars, laboratory exercises and lectures during the semester. The main criterion of the evaluation of tests results was the analysis of the difficulty of questions from individual parts of the analytical

300

chemistry education (seminars, laboratory exercises, lectures) with setting a target to adapt the education of especially difficult parts. Tests were evaluated from the point of view of the most difficult or the most simple question and from the point of view of the improvement or the worsening of the correctness of answers between the test written as the part of the exam from the given subject and the test witten in the last week of the education in the semester, separate for questions from the individual forms of the analytical chemistry education (seminars, laboratory exercises, lectures).

Keywords Education; analytical chemistry; didactic tests; questions analysis; effectivity of educational process.

ÚVOD

U studentů Agronomické fakulty (AF) oboru Technologie potravin (TP) a Zahradnické fakulty (ZF) oboru Zahradnictví (Za) Mendelovy univerzity v Brně byla využita, za účelem zjištění efektivity pedagogického procesu při výuce analytické chemie v rámci předmětu Chemie anorganická a ana-lytická, metoda didaktických testů. Výsledky výzkumu, z hlediska úspěš-nosti jednotlivých studentů, studijních skupin, studijních oborů a forem výuky (seminář, laboratorní cvičení, přednášky), byly shrnuty v publikaci (Jančář a Jančářová, 2013).

Na rozdíl od zmiňované publikace (Jančář a Jančářová, 2013) se tato práce zaměřila na výše uvedenou problematiku účinnosti a efektivity výuky z jiné stránky a to z hlediska analýzy obtížnosti otázek z jednotlivých kapi-tol analytické chemie. K výzkumu byla opět využita metoda analýzy testo-vých otázek a jeho cílem bylo následné přizpůsobení výuky v dalších letech s ohledem na nalezené obtížnější části učiva.

METODIKA

Náplň předmětu Chemie anorganická a analytická Předmět Chemie anorganická a analytická absolvují studenti baka-

lářského studijního programu Technologie potravin AF i Zahradnictví ZF v 1. semestru studia ve formě 2 hod. přednášek, 2 hod. laboratorních cviče-ní a 2 hod. seminářů týdně.

Náplň seminářů 1. semestru studentů 1. ročníku bakalářského studia oboru TP i Zda byla stejná, studenti na nich byli seznamováni jednak s vý-počty koncentrací a jejich vzájemnými přepočty, včetně jednotek a jejich

301

převádění, jednak s výpočty v odměrné analýze a v neposlední řadě s vý-počty pH silných a slabých protolytů. Na semináři nešlo jen o pouhé me-morování a vysvětlování látky ze strany vyučujícího, ale studenti byli aktivně zapojeni do problematiky chemických výpočtů (výpočty příkladů samotnými studenty u tabule, okamžitá konzultace příčin případných ne-správných výsledků či postupů u ostatních studentů atd.). Zpětná kontrola úspěšnosti pochopení učiva byla během semestru uskutečňována pravidelně každý týden ve formě psaní testů.

Praktická část předmětu Chemie anorganická a analytická proběhla ve formě laboratorního cvičení s povinností studentů vyhodnotit analýzu s vy-užitím poznatků nabytých na seminářích či přednáškách. V případě ne-správného vyhodnocení experimentálních dat byli studenti na chyby v laboratorním cvičení opět upozorňováni. Náplň laboratorního cvičení tvo-řily úlohy z kvalitativní i kvantitativní analýzy. Kvalitativní analýza byla zastoupena pouze jedinou úlohou a to důkazovými reakcemi kationtů a aniontů, rovněž úlohu z gravimetrie absolvovali studenti pouze ve formě jedné úlohy. Většinu úloh tvořily úlohy z odměrné analýzy (titrace acido-bazické, komplexometrické, srážecí a oxidačně-redukční). Z instrumentál-ních metod byly do laboratorních cvičení zařazeny dvě úlohy z molekulové absorpční spektrometrie a úloha z přímé potenciometrie (měření pH rozto-ků) byla studentům pouze demonstrována.

Přednášky probíhaly klasickou formou náslechu a zápisů, bez zpětné vazby s vyučujícím. Náplní přednášek byly zejména teoretické základy analytické chemie, kvalitativní analýza a metody klasické chemické a in-strumentální analýzy.

Didaktický test Pro účely výzkumu byl pro studenty vypracován didaktický test, s do-

statečnou obsahovou validitou, jehož náplní byla výše uvedená problema-tika probíraná v daném semestru v seminářích, laboratorních cvičeních a přednáškách s využitím příslušné literatury (Jančářová a Jančář, 2003), (Jančářová, 2009) a (Jančářová, 2012).

Didaktický test byl tvořen 30 otázkami, ze 3 okruhů (semináře, labora-torní cvičení a přednášky) vždy po 10 otázkách se 4 možnými odpověďmi, přičemž jedna z odpovědí byla správná. Čas na absolvování testu byl sta-noven na 20 minut.

Studenti oborů TP (40 studentů) a Za (10 studentů) 1. ročníku 1. semes-tru bakalářského studia (1RBS) psali test dvakrát. Poprvé (bez předchozího

302

upozornění) v posledním týdnu semestru bezprostředně po ukončení výuky (1. test) a pro srovnání pak podruhé (opět bez předchozího upozornění) v rámci zkoušky z předmětu Chemie anorganická a analytická, tedy už při zapojení samostudia ze strany studentů (2. test).

Stejný test byl zadán, pro zajímavost (zažití a osvojení si či zapomenutí učiva) s odstupem 2 let od absolvování předmětu, také studentům 1. roční-ku navazujícího magisterského studia (1RNMS) oboru Technologie potra-vin (21 studentů) a výsledky testů byly z hlediska obtížnosti (náročnosti) otázek srovnány.

VÝSLEDKY A DISKUSE

Testy psané všemi studenty (1RBS a 1RNMS – 121 testů) byly vyhod-noceny z pohledu nejobtížnější či nejjednodušší otázky vždy v rámci jednotlivých částí testu (seminář, laboratorní cvičení, přednášky) a výsledky jsou uvede-ny na obrázku 1 a v tabulce 1.

Testy psané studenty 1. ročníku bakalářského studia (1RBS – 100 testů) byly navíc analyzovány z pohledu zlepšení či zhoršení úspěšnosti odpovědí na otázky (po napsání druhého testu spojeného už s přípravou na zkoušku) opět pro jednotlivé části testu. Otázky s největším zlepšením, resp. s nej-větším zhoršením jsou pro jednotlivé části testu (seminář, laboratorní cvi-čení, přednášky) uvedeny na obrázku 2 a v tabulce 1.

Obrázek 1: Analýza obtížnosti otázek (seminář, laboratorní cvičení, přednášky).

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Otázka č.

%

Seminář Laboratorní cvičení Přednášky

ø

303

Tabulka 1: Přehled obtížnosti otázek.

Část

Nejjednodušší

otázka

Nejobtížnější

Otázka

Největší

zlepšení, otázka

Největší

zhoršení, otázka

č.

% č. % č. o % č. o %

Seminář

8 95,0 2 55,4 3 10,0 1 -46,0

Labor. cvičení

1 88,4 5 36,4 10 46,0 3 -4,0

Přednášky

5 a 7 83,5 9 37,2 3 42,0 – –

Obrázek 2: Analýza otázek z hlediska největšího zlepšení, příp. zhoršení.

Analýza obtížnosti otázek Vyhodnocení výsledků všech psaných testů (1RBS a 1RNMS) z pohledu

nejobtížnější či nejjednodušší otázky (viz obrázek 1 a tabulka 1) týkající se:

-50,0

-30,0

-10,0

10,0

30,0

50,0

70,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Otázka č.

%

Seminář Laboratorní cvičení Přednášky

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ø

304

a) seminářů Ve všech případech sumárně, bez ohledu na obor a ročník, tzn. 1RBS

i 1RNMS, nejvíce správných odpovědí bylo u otázky č. 8 (95,0 %), otázky jednoduché, týkající se různých vyjádření hmotnostní koncentrace, z toho u 1RBS 96,0 % a u 1RNMS 90,5 %.

Nejmenší úspěšnost u studentů (1RBS) měla paradoxně otázka č. 2 (60,0 %) týkající se opět hmotnostní koncentrace, ovšem tentokrát z pohle-du převádění jednotek. Minimální počet správných odpovědí byl u této otázky zřejmě pro to, že jednotky hmotnostní koncentrace (základní a dílčí) problémy při převádění činí a navíc jednotka μg, použitá v otázce, je pro studenty 1. ročníku málo frekventovaná a tudíž studenty nezažitá. U (1RNMS) se jako nejméně úspěšná ukázala otázka č. 5 (28,8 %), která spadá mezi výjimky výpočtů pH a to sice výpočty pH kyseliny sírové. Celkově nejmenší úspěšnost (1RBS a 1RNMS) dosáhla otázka č. 2 a to 55,4 %.

b) laboratorních cvičení Nejčastěji správně zodpovězenou otázkou byla otázka č. 1 (88,4 %)

z problematiky acidobazických indikátorů a to opět všemi studenty (tzn. 1RBS a 1RNMS), z toho u 1RBS 88,0 % a u 1RNMS 90,5 %. Důvod je přirozený, neboť acidobazické titrace a acidobazické indikátory patří mezi nejčastěji používané metody a pojmy odměrné analýzy při praktických cvi-čeních studentů, tudíž studenty už patřičně zažité.

Nejproblematičtější otázkou týkající se laboratorních cvičení byla u studentů (1RBS) otázka č. 5 (35,0 %) z kvalitativní analýzy, související s klasifikací analytických činidel. Důvodem může být zařazení pouze jedné úlohy z kvalitativní analýzy do laboratorního cvičení a navíc úlohy s důka-zovými reakcemi vždy jen jednoho z iontů různými činidly, nikoliv důka-zové reakce iontů ve směsích za pomoci skupinových a selektivních činidel, kde by se ukázaly účinky analytických činidel a rozdíly mezi nimi. Tudíž zde studenti tvořili odpovědi spíše z momentálních teoretických zna-lostí o analytických činidlech, nikoliv z praktických zkušeností. U studentů (1RNMS) se jako nejproblematičtější ukázala otázka č. 7 (23,8 %), souvi-sející s indikací bodu ekvivalence v argentometrii. U studentů oboru Tech-nologie potravin je tento fakt poměrně překvapující, neboť jde v praxi o poměrně často využívanou metodu odměrné analýzy ke stanovení chlori-dů. Celkově nejmenší úspěšnost (1RBS a 1RNMS) dosáhla otázka č. 2 a to 36,4 %.

305

c) přednášek Největší úspěšnost ve všech případech (tzn. studenti (1RBS) i (1RNMS))

měla otázka č. 5 (83,5 %) týkající se správného výběru komplexotvorné reakce ze 4 možných typů analytických reakcí, z toho u 1RBS 81,0 %, a u 1RNMS 95,2 %. Úspěšnost v této otázce je možné přisuzovat nejspíše charakteristickému psaní komplexních sloučenin v hranaté závorce anebo znalosti frekventovanějších (studenty častěji používaných) acidobazických a oxidačně-redukčních reakcí, z nichž byla odpověď také volena.

Stejnou úspěšnost (83,5 %) měla však také otázka č. 7 o rozkladech vzorků k analýze, z toho u 1RBS 84,0 %, a u 1RNMS 80,9 %. Na pocho-pení pro studenty je to problematika velmi jednoduchá, otázka byla polože-na ovšem v záporu, což zase svědčí o dobrém koncentrování se studentů na test, neboť otázky tohoto typu bývají, statisticky dáno, většinou obtížnější a s tzv. přehlédnutým zadáním.

Nejnižší úspěšnost byla zaznamenána u otázky č. 9 (37,2 %) týkající se konstanty stability, z toho u 1RBS 41,0 %, a u 1RNMS 19,0 %, což je čistě otázka z teoretických základů analytické chemie, bez jakékoliv, v rámci výuky, další aplikace a kontinuity (např. na rozdíl od rovnovážných kon-stant popisujících jiné analytické reakce, ale následně s větší frekvencí vy-užití – disociační konstanty, elektrodové potenciály atd.).

Analýza zlepšení úspěšnosti řešení otázek ve 2. testech Vyhodnocení výsledků testů (1RBS) z pohledu zlepšení či zhoršení

úspěšnosti odpovědí (viz obrázek 2 a tabulka 1) na otázky (po napsání dru-hého testu spojeného už s přípravou na zkoušku) týkajících se problematiky probírané v:

a) seminářích Největší zlepšení ve správných odpovědích bylo u otázky č. 3 (o 10,0 %),

související s vyjádřením gravimetrického faktoru. S vážkovou analýzou jsou studenti seznamováni prakticky v laboratorním cvičení pouze jednou úlohou a rovněž o gravimetrických výpočtech jsou informováni na semináři jen okrajově, takže studenti nemají prostor na zažití a osvojení si dané pro-blematiky jejím častějším využitím a použitím, čímž jde jen o nárazové osvojení si učiva. K největšímu zhoršení úspěšnosti správných odpovědí v rámci druhého testu došlo u otázky č. 1 (o -46,0 %), což byl dotaz na vý-počet pH slabého protolytu. Jde o problematiku po probrání v semestru už více se neopakující, bez návaznosti na jiné výpočty, popř. teoretické zna-losti. I přes výrazné zhoršení při 2. testu měla tato otázka úspěšnost 50,0 %.

306

b) laboratorních cvičeních K markantnímu zlepšení (o 46,0 % a 44,0 %) došlo u otázek č. 10 a č. 2

(měrný článek a gradientová eluce), což je dáno tím, že studenti museli vě-novat této problematice v rámci přípravy na zkoušku hodně času, neboť jde o otázky teoretického charakteru či spojené s pouhou demonstrací úloh v laboratorním cvičení, nikoliv s praktickým absolvováním úloh, a studenti tedy nemají žádné reálné zkušenosti. K největšímu zhoršení procentuálního zastoupení správných odpovědí (statisticky ale málo významnému o -4,0 %), došlo u otázky č. 3, otázky spojené se základními látkami ke stan-dardizaci v acidimetrii. Úspěšnost této otázky při 2. testu byla, i v rámci tohoto mírného zhoršení, ale nadprůměrná (64,0 %).

c) přednáškách Studenti se ve všech odpovědích na otázky (bez výjimky) zlepšili a to

až o 42,0 %, což bylo zlepšení u otázky č. 3 týkající se chromatografie. Ta-to otázka náleží do skupiny otázek z metod instrumentální analýzy, které jsou obecně pro studenty hůře zvládatelné. Otázka č. 3 zaznamenala sice vysoké procento zlepšení, ale i přes zlepšení, dosáhla v 2. testu úspěšnosti pouze 62,0 %. O zhoršení úspěšnosti správných odpovědí nelze mluvit, ne-boť u všech otázek došlo vždy pouze ke zlepšení a to o 8,0 – 42,0 %.

ZÁVĚR

Z výsledků hodnocených testů je patrné, že nejvyšší procento úspěšnos-ti zaznamenávají otázky s problematikou, v rámci výuky opakovanou a vzájemně související, či otázky, které jsou spojeny s praktickým absolvo-váním úloh v laboratorním cvičení a tedy s aktivním zapojením studentů. Nejnižší úspěšnost mají otázky, a to se týká všech okruhů, jednorázově probíraných problematik, popř. problematik bez dalších návazností a mož-ností postupného vstřebávání informací. Rovněž minimální efekt a přínos pro studenty, z hlediska osvojení si učiva a zapamatování informací, mají pouhé demonstrace či prezentace s ukázkami, čili způsoby a formy výuky bez aktivního zapojení se studentů, i když jde o zajímavé oblasti učiva.

Pozitivní a trvalý efekt výuky naopak lze tedy očekávat tam, kde jsou studenti aktivně zapojeni do výukového procesu, ať už aktivním působením a osvojováním si teorie na semináři nebo v rámci absolvování praktických úloh v laboratorním cvičení, v obou případech spojených s následnou apli-kací získaných znalostí.

307

LITERATURA

Jančář, L., Jančářová, I., 2013. Výzkum efektivity a dopadu pedagogického procesu u studentů Mendelovy univerzity v Brně. In: XXXI International Colloquium on the Management of Educational Process. Brno: Univerzita obrany.

Jančářová, I., Jančář, L., 2003. Analytická chemie. Brno: MZLU.

Jančářová, I., Jančář, L., 2009. Základní chemické výpočty. 2. vydání. Brno: MZLU.

Jančářová, I., Jančář, L., 2012. Anorganická a analytická chemie. Laboratorní cvičení. Brno: Mendelova univerzita, 162 s.

308

PRAKTICKÁ MATURITA Z CHEMIE JAKO VŠEOBECNĚ VZDĚLÁVACÍHO PŘEDMĚTU

Petr Koloros Gymnázium Pierra de Coubertina, Tábor, Česká republika

[email protected]

Abstrakt V návrhu nové maturity (2004) jsou jako jeden z cílů, které se hodnotí, experimentální dovednosti. Stačí tedy upravit jako náročnější variantu některou z laboratorních prací nejlépe kvantitativního charakteru, kterou už žáci absolvovali. Práce je rozdělena na jednotlivé úkony, doplněna otázkami a vše je hodnoceno body. Podíl laboratorní techni-ky představuje 10% z celkového počtu bodů. Aby byla zkouška úplná, žáci píší ještě test za širšího učiva chemie. Toto pojetí závěrečné zkoušky by mělo přispět k pozitivnímu přístupu k chemii, jako experimentální vědě.

Klíčová slova Nová maturita z chemie, experimentální dovednosti.

Practical Approach to the Final Exam from Chemistry at the High School

Abstract Experimental skills are one of the goals which are evaluated in proposal for the New Final Exam at the high school (2004). An adaptation of a common laboratory task that students have already done can stand as a practical exam of higher difficulty. The practical exam is divided to few parts accompanied with respective questions where each part is evaluated with points. A part about laboratory technics stands for 10 percent of total points. To complete the exam a written test from broad chemistry knowledge is required at the end of the Final Exam. This approach to the Final Exam from chemistry should contribute to understanding chemistry as an experimental science.

Keywords The new high school’s Final Exam from chemistry, experimental skills.

Z názvu článku je znát že je užitečné se vymezit proti chemickým ško-lám, pro které jsou významná témata, která souvisí s konkrétním prak-tickým zaměřením jednotlivých oborů. Na gymnáziích by se měla

309

v praktických maturitách objevit témata klasických laboratorních prací upravená do náročnější podoby, která se dobře hodnotí. Inspirací by mohly být úkoly z chemické olympiády. Zvlášť je třeba udílet body za laboratorní techniku (10 %). Samozřejmostí je zadávání podobných témat, která už žá-ci v průběhu učení absolvovali, aby se nestávalo, že se s úkolem na zpětnou titraci, nebo s použitím kolorimetru setkávají poprvé až u maturity.

Nevýhodou pro maturanty je absence empirických metod ve vyučování obecně, které chybí v RVP a tedy i v následujících ŠVP a tím tedy i v běž-né výuce. Tato situace navozuje dojem, že práce ve školní laboratoři je ja-kási nadstavba k tradiční výuce, což značně snižuje motivaci k praktické činnosti.

Katalog cílových požadavků ke společné části maturitní zkoušky z roku 2000 obsahuje ke všem tematickým okruhům cílové kompetence. Jedno-tlivé tematické podskupiny obsahují specifické cíle a mimo jiné vždy též za (C) Pozorování a experimentování. Žák má však vždy popsat nebo navrhnout pokus, případně vyhledat určité hodnoty v tabulkách. Slova na-vrhnout a provést pokus jsou obsažena pouze v úvodu výše uvedené ka-tegorie C. Obecně je to formulováno jako základní práce v chemické laboratoři, důkaz vybraných prvků a sloučenin a pokusů, které dokládají určitou vlastnost, jev, či děj. Tato oblast už dále nebyla rozpracována. Ve sbírce úloh pro společnou část maturitní zkoušky z roku 2001, která nava-zuje na Katalog, už se vyskytují nákresy aparatur, kdy je úkolem žáka je-jich popis, doplnění chemikálií a uvedení chemické reakce. V návrhu nové maturity (2004) jsou v souboru cílových způsobilostí experimentální do-vednosti. Všechny návrhy jsou však stále jen v obecné a teoretické úrovni.

Pro maturitní zkoušku se hodí práce kvantitativního charakteru, protože skýtají velký prostor pro hodnocení postupu práce i jejích výsledků.

Úprava klasické laboratorní práce k maturitní zkoušce tedy spočívá v zadání podle zažitého vzoru: úkol, pomůcky, chemikálie a návod včetně upozornění na bezpečnost práce. Úkolem žáků, vedle vlastního provedení, je doplnit princip práce, stručný postup práce, nákres aparatury, rovnice reakcí, pozorování a jednotlivé dílčí i konečné výpočty. Žák též odpovídá na doplňující otázky včetně zdůvodnění postupu. Všechny tyto kroky jsou bodovány, přičemž výsledný počet bodů je devadesát. Za bezchybné pro-vedení může student získat maximálně deset bodů, celkově tedy sto bodů. Zdvojený dozor sleduje bezpečnost a hygienu práce, strhává body za ne-správnou laboratorní praxi a hlídá stanovený časový limit, např. čtyři vyu-čovací hodiny.

310

Nejsou zatím zkušenosti s tím, že žák navrhne a provede pokus, protože to není obvyklé ani v běžné školní praxi.

Praktická maturitní zkouška tohoto typu však prověřuje žákovi vědo-mosti a dovednosti, a to hlavně z časových důvodů, jen v malém rozsahu a proto je nutné, aby žáci absolvovali též písemný test ze širšího učiva chemie. Výsledná známka pak bude akceptovat obě zkoušky.

Tento typ maturitní zkoušky by měl přispět ke zlepšení přístupu k che-mii jako experimentální vědě.

LITERATURA

Marková, E. 2014. Pohled chemika na RVP G a na učebnici chemie pro gymnázia. BiChZ, roč. 23, 3/2014, str. 131.

Čtrnáctová, H. a kol. 2000. Katalog cílových požadavků ke společné části maturitní zkoušky. Praha: Tauris.

Čtrnáctová, H., Vasileská, M. 2004. Nová maturita z chemie – nový způsob hodnocení absolventů středních škol. Chem.Listy 98, 934-940.

311

ALCHYMIE JAKO SOUČÁST VÝCHOVNĚ VZDĚLÁVACÍHO PROCESU

Petr Nývlt Gymnázium Pierra de Coubertina Tábor

[email protected]

Abstrakt Příspěvek se věnuje alchymii a jejímu využití při vzdělávání žáků. První část textu je zaměřena na výsledky dotazníkového šetření u učitelů chemie, kteří byli dotazováni na zařazení alchymie ve výuce. Druhý dotazník pro veřejnost zjišťuje základní postoj re-spondentů k alchymii, jejich základní přehled o tématu a atraktivitu tohoto oboru pro zařazení do školních vzdělávacích programů. Výsledky potvrdily očekávaný zájem o alchymii ve všech skupinách a zároveň i poměrně malé znalosti z tohoto oboru. Ve druhé části příspěvku představuji alchymii jako metodologický nástroj pro výchovně vzdělávací proces. Její přínos je zejména ve formativní složce edukačního procesu, čímž se odlišuje od většiny přírodních věd. Umožňuje to její komplementárně propojená spi-rituální a „exaktní“ část. V alchymii není experimentální část výuky samoúčelná, ale je součástí širšího procesu zdokonalení samotných žáků.

Klíčová slova Alchymie, Vzdělávání, Výchova

Alchemy as Part of the Educational Process

Abstract

This paper presents alchemy and its use in the education of pupils. The first part focuses on the results of a questionnaire survey among chemistry teachers who were interviewed for inclusion in the teaching of alchemy. The second questionnaire for the public discovers the basic attitude of the respondents to alchemy, their basic overview of the topic and the attractiveness of the field to be included in school curricula. Results confirmed the expected interest in alchemy in all groups and also relatively little knowledge in this field. In the second part of the paper introduces an alchemy as a methodological tool for the educational process. Its benefits are especially in the formative component of the educational process, which is different from most of the natural sciences. It allows its complementary connected spiritual and "exact" part. Alchemical practical experiments are not an end in itself. These are part of a broader process of improving the pupils.

Keywords Alchemy, Education, upbringing

312

DOTAZNÍKOVÉ ŠETŘENÍ

Ve škole 21. století je kladen důraz na komplexnost vzdělávání. V České republice žákům cíle obecně vymezuje Školský zákon č. 561/2004 sb. v § 2 Zásady a cíle vzdělávání, v bodě (2) se můžeme dočíst: „Obecnými cíli vzdělávání jsou zejména a) rozvoj osobnosti člověka, který bude vybaven poznávacími a sociálními způsobilostmi, mravními a duchovními hodno-tami pro osobní a občanský život…“ Současné školství rozvíjí zejména poznávací a sociální „způsobilost“ žáků. Naopak mravní a duchovní hod-noty zůstávají na okraji zájmu. Důvodem je zakořeněný pozitivistický způsob myšlení, všeobecný příklon k materialistickému pojetí života a re-lativizování morálních hodnot. Proč se tomu tak děje, by bylo téma pro článek na jinou konferenci. Z tohoto důvodu se zde pokusím představit možnost, jak přispět nejen k informativní, ale i formativní části edukačního procesu.

Ve svém příspěvku bych chtěl představit alchymii jako jeden z mož-ných nástrojů pro výchovně-vzdělávací proces žáků na školách. V první části příspěvku bych rád představil výsledky dvojího dotazníkového šetře-ní, které zkoumá vztah veřejnosti a učitelů k alchymii. Ve druhé nastíním možnosti alchymie jako metodologického nástroje pro rozvoj žáků ve výše uvedených oblastech.

Šetření bylo rozděleno na dva dotazníky. Jeden byl určen veřejnosti a druhý učitelům chemie. Oba dotazníky byly vytvořeny v aplikaci Google disk a najdete je na webových stránkách uvedených v odkazech. Distribuce dotazníku probíhala pouze e-mailovou formou jako aktivní odkaz na formulář s vysvětlujícím a motivačním dopisem.

U obou dotazníků proběhl předvýzkum na počtu 30 respondentů, kteří byli vybráni z okresu Tábor (Písek). Předvýzkum veřejnosti proběhl na vy-braných respondentech, kteří byli vytipováni podle věku, dosaženého vzdě-lání, velikosti sídla a pohlaví tak, aby byla zajištěna určitá stratifikace respondentů. U učitelů byl předvýzkum proveden u pedagogů na různých typech škol v okrese Tábor a Písek. Návratnost vyplněného dotazníku předvýzkumu byla 86 % (učitelé) a 93 % (veřejnost). Vysoké procento odráží regionální i osobní propojení tazatele a respondentů. Předvýzkum nepřinesl žádné poznatky, které by vedly k nutnosti přepracování do-tazníků.

Ve druhé fázi proběhla distribuce obou dotazníků. U pedagogů proběhl výběr respondentů podle kritérií (typ školy, region, velikost sídla). Během 1 měsíce, kdy byl výzkum prováděn, přišlo 246 odpovědí. Očekával jsem

313

určitou rozdílnost odpovědí podle typu školy, z tohoto důvodu uvádím vý-sledné rozdělení došlých odpovědí podle typu obeslané školy - tabulka č. 1.

Tabulka č. 1

Gymnázia 93 SŠ s maturitou 108 Lycea 13 SŠ bez maturity 17 ZŠ 11 Jiná škola 4

U veřejnosti ve stejném časovém limitu došlo 375 odpovědí. Na rozdíl od předvýzkumu a učitelského dotazníku nešlo o předem vybrané respon-denty. Respondenti přeposílali dotazníky opět elektronickou poštou dalším respondentům. Z došlých odpovědí pak byly vybrány odpovědi tak, aby byl poměr vysokoškoláků a respondentů se středním vzděláním v poměru 2:3. Po této korekci (vyškrtnutí 81 vysokoškoláků) se zpracovávalo 294 dotaz-níků. Vzorek nelze považovat za čistě reprezentativní již z podstaty užité metody. Vzhledem k tomu, jak jsou dále výsledky použity, to však není výrazný hendikep měření. Výsledky předvýzkumu a vlastního šetření se lišily v průměru o 2,8%. Při vlastním šetření bylo provedeno vyhodnocení prvních 100 došlých odpovědí, jejich výsledky byly v podstatě totožné s výsledkem celého souboru (průměrný rozdíl v jednotlivých odpovědích 1,6 %). Ze statistického zpracování vyplývá, že dotazník je dostatečně reli-abilní.

DOTAZNÍK – UČITELÉ

Dotazník pro učitele obsahuje 4 části plus statistické údaje (délka praxe, aprobovanost, typ školy). První část směřovala k obecným otázkám, které popisují alchymií. Druhá část obsahovala jednu otázku s možností výběru z uzavřených odpovědí. Jejím cílem bylo zjistit, co si učitelé představují pod pojmem alchymie. Třetí část zjišťovala informační zdroje, ze kterých respondenti získali povědomí o alchymii. Poslední část se zabývá otázkami na zařazení alchymie do školní výuky. Tabulka č. 2 ukazuje jak jednotlivé otázky, tak odpovědi v procentuální míře souhlasu s danou tezí.

314

Tabulka č. 2

učitelé SŠ v %

učitelé gymnázia

v % 1. Otázky o alchymii Alchymii můžeme nazývat vědou 41 39 Alchymie již dnes není praktikována 42 42 Alchymie byla předvědeckým obdobím chemie 92 93 Alchymista je/byl většinou podvodník 16 12 Alchymista musí rozumět chemii, znát přírodní zákony a chemické sloučeniny 69 65

Alchymista by měl být člověk moudrý, vzdělaný a morálně uvědomělý 75 76 2. Co je alchymie? Alchymista se pokouší vyrobit zlato z neušlechtilých kovů jako je např. olovo, připravuje elixír nesmrtelnosti a kámen mudrců 56 55

Alchymista chce chemickými reakcemi připravit užitečné látky pro průmysl a domácnost 9 8

Alchymista pracuje především na zdokonalení své osobnosti 2 4 Alchymista především připravuje nové chemické sloučeniny, objevuje nové přírodní zákony 33 33

3. Zdroje informací Jsem seznámen(a) s alchymií cíleným samostudiem 23 25 Povědomí, co je alchymie, mám zejména z filmu a literatury 74 74 Povědomí, co je alchymie, mám zejména ze školy 30 31 O alchymii jsem si nejméně jednou v životě sám hledal informace z veřejně přístupných zdrojů (knihy, internet, časopisy,…) 83 85

Moje současné znalosti z alchymie považuji za povrchní 87 87 4. Alchymie ve výuce Kolik času věnujete ve výuce alchymii

nezmiňuji se o alchymii 21 1 část 1 hodiny 65 76

1-2 hodiny 11 19 více jak 2 hodiny 3 4

Alchymie by mohla být pro žáky zajímavé téma 94 93 Kdybych měl(a) více zajímavých poznatků z alchymie, zařadil(a) bych alchymii do mých hodin častěji 58 58

Téma alchymie by mohlo být zajímavé na 2-3 hodiny semináře z chemie (předmět rozšiřující chemii s dotací 2 hodiny týdně 1-2 roky) 65 67

Pokud by byl uspořádán jednodenní seminář v rámci DVPP o alchymii a její uplatnění při výuce, zúčastnil(a) bych se 77 78

Statistická data Průměrná délka praxe 17,8 let 18,3 let Jsem aprobovaný(á) učitel(ka) chemie 85 98

Z výsledků je patrné, že vpodstatě vyjma času, který věnují učitelé al-

chymii a míře aprobovanosti, není výrazného rozdílu mezi učiteli středních škol a gymnázií. Na gymnáziích, podle očekávání, je alchymii věnováno více času, což je dáno jak vzdělávacími plány, tak zejména hodinovou dotací.

315

Učitelé chápou alchymii jako předvědecké období chemie, zajímavé je, že ¾ pedagogů akcentují morální profil alchymisty. Přibližně 40 % učitelů označilo alchymii jako vědu. Těsně nadpoloviční většina si představuje al-chymistu jako člověka připravujícího zlato, elixír mládí… případně třetina vidí alchymistu jako vědce připravující nové sloučeniny a objevující nové zákony. Minimum z respondentů si vybralo odpověď duševního zdokona-lení adepta samého. Z třetí oblasti je patrné, že většina učitelů čerpá své znalosti spíše z filmu a literatury, než z let své školní docházky. Přes 80% aktivně alespoň jednou hledalo informace o alchymii. Poslední část ukazuje pozitivní vztah učitelů k alchymii a jejich chuť se vzdělat v tomto oboru a zařadit jej do výuky (spíše jako celek než průběžné téma). Tuto poslední část chápu jako nejzajímavější část výzkumu z hlediska výstupů, které mají dokázat, že alchymie je téma zajímavé, motivující a použitelné za určitých předpokladů ve výuce.

DOTAZNÍK - VEŘEJNOST

Dotazník pro veřejnost kromě statistických dat (dosažené vzdělání, navštěvovaná škola, ukončený ročník, počet let výuky chemie celkem) obsahoval první 3 části stejné jako dotazník pro učitele. V tabulce č. 3 na-lezneme dotazník i odpovědi ve sledovaných kategoriích (uvedeny jsou vý-sledky celého souboru a výsledky středoškoláků, vysokoškoláků a pro srovnání učitelů chemie). Čtvrtý oddíl představuje motivační činitele a zjiš-ťuje, zda jsou respondenti ochotni se vzdělávat v alchymii. Poslední pátou částí je malý test, který ověřuje několik základních znalostí z alchymie.

Tabulka č. 3

číslo uvádí souhlas s tvrzením nebo hodnotou v % respondentů

všichni respondenti

v %

vzděláním SŠ v %

vzděláním VŠ v %

učitelé v %

1. Otázky o alchymii Alchymii můžeme nazývat vědou 52 51 53 41 Alchymie již dnes není praktikována 34 28 45 42 Alchymie byla předvědeckým obdobím chemie 85 85 86 92

Alchymista je/byl většinou podvodník 20 22 17 16 Alchymista musí rozumět chemii, znát přírodní zákony a chemické sloučeniny 72 74 67 69

Alchymista by měl být člověk moudrý, vzdělaný a morálně uvědomělý 84 88 75 75

316

2. Co je alchymie? Alchymista se pokouší vyrobit zlato z neušlechtilých kovů jako je např. olovo, připravuje elixír nesmrtelnosti a kámen mudrců

33 28 43 56

Alchymista chce chemickými reakcemi připravit užitečné látky pro průmysl a domácnost

14 16 10 9

Alchymista pracuje především na zdokonalení své osobnosti 8 10 4 2

Alchymista především připravuje nové chemické sloučeniny, objevuje nové přírodní zákony

45 46 43 33

3. Zdroje informací Jsem seznámen(a) s alchymií cíleným samostudiem 13 11 16 23

Povědomí, co je alchymie, mám zejména z filmu a literatury 79 77 82 74

Povědomí, co je alchymie, mám zejména ze školy 22 23 21 30

O alchymii jsem si nejméně jednou v životě sám hledal informace z veřejně přístupných zdrojů (knihy, internet, časopisy, …)

42 34 58 83

Moje současné znalosti z alchymie považuji za povrchní 95 97 92 87

4. Motivační činitele Alchymie je téma opředené tajemstvím 91 94 85 87 Alchymie mi připadá jako zajímavé téma pro film a knihu 87 84 92 --

Alchymie je téma, které by mělo být obsahem vyučování v rozsahu, abych byl schopný/ná vysvětlit co je alchymie a čím se zabývá, kde se vzala a několik významných představitelů

82 82 82 --

Přivítal bych, kdybych byl ve škole stručně během 1-2 hodin seznámen s alchymií.

78 80 75 --

5. Znalostní test alchymie

všichni respondenti

v %

vzděláním SŠ v %

vzděláním VŠ v %

učitelé v %

Rozvoj alchymie v Čechách spadá do období…

kolem roku 1200 2 2 2 -- kolem roku 1400 10 11 8 -- kolem roku 1600 84 84 85 -- kolem roku 1800 4 3 5 --

317

Počátky alchymie na evropském kontinentu můžeme datovat do období: 1100-1300 43 46 36 -- 1300-1500 33 28 44 -- 1500-1700 24 26 20 -- Alchymie je spojena v českých zemích zejména s vládou: Císař Rudolf II. 87 82 97 -- Císařovna Marie Terezie 0 0 1 -- Kníže Václav 4 6 1 -- Král Karel IV. 8 11 1 -- Je tato osobnost spojena s alchymií Avicena 40 39 42 -- Paracelsus 44 43 46 -- Koperník 17 20 11 -- Tadeáš Hájek z Hájku 35 40 24 -- Edvard Kelly 72 62 91 -- Nicolas Flamel 59 68 40 -- Fulcanelli 41 42 40 -- Hermes Trismegistos 47 54 32 -- Giordano Bruno 21 25 14 -- Ysac Newton 24 26 21 --

Výsledky v části 1-3 se výrazně neodlišují od výsledků pedagogů, kteří měli totožné otázky. Rozdíl mezi středoškolsky a vysokoškolsky vzděla-nými respondenty není také výrazný a to ani v otázkách testových. Testové otázky byly v průměru odpovězeny správně (nejtěžší otázkou byla datace počátku alchymie v Evropě, kde je rozptyl největší a kde mají VŠ respon-denti horší výsledek než dotazovaní SŠ). Zajímavý je výsledek u otázky se jmény „alchymistů“, kde nejvíce procent obdržela jména známá z filmů a literatury (Flamel a Kelly) a nejméně procent jména patřící vědcům, kteří jsou široké veřejnosti známi bádáním mimo oblast alchymie (Koperník, Bruno, Newton). Newton je přitom znalci často považován za prvního vel-kého fyzika a zároveň za posledního velkého alchymistu. V průměru cca 80 % dotazovaných uvedlo, že by mělo být předmětem vyučování téma alchymie a získání základních znalostí, vědomostí v tomto oboru. Alchy-mie vykazuje i podle výsledku dotazníku velkou míru přitažlivosti a může být motivačním činitelem ve výchovně vzdělávacím procesu.

DOTAZNÍKY - ZÁVĚR

K zajištění spolehlivosti měření byl proveden výše uvedený stratifiko-vaný a kvótní výběr, který měl zabezpečovat, aby získaná data kopírovala co nejvíce populaci. Pro získání dat byla použita technika kvantitativního

318

výzkumu. Celkově výzkum však pracuje induktivním principem podobně jako kvalitativní výzkumy. Cílem není potvrdit či vyvrátit hypotézu, ale získat data, ze kterých by bylo možné zaujmout k dané problematice postoj. Zejména otázky z první a druhé části dotazníku nemají jednoznačnou správnou odpověď. Zjišťují tedy určitý kvalitativní postoj respondentů. Právě u tohoto dotazníku tedy platí, že validita prokázaná v určitém kon-textu pro určitý účel je automaticky platná jen pro tento kontext a shodný účel (Disman 1998).

Z dotazníku pro veřejnost i učitele vyplývá, že alchymie může být motivačním činitelem výchovně vzdělávacího procesu. Alchymie je pro 91 % respondentů opředena tajemstvím. Poodhalení tajemství, poznat dosud nepoznané, může být pro žáky, při správném vedení učitelem, vysoce mo-tivující. Z hlediska motivace zde hovoříme o vývojově vyšších potřebách, tak jak je definoval A. H. Maslow. Jsou to potřeby sebeaktualizace (sebe-realizace). Nakonečný (2013) je popisuje jako potřeby spojené s touhou po autonomii a kompetenci. Na rozdíl od fyziologických potřeb jsou neuspo-kojitelné a mají povahu zájmu. Alchymie tak dává možnost skutečné motivace žáka jako intrapsychického procesu - potřeby, nikoliv jako moti-vování pomocí vnějších činitelů. Podobný koncept potřeb nalezneme nejen v psychologické teorii, ale jsou na něm založeny mnohé psychoterapeu-tické systémy.

ALCHYMIE JAKO METODOLOGICKÝ KONCEPT

Ve škole je motivace žáků klíčový faktor úspěšného dosažení vytýče-ných cílů. Nabízí-li se možnost, jak ji využít, stojí to minimálně za úvahu nebo vyzkoušení. Mám-li popsat alchymii jako metodologický koncept, je potřeba nejprve definovat, co alchymií rozumíme.

Co je alchymie? Alchymie v sobě obsahuje dvě části. Exoterní alchymii, kde pracujeme

s hmotnými látkami, a spirituální, při níž pracujeme především sami se sebou a je k exoterní komplementární. Takzvaná esoterní alchymie (z řec. „esoteros“, skrytý), označovaná také jako „spirituální“, je chápána jako zvláštní nástroj duchovního vývoje: její legendární zakladatel staroegyptský bůh moudrosti Thot, byl Řeky nazýván Hermes a chápán jako „průvodce duší“. A to zejména v tom smyslu, jak to ukázal C. G. Jung (Psychologie und Alchemie, 1944), že v řeči symbolů hlubině psychologických procesů podává návod k dosažení žádoucí míry vnitřní psychické integrace. V tomto

319

smyslu byla esoterní (spirituální) alchymie chápána jako metoda duchov-ního života, která subjektu umožňuje vyrovnávat se s vnitřními rozpory (sjednocovat vnitřní protiklady), které život nutně přináší a které mohou být překážkou harmonického života.

Jak souvisí alchymie a vzdělávání? Nejobecnějším cílem vzdělávání je integrace poznání a hodnocení.

Tomu odpovídá z hlediska pedagogických disciplín koncept vědomostí (dovedností) a postojů. Žáci mají mít k vědomostem vytvořeny i určité korespondující hodnocení. Výchova se obecně opírá o orientaci v hod-notách - postojích. W. J. Thomas a F. Znaniecky definují postoje jako vědomý vztah jedince k hodnotám (Nakonečný, 1995). Postoje se utvářejí při práci s emočními, kognitivními i volitivními procesy žáka. Postoje žáků jsou tak nejkomplexnějším „produktem“ pedagogova působení. V utváření postojů se tak koncentruje výchovně vzdělávací činnost pedagogů. Vznik postojů je tedy ovlivněn jak poznáváním materiálního světa a myšlenko-vými operacemi s tímto hmotným světem, tak i nemateriální – duchovní stránkou člověka, která se podílí na jejich vytváření.

Cíle alchymie Cíle výuky alchymie mohou být různé. Od získání přehledu historic-

kého vývoje chemie se dostáváme až k alchymii, která je naukou čistě esoterní. Uvedení žáků do základních idejí esoterní alchymie jim otevírá zcela nový pohled na život a jeho psychologické problémy, kterými často již sami žijí. Současně ukazuje, že život má vedle každodenní stránky fyzické a psychologické problematiky také hlubší stránku duchovní, sahající za hranice empirické psychologie. Tak může u mnoha uspokojovat obecně uznávanou potřebu transcendence, tj. jít za hranice každodenní zkušenosti, která je do značné míry, a u nezanedbatelného počtu mladistvých, uspo-kojována nejen moderní hudbou, ale i drogami, příklonem k pseudo-náboženským sektám apod.

Metodologie alchymie K jednomu cíli, může dospět různými způsoby. Suma metod používa-

ných v daném vědním oboru se obecně nazývá metodologie (Svoboda, 2014). Alchymie je právě jedním ze způsobů, jak komplementárně působit jak na výchovu, tak vzdělání. Každý metodologický postup má své doplňu-jící techniky:

320

Didaktické zásady – alchymie je nauka, která pracuje s vlastním systémem zásad práce. A to jak v ohledu zásad práce pedagoga vzhledem k žákovi – adeptovi, tak i žáka samého. Podstatné je zejména to, že jsou ve shodě s obecně uznávanými požadavky. Navíc jsou to zároveň nepominu-telné determinanty úspěšného procesu. Bez dodržení určitých (především etických) zásad není edukační proces možný. V zásadě se nevylučuje vzdělávání všech, ale za určitých podmínek – morální a etická úroveň žáků. V řadě alchymických textů se nalézají i jednoduchá praktická doporučení od vytrvalosti přes spojení teorie a praxe až k nutnosti individuálního přístupu.

Vyučovací metody a organizační formy – výběr metod a forem vychází z nutnosti umožnit žákům samostatně přemýšlet, hledat, objevovat, a také nalézat. Ze slovních metod používáme především dialogické metody a práci s textem, metodu pozorování z oblasti metod demonstrativně – názorných a z praktických metod rozvoj manuálních činností, laboratorní činnosti atp. Vhodné jsou problémové metody a především metody heuristické nebo vý-zkumné. Organizační formy mohu být v oblasti délky a místa a orga-nizace procesu různé. Vzhledem k osobnosti studenta by však měla pře-važovat individualizovaná forma výuky, kdy každý žák pracuje samostatně pod vedením učitele.

Didaktické pomůcky – pomůcky potřebné pro výuku alchymie jsou klíčovým faktorem, alespoň co se laboratorní, exoterní alchymie, týče. Klasické pomůcky potřebné pro alchymické experimenty jsou většinou nedostupné. Z tohoto důvodu je potřebné je nahradit jinými podobnými pomůckami. Důležitou pomůckou jsou i učebnice, či spíše texty alchy-mických traktátů, se kterými je možno pracovat. Text si je možné i vy-tvořit.

Hodnocení a klasifikace – alchymie se nepohybuje v dimenzích dobra a zla, nevydává obecné soudy ve smyslu co je pravda a lež. Tato kritéria náleží pouze žákům samým. Žák sám musí prohlédnout, nalézt pravdu – alchymie mu může pouze pomoci. Alchymie tedy nemůžeme být pro-středek k hodnocení, klasifikaci žáka. Můžeme však běžnou pedagogickou činností zjistit, zda žáci pod vlivem alchymie prohlubují svůj zájem o chemii, pracují s větší pílí, pracují na zadaných úkolech atd.

Determinanty výuky – tato kategorie je z hlediska alchymie stěžejní, neboť obsahuje nejdůležitější aspekty, které alchymie do výuky může přinést. Determinanty výuky představují v podstatě Herbartovský trojúhel-ník žák - učitel – učivo. Jak bylo uvedeno výše, je alchymie možnost jak „zprostředkovat“ kurikulum žákům. Tuto činnost řídí učitel. Význam al-

321

chymie je v tom, že nechává žáka samotného provést celou škálu operací analogických s pojmy didaktická analýza, redukce a transformace (Knecht, 2007). Učitel je tak jakýmsi prvotním hybatelem, který nechává žáky získávat vědecké poznatky. Na jejich základě pak žáci pracují na dalších úkolech, které mají za následek nejenom získání dalších vědomostí, ale i postojů. To klade vysoké nároky jak na učitelskou odbornou erudici, tak na etické vlastnosti pedagoga.

ZÁVĚR

Didaktika se za posledních 100 let významně posunula od umění vy-chovávat, ve smyslu Komenského myšlenek, přes technickou dovednost vychovávat a vyučovat, k vědecké reflexi výchovného a výukového úsilí. Tento posun bohužel z praktického hlediska pro běžného studenta, bu-doucího pedagoga, nepředstavuje výrazný kvalitativní posun ke zlepšení podmínek pro jeho budoucí povolání. Didaktika se často stává vědou o sobě samé a zapomíná na svůj prvotní účel: pomáhat učitelům dobře učit. Vývoj soudobé společnosti je za posledních 30 let tak rychlý, že většina didaktických teorií, jejichž teoretické poznatky jsou postupně zaváděny do praxe nebo v ní uplatněny v širším měřítku, jsou vždy několik let za aktuálním stavem školního prostředí. V praxi se pak často setkáváme s odtržením teorie od praxe a nabyté vědomosti z oblasti didaktiky jsou v práci se žáky neupotřebitelné. Můžeme sice shledat Bloomův výzkum zkoumání vlivu determinantů na učební výsledek žáků (Průcha, 2002) jako velice zajímavý experiment, avšak závěru, kdy je výsledek procesu závislý na kvalitě učitele jen z 5 % (stejně tak i kvalita třídy a školy určuje výsledek jen z 5 %), může v současném českém školství věřit snad jen ten, kdo nenavštívil v uplynulých 10 letech školské zařízení. Řada fenoménů vyskytujících se v didaktice je výrazně spojena s dobou a místem. Zatímco spuštění videa v druhé polovině osmdesátých let zaručeně upoutalo po-zornost žáků na maximum a provedený experiment „naživo“ bylo ne-zajímavým pokusem, je dnes odbarvení manganistanu peroxidem ve zkumavce před zraky žáků atrakce nanejvýš zajímavá a naopak sledování čehokoliv na obrazovce je nudným, neautentickým zážitkem. Alchymie představuje ověřený postup, který přežívá jen v Evropě více jak 1000 let. Bylo by škoda jej úplně zapomenout.

322

ZDROJE

Bílek, M. 2003. Oborové didaktiky jako interdisciplinární vědní obory a jejich vybraná pojetí: (s příklady z didaktiky chemie). In Trendy soudobé výuky didaktických disciplín na vysokých školách [online]. [cit. 2014-07-10]. Dostupné z: http://pdf.uhk.cz/kch_old/obecna_didaktika_konference/prispevky/Bilek1.pdf

Didaktické zásady. In: Wikipedia: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2012, 14. 7. 2012 [cit. 2012-09-20]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Didaktick%C3%A9_z%C3%A1sady

Disman, M. 1998. Jak se vyrábí sociologická znalost. Praha: Karolinum.

Janík, T. 2014. Didaktika obecná a oborová: pokus o vymezení a systematizaci pojmu. In: Akreditační komise ČR [online]. [cit. 2014-07-10]. Dostupné z: http://www.akreditacnikomise.cz/attachments/article/279/didaktika_obecna_ a_oborova_Janik.pdf

Kalhous, Z., OBST, O.. 2009. Školní didaktika. Praha: Portál.

Knecht, P. Didaktická transformace aneb od didaktického zjednodušení k didaktické rekonstrukci. In: Orbis scholae: Odborný recenzovaný časopis zaměřený na problematiku školního vzdělávání v jeho širších sociokulturních souvislostech [online]. 2007. vyd. [cit. 2012-09-30]. Dostupné z: http://www.orbisscholae.cz/archiv/2007/2007_1_05.pdf

Maňák, J., Švec, V. 2003.Výukové metody. Brno: Paido.

Manuál pro tvorbu školních vzdělávacích programů na gymnáziích. [online]. Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, 2007. 140 s. [cit. 2012-08-25]. Dostupné z WWW: <http://www.vuppraha.cz/wp-content/uploads/2010/02/Manual_SVP-G.pdf >.

Nakonečný, M. 2013. Lexikon psychologie. 2. vydání. Praha: Vodnář.

Nývlt, P. 2014. Alchymie - dotazník. Dostupné z: https://docs.google.com/forms/d/1axGn6AAFuWJIQJmnQkXyHi-r9wryFV511b3trRMmPw0/viewform

Nývlt, P. 2014. Alchymie - dotazník. Dostupné z: https://docs.google.com/forms/d/1ZFGPJIQvxqVRmL91EKUSfO8XZTRCifUasT05GO1PKFI/viewform

Průcha, J. 2002. Moderní pedagogika. Praha: Portál.

Rámcový vzdělávací program pro gymnázia. [online]. Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, 2007. 100 s. [cit. 2012-08-25]. Dostupné z WWW: <http://www.vuppraha.cz/wp-content/uploads/2009/12/RVPG-2007-07_final.pdf>.

Solfronk, J. 1991. Organizační formy vyučování. Praha: Státní pedagogické nakladatelství.

Svoboda, L. 2014. Didaktika Chemie. In: eAMOS [online]. [cit. 2014-07-10]. Dostupné z: http://eamos.pf.jcu.cz/amos/kat_chem/externi/kat_chem_4103/DIDAKTIKA_CHEMIE.doc

Škoda, J., Doulík, P. 2011. Psychodidaktika: metody efektivního a smysluplného učení a vyučování. Praha: Grada.

http://pdf.uhk.cz/kch_old/obecna_didaktika_konference/prispevky/Bilek1.pdf

http://cs.wikipedia.org/wiki/Didaktick%C3%A9_z%C3%A1sady

http://www.orbisscholae.cz/archiv/2007/2007_1_05.pdf

http://rvp.cz/informace/wp-content/uploads/2010/02/Manual_SVP-G.pdf

https://docs.google.com/forms/d/1axGn6AAFuWJIQJmnQkXyHi-r9wryFV511b3trRMmPw0/viewform

https://docs.google.com/forms/d/1axGn6AAFuWJIQJmnQkXyHi-r9wryFV511b3trRMmPw0/viewform

https://docs.google.com/forms/d/1ZFGPJIQvxqVRmL91EKUSfO8XZTRCifUasT05GO1PKFI/viewform

https://docs.google.com/forms/d/1ZFGPJIQvxqVRmL91EKUSfO8XZTRCifUasT05GO1PKFI/viewform

http://rvp.cz/wp-content/uploads/2009/12/RVPG-2007-07_final.pdf

http://eamos.pf.jcu.cz/amos/kat_chem/externi/kat_chem_4103/DIDAKTIKA_CHEMIE.doc

323

Štich, L., Vild, M. Výukové metody. In: Centrum didaktických a multimediálních výukových technologií [online]. 22. 5. 2009 [cit. 2012-09-20]. Dostupné z: http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCQQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.cdmvt.zcu.cz%2Fstorage%2Fnavody%2FSimbartl_Stich_Omlouvame_se_zaciname%2Fkurz%2FHTML%2Fm01%2Fvyukovemetody.doc&ei=KuQ5UJuXDYrDswbw0YGoDQ&usg=AFQjCNFYl-hjAMWC-av9obOsj64THFjzDw&cad=rja

http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCQQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.cdmvt.zcu.cz%2Fstorage%2Fnavody%2FSimbartl_Stich_Omlouvame_se_zaciname%2Fkurz%2FHTML%2Fm01%2Fvyukovemetody.doc&ei=KuQ5UJuXDYrDswbw0YGoDQ&usg=AFQjCNFYl-hjAMWC-av9obOsj64THFjzDw&cad=rja




324

SENSORS SUPPORTING SCIENCE EDUCATION AT DIFFERENT EDUCATIONAL LEVELS

FROM PRIMARY SCHOOL TO UNIVERSITY

Małgorzata Bartoszewicz

Faculty of Chemistry, Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland [email protected]

Abstract Today’s rapidly changing due to the influence of technology world needs new tools to facilitate education process. This paper in detail explain how the Pasco Sensors work and how they can be used to support science education at different educational levels from primary school to university. Abilities of PASCO sensors may be very useful to increase the effects of teaching and students’ motivation for independent research. Discussed measures should be viewed as highly recommended while implementing Inquiry-Based Science Education.

Keywords Chemistry, Pasco Sensors, Education.

INTRODUCTION

We live in a period of dynamic development of information and communication technologies. This allows us to perform, observe and analyse computer-aided experiments using the tablet or smartphone, for example the process of photosynthesis (use of a data logger in conjunction with an oxygen electrode is monitor the generation of oxygen in photosynthesis) (Choi, Wong, Pong Yiu, 2002).

The experiment in the natural science (nature classes, chemistry, biology, physics, geography) is the primary method leading to scientific knowledge. Teaching - learning with experiment’s usage enables students to put themselves into a problematic situation. Through promoting cognitive activity, the desired activation of learners' footprint exploration occurs (Klus-Stańska, 2010).

Experiments, which are usually carried out during lessons (for example chemistry lessons), serve to illustrate and clarify the issues at stake. An experiment should be performed to confirm or falsify the adopted hypothesis. While carrying out the experiment, test, procedure and rules

325

should be obeyed. Therefore, an experiment should include the following steps:

An interesting proposal, worth reading about, are PASCO products

(PASCO is celebrating its 50th anniversary in 2014). It is a modern system which supports teaching science subjects at different educational levels (Natural Laboratories, 2014) 1 .

PASCO kit components include: • PASPORT sensors allow temperature, concentrations poses,

voltage, concentration of oxygen and carbon dioxide, acidity (pH), heartbeat (over 70 to choose the type of bed in)

• SPARKlink interface which allows wireless connection with a computer tablet (iOs, Android) and data collection.

• SPARKvue Software created for data visualizations and analysis.

These sensors with their software allow collect real-time data, analyse and display it on mobile devices (iPads – iOS; tablet – Android), computers PCs and MACs, as well as interactive whiteboards.

Their main functions are:

• measurement and real-time display of data collected by sensors in the form of line graphs, bar charts, tables or numerically,

• data analysis performed by the built-in statistical tools

1. • Spotting the problem and asking the research question

2. • Looking for an answer, rule, theory and creating a hypotheisis which can be

confirmed or falsified

3 • Planning the expirement, which is going to be suitable to verify the

hypothesis

4 • Stating experiment's parameters

5 • Confirming or falsifying the hypothesis

http://translate.googleusercontent.com/translate_f#footnote1

326

• conducting whichever of the more than 60 free, available online, interactive laboratory experiments SPARKlab®

• creating electronic student’s laboratory journals, • the ability to share data and papers in the cloud through

services: Dropbox, Google Drive, etc.. • the ability to create tasks with different types of answers

(multiple choice, drop-down list or enter an arbitrary text) • assessment capabilities.

Software SPARVue automically detects connected sensors and shows available measurements:

Figure 1: Software SPARKvue, in the right corner of the chemical sensor.

Figure 2: Available measurements.

By choosing one of them for example, temperature and clicking “show”, the axis temperature versus time appears. After switching on measurement are applied to the data points. Each data series is marked with a different colour.

Figure 3: The selected icon enables us to match the scale. Figure 4: Methods of

presentation of the results: Graph, Digits, Table, Meter.

The program allows you to calculate and analyse statistical data as well as add notes.

327

Figure 5: Choice of statistical data for analysis. Figure 6: Adding notes.

It is also possible to add further axis, for example pH dependency

Figure 6: Line Graph Properties.

Having in mind middle school students, in each thematic section of the textbook "Mobile chemistry" (Gulińska, Bartoszewicz 2014) proposals for experiments using PASCO sensors are included. Such experiments facilitate the learning and performing measurements, both in stationary conditions during the lessons in the classroom as well as in the field.

Figure 7: PASCO sensors on “Mobile chemistry”. Figure 8: Mobile chemistry and experience with the use of sensors Pasco.

328

In the case of high school students reversed class method while using sensors is advised. The teacher may create theoretical issues using the templates available in SPARKVue software:

Figure 9: Templates to create content. Figure 10: Sample page created in SparkVue.

Students, in turn, can analyse the sample measurements and draw conclusions before starting laboratory classes. For this purpose, teacher should use the appropriate footage.

Students can fill in electronic protocols, observations, conclusions and solve tests.

329

Figure 11: Icon: insert movies. Figure 12: Test.

Numerous examples of experiences for students can be found in the literature, for example: Experience Nanosized TiO 2 Photocatalytic Water Splitting for studied by Oxygen Sensor and Data Logged la students Second-Year Undergraduate (Zhang, Liu Yuan, Xiao, Choi , 2012). This article should Provide valuable experience for undergraduate students in understanding the role of a photocatalyst in water splitting as well as methods for removing toxic substances in water.

CONCLUSION

Working with modern measuring equipment increases the effects of teaching and motivation for independent research (Sadowski, 2009). Individual or group analysis of the results stimulates creative thinking and seeking answers to earlier questions.

Teaching supported by use of sensors is in line with the strategy of teaching science through Inquiry-Based Science Education. This is highly significant because the habit of learning - inquiry is one of the key competencies that each of us will need for through life.

REFERENCES

Choi, M., Wong S, Pong Yiu, T., 2002. Application of data logger in observing photosynthesis, J. Chem. Educ., 79 (8), p. 980.

330

Gulińska, H., Bartoszewicz, M., 2014. Mobile Chemistry, Multiedukacja, Wroclaw.

Sadowska M., 2009. Newton's third law of dynamics in the computer-aided experiment - lesson's scenario, Advances Physics, 60 (6).

Klus–Stańska, D., 2010. Teaching to the chaos of concepts and events. Wydawnictwo Akademickie Żak, Warszawa.

PASCO Scientific research company [online] Available at: http://www.irs.com.pl/aktualnosci/1/nowosc-w-ofercie-image-recording-solutions-laboratoria-przyrodnicze-firmy-pasco/[Accessed 28 Juni 2014].

Zhang, R., Liu, S., H. Yuan, Xiao D., Choi, M., 2012. Nanosized TiO2 Photocatalytic Water Splitting for studied by Oxygen Sensor and Data Logger, J. Chem. Educ., 89 (10), p. 1319-1322.

331

APPLICATION OF VERNIER SYSTEM IN PRACTICAL CHEMISTRY TEACHING

Jitka Štrofová, Milan Kraitr Faculty of Education, University of West Bohemia, Pilsen, Czech Republic


Abstract The paper informs about possibilities of using the Vernier system in teaching chemistry at primary and secondary schools. The authors present a basic set for chemistry teaching and also suggestions for tasks suitable for younger as well as older pupils. They analyse in detail the workshop whose topic was solutions and their properties. The tasks are described concerning preparation and composition of solutions, their density, acid-base properties and electric conductivity. In presented examples the combination of experiments supported by the Vernier system and traditional laboratory methods and procedures is demonstrated. Teaching experiments with pH and conductivity sensors are briefly introduced too. In conclusion the experience with the Vernier system application for various activities supporting science teaching is summarized.

Keywords Vernier system, chemistry teaching, practical tasks, solutions, acid-base properties, pH, conductivity

INTRODUCTION

Members of the Chemistry Department deal with real chemical experiment at primary and secondary school chemistry teaching in a long term. In the last years they have participated in several projects on this issue. At present an ESF project called “Practical Teaching of Science at Secondary and High School“ is solved (Západočeská univerzita v Plzni, 2014). It includes among others also multidisciplinary workshops, where pupils solve practical problems. Owing to this project it was possible to complete and extend the existing equipment of the Vernier system.

The Vernier system is a system created specifically for teaching physics, biology and chemistry at all types and stages of schools. It offers a wide range of sensors and other equipment for experimental work both of pupils and teachers. Schools can arrange sets for measuring physical and chemical quantities according their requirements and possibilities. It results from

332

our experience that the basic set for teaching chemistry should contain a thermometer, gas pressure sensor and sensors for measuring pH and electric conductivity of solutions. Individual sensors can be connected with the computer using interface or specific display equipment, the so called datalogger. The Logger Lite software is supplied with the mentioned sensors gratis. This version is fully sufficient for work at primary and secondary schools. Further possibilities for measured data processing are provided by paid software Logger Pro. The complete offer and further detailed information about the system is available at the address http://www.vernier.cz/uvod /rozcestnik (Vernier CZ, 2014).

In the following text the topics for practical tasks are given. These tasks combine the classical laboratory methods with selected sensors and other Vernier equipment.

SOLUTIONS AND THEIR PROPERTIES

One part of the multidisciplinary workshop called “Practical Teaching of Science Subjects” paid attention to solutions and their properties. Simple tasks were chosen which even pupils with basic chemistry knowledge and minimal experience with laboratory work can manage. This workshop was designed for pupils of the 8th and 9th year of secondary school (aged 14-15). The chosen topic provided an opportunity to a complex approach to chemical experiments. Pupils worked in pairs, each group obtained a different sample of a solid matter (ammonium chloride, potassium nitrate, glucose, sodium acetate, sodium hydrogencarbonate). Four tasks were gradually solved: preparation of the solution and its composition, identifying the density and pH of the solution and measuring electric conductivity of the solution.

Preparation of the solution and its composition The aim of this activity was gaining of practical skills by preparation of

solutions. The pupils measured off 100 cm3 of distilled water, measured its temperature (thermometer Go! Temp) and dissolved 5 – 6 g of the given solid matter. They added additional amount of the matter until at the temperature 20 – 25 °C was prepared saturated solution. It was heated up to the temperature of 40 °C and the pupils observed increasing solubility at higher temperature. They prepared saturated solution at the temperature of 40 °C. This solution was gradually cooled down and the pupils observed the separation of the solid matter. In this simple way they practically

333

verified the dependency of solubility on temperature and clarified the notion of saturated and unsaturated solution. The composition of the solution was expressed in mass percentage (Sirotek and Kraitr, 2006; 2007).

Identifying solution density The pupils measured the density of the saturated and unsaturated

solution at the initial temperature of 20 – 25 °C. They poured 50 cm3 of the solution in the graduated cylinder and weighed it. The density of both solutions was estimated as a ratio of mass and volume of the liquid.

pH of solution Another task was determination of pH, it means if the solution is acidic

or alkaline. The pupils first estimated the pH value using the red cabbage indicator (Richtr, Štrofová and Kraitr, 2008) and then measured the exact value by pH sensor (PH-BTA). They compared their estimate with the measured value.

Electric conductivity of solution The last task was measurement of the electric conductivity using

conductivity probe (CON-BTA). The measurement itself was quick and easy. In this phase of the workshop it was necessary for the lectors to briefly clarify the principle of electric conductivity and to explain the differences in measured solution conductivities of individual samples.

Comparison and summary of results Comparison of measured values for individual samples and a final

summary of results was a very important part of the workshop. As mentioned above, the pupils completed the same tasks, but each pair worked with different material. In the conclusion of the workshop they recorded in their worksheets the measured pH values and conductivity of the solutions of all matters and compared them. They made themselves clear as for characteristic properties of solutions and in what way they can be identified. Together with the lectors they summarized the results of their work.

Vernier equipment used for the workshop In the given tasks the pupils used the datalogger Lab Quest 2, to which

they connected various sensors – thermometer Go! Temp, pH sensor PH-BTA and conductivity probe CON-BTA. The attendance of this equipment

334

is very simple, a brief instruction was sufficient before each task. Operation with the system did not cause any problems for the pupils.

FURTHER SUGGESTION FOR PRACTICAL TASKS

The above mentioned example includes very simple tasks suitable for lower secondary school pupils. For higher secondary school teaching it is possible to incorporate also more demanding tasks. Further on suggestions for more tasks with sensors measuring pH and conductivity are presented.

Acidic and alkaline solution For the topic of “Acidic and alkaline solutions“ we verified, in various

forms of teaching, the task called measuring pH of drinks. Also in this case the combination of classical acid base indicators or universal red cabbage indicator with pH measurement using Vernier sensor came right. Various drinks are suitable as samples – fruit juices, tea, mineral water, beer, wine, coke, vinegar and calcium hydrogencarbonate content in the solution. Pupils could first estimate the approximate pH value of individual samples using acid base indicators and then specify it according the measured pH values. Based on the gained results the pupils put the drinks into an order according to the increasing pH value. It was interesting to compare the coke pH with other drinks and the students were surprised by the low pH value of coke (comparable to pH of vinegar). It is again a very simple task, which even younger pupils can manage.

High school students should be able to understand the dependence of the pH value of the solution on the concentration of electrolyte. This fact can be verified by measuring pH of solution with different concentrations. The Logger Lite software enables to visualize directly the graphic dependence between the chosen quantities. In this way pupils can observe continuously the change in pH with the change in concentration.

In relation with acid base reactions it is possible to use the Vernier system to demonstrate acid base titration. If we also use the drop counter, the process is simple and not time consuming. This variant is suitable as a demonstrative experiment in the classroom. The teacher starts the titration and then it goes automatically. The data about the volume of the titration agent and pH solution are recorded simultaneously. The teacher can continue the lesson and students can at the same time watch the present state and the course of the titration curve.

335

Conductivity of electrolyte solutions Conductivity of electrolyte solutions is not covered in detail at most

secondary schools. Nevertheless it is possible to use the sensor for measuring conductivity as least for demonstration of basic properties of electrolytes. Work with sensor is very simple, and the measuring itself does not take much time. The task when the different conductivity of different kinds of water is observed (distilled, drinking, salty, mineral), is suitable even for younger pupils. At secondary schools with more classes of chemistry students during laboratory exercise can measure the dependence of specific conductivity on the concentration of solution or compare the conductivity of strong or weak electrolyte. Another variant is construction of calibration curve of the dependence of specific conductivity on the amount of dissolved matter and the subsequent determination of the amount of measured matter in the sample of unknown concentration.

CHEMISTRY TEACHING SUPPORTED BY THE VERNIER SYSTEM

There are several reasons for using the Vernier system in teaching. First of all it is an attempt to approximate teaching to common laboratory practice, which is at present based mainly on instrumental methods and their connection with computer technologies. The measured values are shown on the datalogger or notebook display, at the same time it is possible to observe the graphic dependence of the chosen quantities and subsequently to evaluate and further process the measured data directly in the Logger Lite software (Logger Pro). Owing to the possibility to connect the equipment with a data projector all is clearly visible for all pupils in the classroom. Another reason is easy manipulation with individual components, before starting brief instructing of pupils is sufficient.

The Vernier system can be used in various forms and phases of the teaching process. Individual sensors can be used for demonstrative experiments in the Chemistry lessons or within laboratory exercises. Tasks are simple, safe, not time consuming and sufficiently illustrative. They are suitable for motivation, for introduction of new topics as well as for the phase of practising the gained knowledge, skills and habits.

336

CONCLUSIONS

The Vernier system is evidently designed for the teaching purposes. It is advantageous to create sets according the specialization of individual schools and to complete it gradually with other components. The expert support on the part of the producer and distributor is also very beneficial. The webpage of the Vernier company provides many instructions for tasks.

Using the Vernier system gives opportunity to make teaching more attractive. It results from our experience that it is very effective to combine classical laboratory methods with this system as it was briefly suggested on the example of the workshop focused on solution properties. Broader application of complex experiments of this kind is not possible because of lower number of lessons and financial requirements. For most schools it is impossible to equip the laboratory with the number of sensors enabling parallel work of several students.

Participation in natural sciences education projects enabled us to build a set suitable for experiments in various areas of chemistry. We use the Vernier system for various activities – specialized lectures and workshops for secondary and high school pupils, events related to popularization of chemistry for the public, work with talented pupils (Sirotek, 2012) and of course in future chemistry teacher education.

ACKNOWLEDGEMENT

This paper is published thanks to the financial support of the project Nr. CZ.1.07/1.1.30/02.0024 named: Practical Teaching of Science at Secondary and High School.

REFERENCES

Richtr, V., Štrofová, J., Kraitr, M., 2008. Atraktivní pokusy ve výuce chemie V. In: Chemie XXII, sborník katedry chemie. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni – Fakulta pedagogická.

Sirotek, V., Kraitr, M., 2006. Výpočtové úlohy k učivu o roztocích. In: Chemie XXI, sborník katedry chemie. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni – Fakulta pedagogická.

Sirotek, V., Kraitr, M., 2007. Složení roztoků a výpočtové úlohy k tematice roztoků ve výuce chemie. In: ScienEdu, Aktuálne trendy vo vyučovaní prírodovedných predmetov. Bratislava: ŠEVT a.s.

337

Sirotek, V., 2012. Podpora práce s talentovanými žáky a studenty v Plzeňském kraji. In: Aktuálne trendy vo vyučovaní prírodných vied. Trnava: Pedagogická fakulta Trnavskej univerzity v Trnave.

Vernier CZ, 2014. Vybavení pro výuku přírodovědných oborů. [online] Available at <http://www.vernier.cz/uvod/rozcestnik> [Accessed 2 July 2014].

Západočeská univerzita v Plzni, 2014. Praktická výuka přírodovědných předmětů na ZŠ a SŠ. [online] Available at https://www.pc.fpe.zcu.cz/?cat=36 [Accessed 2 July 2014].

338

VYUŽITÍ VIDEO-POKUSŮ A FLASH ANIMACÍ VE VÝUCE NA ZŠ

Ondřej Košek Střední škola a mateřská škola, Liberec, Česká republika

Přírodovědecká fakulta, Univerzity Karlovy, Praha, Česká republika [email protected]

Bořivoj Jodas, Martin Slavík Frakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita, Liberec,

Česká republika [email protected], [email protected]

Abstrakt Porozumění základním dějům a schopnost vyčíslit chemickou rovnici jsou základní kompetence, které by měl žák v rámci přírodovědného vzdělání získat. Jejich nabývání je však pro žáky často velice obtížné a to především díky špatné představivosti a schopnosti vnímat látky z pohledu mikrosvěta. Pro zlepšení této situace jsme vytvořili učební pomůcku, která kombinuje vybranou sadu motivačních video-pokusů, doplněnou o animace popisující děje, které při pokusech probíhají. Tento článek pojednává o průběhu tvorby výukové pomůcky, jejím využití a výsledcích jejího použití ve výuce.

Klíčová slova Video-pokus, flash animace, učební pomůcka, prezentační manažér, vizualizace, molekuly

Use of Video-experiments and Flash Animation in Teaching at Elementary School

Abstract Understanding the basic processes and the ability to balance the chemical equation are basic skills that the student should obtain in the context of science education. The acquisition of these skills by pupils is often very difficult, mainly due to poor imagination and the ability to perceive the substance in terms of the microworld. To improve this situation, we have created a teaching tool that combines a selected set of motivational video-experiments, accompanied by animation describing the processes that take place in experiments.

339

This article discusses the process of making teaching tool, its use and the results of its use in practice.

Keywords Video-experiment, flash animation, teaching aid, presentation manager, visualization, molecule

ÚVOD

Konferenční příspěvek na téma využití video-pokusů a flash animací na základní škole pojednává o procesu tvorby výukové pomůcky a o možnos-tech jejího zařazení do výuky na příslušném stupni vzdělávání.

Výuková pomůcka je zaměřená na vzdělávací obsah vzdělávacího obo-ru chemie a rozpracovává téma chemických reakcí.

Žáci základních škol mají často problém porozumět chemickým reak-cím a to především z pohledu jejich vyjádření chemickou rovnicí. Chemic-ká reakce je pro ně motivačním prvkem a do hodin chemie, jak již bylo několikrát řečeno, neodmyslitelně patří. Každou takovou chemickou reakci je možné zapsat do podoby chemické rovnice. Tento proces je pro žáky ve-lice náročný. Důvodem je obtížná představitelnost látek na úrovni mikro-světa. Chemické rovnice jsou žáky často vnímány jako změť písmen a čísel, kterou se učí jako básničku bez dalšího porozumění.

Tento problém by alespoň částečně měla vyřešit námi vytvořená po-můcka, ve které se žáci u vybraných chemických reakcí dostanou na úro-veň mikrosvěta a porozumí změnám, které se při nich dějí.

VIDEO-POKUS

Chemický experiment do výuky chemie neodmyslitelně patří a jeho od-stranění z výuky by nebylo vhodné. Jsou však případy, kdy nahrazení reál-ného experimentu videozáznamem je vhodné. Jde o experimenty, které jsou časově náročné, a běžná vyučovací hodina je na tyto experimenty krátká. Dále to mohou být experimenty, které jsou nebezpečné. Třetí skupinou jsou experimenty, pro které je nákup reaktantů nebo laboratorní techniky ná-kladný.

Z hlediska didaktiky chemie není vhodné nahrazovat experimenty a to především ty žákovské, které mají veliký význam pro vytváření praktic-kých zkušeností žáků. Mohou být však doplněny o videopokus, který

340

vhodným způsobem doplňuje praktickou činnost žáků a pomáhá jim s po-rozuměním daným mechanismům.

Výhodami videopokusů jsou především možnost zpomalení a opaková-ní pokusu. Dále pak finanční nenáročnost a dodržení bezpečnosti práce. Navíc v dnešní době je možné pokusy snímat, jak z čelního pohledu „kla-sický způsob”, tak z pohledu člověka, který pokus provádí. Kombinace těchto záběrů vytváří realističtější pohled na pracovní postup, předcházející kýžené chemické reakci. Takto vytvořené videosekvence vytvářejí video návod pro daná laboratorní cvičení.

FLASH ANIMACE V CHEMII

Mikrosvět je pro člověka těžko pochopitelnou a dokonce ne zcela do-konale probádanou oblastí. Děje, které na úrovni mikrosvěta probíhají, jsou podstatou všech chemických reakcí a můžeme je sledovat v reálném životě kolem nás.

Jak žákům základních škol tento svět přiblížit? Nejjednodušším způso-bem, který vyniká velkou mírou názornosti, je vizualizace. V rámci výuky chemie máme několik možností.

1. Molekulové stavebnice 2. Obrazový materiál 3. Digitální vizualizační technika

Vyjádření chemických reakcí pomocí molekulových stavebnic a obra-zových materiálů, není příliš názorné. V případě molekulových stavebnic je nutné přeskládat atomy reaktantů do podoby molekul produktů, což je spo-jené s určitým časovým intervalem. My však víme, že reakce probíhají

Obrázek 2: snímek z čelní kamery, vlastní tvorba

Obrázek 1: pohled z přední kamery, vlastní tvorba

341

okamžitě, při dodržení určitých podmínek. Pro tento účel je lepší využít vizualizaci digitální.

Vizualizační programy, které „dynamicky“ zobrazují vybrané atomy, molekuly nebo struktury. Žák s nimi může interagovat pomocí otáčení, při-bližování, měření vzdáleností mezi atomy, atd. To je však z hlediska vy-světlení chemických reakcí nedostačující. U vizualizovaných částic není patrné, jaké jejich části spolu reagují a vyměňují si atomy nebo skupiny atomů.

Při tvorbě dynamických animací, popisující chemické reakce, je nutné dodržet následující pravidla.

V prvé řadě je to samotné zobrazení reagujících molekul. Míra zjedno-dušení nesmí přesáhnout „standardy“ chemické symboliky. Tvary molekul by měly odpovídat experimentálně naměřeným hodnotám a to, jak z hle-diska velikosti atomů, tak z pohledu rozložení atomů v prostoru. V nepo-slední řadě by barevnost atomů v molekulách měla odpovídat chemickým konvencím.

V druhé řadě je to mechanismus chemických reakcí, které jsou žákům prezentovány. Mechanismy chemických reakcí jsou často velice složité a žákům jsou vysvětlovány v názornější podobě, v podobě zjednodušených chemických rovnic. V dnešní době není problémem rozpohybovat větší množství modelů chemických sloučenin, které mezi sebou budou následně reagovat. Takto vytvořený materiál však ztrácí pro žáky „čitelnost“, kom-plikuje žákům možnost porozumění a takový materiál se stává ve výuce nevyužitelným.

Obrázek 3: Atak krystalové mřížky hořčíku molekulou

kyslíku, vlatní tvorba.

Obrázek 4: Vznik oxidu hořečnatého, vlastní tvorba

342

Tvorba animací Pro tvorbu animací lze použít buď obecný software pro tvorbu animací,

nebo specializovaný software pro vytváření simulací chemických struktur (např. NAMD | VMD). První typ software není vytvořen pro potřeby che-mie, proto je pak nejzásadnější komplikací samotná vizualizace molekul. Druhý typ programů vyžaduje dostatek času na získání speciálních doved-ností, ale je výhodnější v případě složitějších simulací zahrnujících velký počet atomů.

I když vizualizačních programů je velké množství a stejně tak obecných programů pro tvorbu animací, je jejich přímé propojení nemožné. Proto autor animací zaměřených na učivo chemie musí při jejich tvorbě dbát na výše uvedené zákonitosti. Jedná se především o barvu atomů a tvary mole-kul. Proto je nutné, veškeré výtvory, které vznikají v obecných animačních programech, neustále porovnávat s dostupnými údaji o jejich tvaru, veli-kosti, atd.

V případě, že se ke zpracování animace jakékoli problematiky přistupu-je zodpovědně a každý krok je pečlivě zvážen a v lepším případě ověřen. Vznikají tak výukové pomůcky, které ulehčí práci vyučujícímu a motivují žáky k další práci v dané oblasti vzdělávání. Díky animacím, které použí-vám při výuce chemie, je pro žáky jednodušší vyčíslování chemických rov-nic. Animace jim pomáhají lépe pochopit stechiometrii chemických reakcí.

PROPOJENÍ VIDEOPOKUSU A ANIMACE

Propojením video-pokusu a animace vznikají materiály, které si s sebou nesou výhody z obou těchto oblastí. Z nich bych vyzdvihnul snadnou a ne-nákladnou proveditelnost zohledňující bezpečnost práce a názorné vysvět-lení dějů, které v daných reakčních systémech probíhají.

Propojení je realizovatelné různými způsoby. Námi vyzkoušené jsou: 1. Sloučení video-pokusu a animace do jednoho video-souboru

Tento způsob neoddělitelně spojí oba materiály, v případě jaké-koliv změny ve video-pokusu nebo v animaci, musí dojít k pře-pracování celého výsledného materiálu, což značně komplikuje úpravy a rozvoj takovéto výukové pomůcky.

2. Zakomponování video-pokusu a animace do interaktivní pre-zentace

343

Tento případ propojení videopokusu s animací je výhodný z výše uvedených důvodů. Navíc je možné používat video-pokus nebo animaci odděleně. V případě provedení reálného experimentu, je možné jej doplnit animací, která daný pokus dynamicky vysvět-luje. Naopak v případě vyšší náročnosti experimentu z hlediska bezpečnosti nebo materiálové náročnosti, je možné využit pouze video-pokus.

Obě možnosti propojení jsou vhodné pro využití ve výuce. Pro práci autora pomůcky je vhodnější varianta číslo dvě. Z důvodů modularity jde o vytvoření jedné šablony, ve které autor, kterým může být i učitel, vymě-ňuje její jednotlivé části. Tím si přizpůsobuje prezentaci vlastním po-třebám.

ZÁVĚR

Základem všech přírodovědných oborů je reálný experiment a v chemii to platí dvojnásob. Existují však případy, kdy není možné v danou chvíli a na daném místě experiment provést. V těchto případech jsou možné dvě varianty. Pokus neprovést a ani neukázat a tím žáky ochudit o motivační prvek výuky, nebo jim pustit video-pokus. Tím však není vyřešeno sa-motné porozumění dějům, které v reakčních systémech probíhají. V tento okamžik přichází na řadu animace, která ve zjednodušené formě, myslím si však, že názorně, daný děj popisuje.

Samozřejmě je vše na zkušenostech a aktivitě daného vyučujícího, ja-kou cestu si vybere. Z nejrůznějších výzkumů však vyplývá, že zapojování ICT do výuky chemie je pro žáky silným motivačním prvkem, kterým ani-mace ve spojení s video-pokusy jistě jsou.

LITERATURA

Plucková, I., Daňková, B., Budiš, J. 2004. Využití videopokusů ve výuce chemie na ZŠ. In Sborník příspěvků z Mezinárodního semináře didaktiků chemie. Brno: Masarykova univerzita, s. 167-181.

Tasker, R., Dalton, R. 2006. Research into practice: visualisation of the molecular world using animations. Chemistry education: research and practice: (formerly Chemistry education research and practice in Europe) / University of Ioannina [online]. 2006, vol. 7, no. 2, s. 141-159, 30 January 2006 [cit. 2012-10-10]. Dostupné z: http://www.rsc.org/images/Tasker-Dalton%20 paper%20final_tcm18-52113.pdf

344

Bílek, M. a kol. 2007. Vybrané aspekty vizualizace učiva přírodovědných předmětů. M&V, Hradec Králové.

Bílek, M. a kol. 2011. Kvirtualizaci školních experimentálních činností. M&V, Hradec Králové.

Humphrey, W., Dalke, A. And Schulten, K. 1996. VMD -- Visual Molecular Dynamics, J. Molec. Graphics, vol. 14, pp. 33-38. Dostupné z: http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/

Philips, J. C. et al. 2005. Scalable molecular dynamics with NAMD. Journal of Computational Chemistry, 26:1781-1802. Dostupné z: http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/

http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/

345

MOŽNOSTI VYUŽITÍ PODCASTŮ VE VÝUCE CHEMIE

Dagmar Stárková Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze, Praha, Česká republika

[email protected]

Martin Rusek Pedagogická fakulta Univerzity Karlovy v Praze, Praha, Česká republika

[email protected]

Abstrakt Využití ICT je v dnešní době vnímáno jako neopomenutelná součást edukačního procesu. Jeho efektivní zapojení do výuky chemie patří k často diskutovaným tématům jak na akademické půdě, tak ve školách. Využití ICT v edukačním procesu se v součas-nosti nese hlavně v duchu využití mobilních technologií. Motivace, ale i podpory edu-kace žáků je tak možno dosáhnout i užíváním podcastů - digitálních video nebo audio záznamů dostupných prostřednictvím internetové sítě. Příspěvek se zabývá možnostmi zapojení podcastů, respektive educastů, do edukačního procesu. V úvodní části je defi-nován termín podcast resp. educast, dále jsou diskutovány různé podoby educastů a z nich vycházející specifika pro aplikaci zvláště v mimoškolním vzdělávání.

Klíčová slova Podcast, ICT ve výuce chemie, m-learning

Possibilities of Using Podcasts in Chemistry Education

Abstract Using ICT is nowadays considered a vital part of education. Its efficient inclusion into Chemistry education belongs to often discussed topics both among academics and teachers. Using ICT in education has recently been represented mostly by mobile technology. Not only motivation, but also support of education is therefore possible also with the use of podcasts – digital video or audio recordings available on the Internet. This paper is focused on possibilities of podcasts or educasts inclusion into education. Further, various types of podcasts are discussed in order to identify their specifics for out-of-school education.

Keywords Podcast,ICT in chemistry education, m-learning

346

ÚVOD

Možnosti efektivní podpory vzdělávání za využití či prostřednictvím in-formačních a komunikačních technologií (ICT) jsou předmětem diskuse jak vysokoškolských didaktiků daných předmětů, tak učitelů na různých stup-ních vzdělávání. Trendem poslední doby, a zdá se, že i blízké budoucnosti, se ukazuje být zapojování mobilních technologií, zejména mobilních tele-fonů/smartphonů a tabletů do edukačního procesu (m-learning či mobile learning) (NMC, 2014), ale i vzrůstající počet zejména národních projektů (Tablets for Schools, Acer-Europian Schoolnet Tablet Pilot, Tablette Elève Nomade), které zkoumají různé možnosti zapojení ICT do výuky i jejich efektivitu. Vybavování škol, učitelů i žáků těmito zařízeními je tak vhodně doplněno i metodickou podporou učitelů, jak používáním daných ICT pro-středků správně podporovat výuku.

Nahrazování sešitů či učebnic mobilními technologiemi ve školních třídách je jeden způsob nahlížení na podporu výuky prostřednictvím ICT. Informační a komunikační technologie však využívají i další rozměr – umožňují přenést edukační proces mimo prostředí školní třídy (out of clas-sroom education) a podporují tak neformální a in-formální vzdělávání. Hojně užívané koncepty jako převrácená třída (flipped classroom) či blen-ded learning stojící za v současnosti mimořádně populárními masivními otevřenými online kurzy (MOOC) jsou založeny právě na využívání ICT v mimoškolním prostředí.

Lze očekávat, že čím dál tím větší roli ve virtuální podobě třídy budou hrát smartphony a tablety. Právě těmito zařízeními je rok co rok vybaveno větší množství žáků, přičemž se věková hranice, kdy žák vlastní tento druh ICT, neustále snižuje (Fielden & Malcolm, 2007; Madden et al., 2013; Rusek, 2012). Je tedy otázkou, jak efektu „cool“ technologií využít ve výu-ce. Autoři se v příspěvku zaobírají možnostmi využívání zvukových a au-diovizuálních záznamů poskytovaných jak samotnými učiteli, vědci, žáky, nebo jen nadšenci, ve výuce přírodovědných předmětů, zejména chemie.

VYMEZENÍ TERMÍNU PODCAST

Termíny jako podcast, webcast či educast nejsou nikterak novými, vznikají ruku v ruce s využíváním ICT ve výuce již od počátku 21. století. Vymezení těchto pojmů je komplikovanější, často dochází k prolínání je-jich významu a záleží na konkrétním jedinci, jak se s nimi rozhodne praco-vat. Navíc neustále vznikají nová označení jako teachercast, blogcast,

347

zunecast, netcast, tomcast, mobcast apod. S ohledem na téma tohoto pří-spěvku je tak třeba vymezit, co se rozumí pod pojmem podcast.

Podcastem se původně označoval digitální audio záznam dostupný prostřednictvím internetové sítě pro stáhnutí na počítač či jiný mediální přehrávač, kde jej pak lze přehrávat. ("Podcast," 2014). Novější definice pod podcast zahrnují i videa (audiovizuální záznamy), mluví se také o vi-deo podcastu. (Valová & Jančář, 2011). Označení vzniklo spojením slov „iPod“ (MP3 přehrávače firmy Apple) a „broadcast“ (vysílání). Z interne-tové sítě lze podcast stáhnout přímo do přehrávacího zařízení, nebo k němu přistoupit pomocí funkce RSS (Really Simple Syndication). Autoři podcas-tů většinou vytvářejí celé série těchto multimediálních stop na různá téma-ta, přičemž jednotlivé podcasty mají délku v řádech jednotek až desítek minut. Jako educast bývá v literatuře označována skupina podcastů vytvo-řených výhradně za vzdělávacím účelem. Dále v textu bude pro svou šíři používán pojem podcast.

Podle účelu lze podcasty rozdělit následovně (Kay, 2012):

a) zaměřené na výukovou jednotku (náhradní) – podcastem se rozumí nahrávka celé vyučovací hodiny (lekce), kterou si žák může pustit místo vyučovací hodiny či kdykoli po jejím absolvování (srov. pře-vrácenou třídu);

b) rozšířené – podcast tvoří video záznam jednotlivých snímků prezen-tace doprovázený rozšiřujícím zvukovým (hlasovým) doprovodem;

c) doplňkové – podcast rozšiřuje výuku o instrukce k práci s danou lekcí, ukázky ze života, shrnutí lekcí a kapitol knih či seznam dal-ších materiálů k rozšíření a prohloubení porozumění uživatele;

d) ukázkové (vypracované) příklady – podcasty poskytují vysvětlení specifických problémů, které uživateli pomáhají řešit další příklady, zejména z oblasti matematiky a přírodních věd.

MOŽNOSTI VYUŽITÍ PODCASTŮ

Vytvoření zvukového či audiovizuálního záznamu je v dnešní době poměrně snadné i pro žáka základní školy, k jeho úpravě a sdílení prostřed-nictvím internetové sítě mohou napomoci volně dostupné manuály. Autory podcastů mohou být jak učitelé, tak žáci samotní. V prvním případě tak učitel může žákům poskytnout podcasty, které budou sumarizovat, doplňo-

348

vat či více přibližovat probírané téma, přičemž žák může plně využívat vý-hod takto sdílených dat (přistoupit k obsahu kdykoli a kdekoli, opakovaně s možností pozastavení záznamu v kterémkoli bodě časové osy). Vlastní-li žák mobilní zařízení schopné podcasty přehrávat, může si záznamy pouštět např. cestou do školy či ze školy (prostojové mobilní učení). Podcasty tím-to způsobem dostávají, především v zahraničí, k dispozici zejména studenti terciárního vzdělávání.

Na základních a středních školách se setkáváme se žákovskými podcas-ty. Tyto plně rozvíjejí myšlenku konstruktivismu, umožňují „týmový způ-sob práce, dělat rozhovory, nahrávat hudbu, vydávat zvukové zpravodajství apod. Je samozřejmé, že u takto koncipované výukové činnosti lze očeká-vat mnohem vyšší zájem ze strany žáků. Sledovat výstupy totiž nebudou jen spolužáci a učitel, ale potencionálně celý svět.“ (Brdička, 2006). Po-měrně rozvinuté školní rádio či televize jsou tak ukázkovým příkladem žá-kovského podcastu nového tisíciletí.

Volně dostupných podcastů na internetové síti je nemalé množství. Uči-tel tak ve výuce může využívat i již připravené materiály. Je pak třeba zvá-žit roli takového podcastu, jeho obsah, didaktickou úroveň apod. V českém prostředí pak může být překážkou jazyk. Většina dostupných podcastů je v angličtině.

Příklady internetových zdrojů podcastů s přírodovědnou tematikou Český rozhlas – věda a technika – internetové stránky nabízí několik

podcastových seriálů, např. Leonardo Plus, Laboratoř či Studio Leonardo (rozhovory s odborníky na různá vědecká témata).

iTunes – firma Apple má na svých internetových stránkách samostatnou sekci Podcasts, kde lze pod různými kategoriemi (např. Natural Science) nalézt až stovky různých záznamů.

Khanova akademie – celosvětově známý a úspěšný projekt nabízí velké množství audiovizuálních záznamů s různou tematikou, dostupných i v českém jazyce (titulky, český dabing). Podcasty jsou ojedinělé tím, že jsou vytvářeny přímo pro edukační proces (tzv. educasty).

NASA – agentura NASA na svých internetových stránkách nabízí pro žáky i učitele velice zajímavé a ojedinělé audiovizuální záznamy z vesmíru, ale i z různých příprav kosmických misí.

NOVA – série televizních dokumentárních videí, u nichž je dostupný i jejich písemný přepis.

349

The Naked Scientists – audiozáznamy na různá populárně-naučná té-mata a otázky, které pokládají sami posluchači či čtenáři.

Vím proč – internetové stránky se žákovskými podcasty znázorňujícími fyzikální experimenty.

ZÁVĚR

Oblíbenost a využívání moderních informačních a komunikačních technologií ve škole staví před učitele i didaktiky otázku, jak chytrých mo-bilních telefonů a tabletů ve výuce využít efektivně. V diskusích na dané téma se ovšem objevují i názory na rušivý vliv mobilních zařízení na po-zornost žáků a s nimi spojený zákaz tato zařízení ve škole používat (např. Marešová, 2011). Tento krok je ovšem vzhledem k trendům ve společnosti nešťastný. Škola se jím uzavírá okolnímu světu a setrvává zkostnatělou in-stitucí minulého století.

Podcasty, blogy či obdobné záznamy jsou jednou z možností, jak výuce vtisknout moderního ducha, přesto udržet její efektivitu. Velmi výhodným se zdá využití potenciálu podcastů mimo školní prostředí, např. při cesto-vání. Multimediální záznamy lze velice jednoduše téměř kdekoli stáhnout do vlastního přístroje a poslechnout či shlédnout je, kdykoli uživatel uzná za vhodné.

Volně k dispozici je poměrně velké množství podcastů. Většina je však v anglickém jazyce, nebo se problematice výuky cizích jazyků věnuje. Ten-to text přináší i odkazy na úložiště podcastů v češtině.

Závěrem je nutno poznamenat, že podcasty, stejně jako další moderní prostředky pro mimoškolní výuku, nemohou klasickou výuku ve škole na-hradit. Jejich potenciál stále zůstává nevyužit (Rusek, Stárková, & Finger, 2014). Výzkumy ukazují, že žáci na tento způsob výuky nejsou ještě plně připraveni (neumí s multimediálními záznamy pracovat, nemají čas si je pouštět či nejsou vybaveni technologiemi, díky kterým by si je mohli pře-hrát).

Autoři textu se hodlají nadále zabývat materiály pro podporu výuky chemie na mobilních zařízeních, jelikož jim v českých podmínkách není věnována dostatečná pozornost. Nejdůležitějším faktorem je informovanost učitelů i jejich zkušenost s využíváním elektronické podpory výuky.

350

PODĚKOVÁNÍ

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu GA UK č. 1488214 „Efektivní způsoby podpory výuky chemie prostřednictvím ICT pohledem učitelů che-mie“.

LITERATURA

Brdička, B. 2006. Do škol přichází podcasting. Česká škola. Retrieved from http://www.ceskaskola.cz/2006/08/borivoj-brdicka-do-skol-prichazi.html

Fielden, K., & Malcolm, P. 2007. Cell phones in New Zealand secondary schools: boon, banned or biased? In D. Parsons & H. Ryu (Ed.), Mobile Learning Technologies and Applications.

Kay, R. H. 2012. Exploring the use of video podcasts in education: A comprehensive review of the literature. Computers in Human Behavior, 28(3), 820-831.

Madden, M., et al. 2013. Teens and Technology (pp. 19).

Marešová, D. 2011. Mobilní telefon jako součást školní reality. In M. Rusek, P. Sojka & M. Václavík (Ed.), Paradigma současného vzdělávání v pedagogickém výzkumu, (pp. 191-197). Praha.

NMC. 2014. Horizon Report 2014 (pp. 52). Retrieved from http://www.nmc.org/pdf/2014-nmc-horizon-report-he-EN.pdf

Podcast. 2014. The Oxford Dictionary. Retrieved 07-06, 2014, Dostupný z: http://www.oxforddictionaries.com/definition/english/podcast

Rusek, M. 2012. Možnosti a omezení zařazení mobilních technologií do výuky. In V. Ježková (Ed.), Kvalita ve vzdělávání, (pp. 683-692). Praha, UK PedF.

Rusek, M., Stárková, D., & Finger, A. 2014. Are Chemistry Apps Suitable for an Out of Classroom Approach? In (Ed.), ICOLE 2014, Halle.

Valová, L., & Jančář, L. 2011. Podcast a jeho možnost využití při výuce. In (Ed.), Metodologické otázky výskumu v didaktice chémie, (pp. 26-29). Trnava.

351

VIZUALIZACE CHEMICKÝCH STRUKTUR V BADATELSKY ORIENTOVANÉ VÝUCE

Martin Slavík, Jan Grégr, Bořivoj Jodas Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci,

Liberec, Česká republika [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrakt V badatelsky orientovaném vyučování si žák vytváří znalosti pomocí řešení problémů. Učitel jej pomocí vhodně kladených otázek vede, podobně jako v reálném výzkumu, od formulace hypotézy až k závěrům. Vizualizace chemických struktur využívá počítač pro interaktivní reprezentaci modelu chemické struktury. Pokud máme k dispozici vhodný model, lze vizualizační nástroje použít také badatelsky. Příspěvek ukazuje vybrané pro-blémy s různou mírou složitosti, které je možné řešit badatelským způsobem s využitím molekulární vizualizace. Jsou shrnuty možnosti použití vizualizace ve výuce a uvedeny příklady sbírek materiálů určených k vizualizaci.

Klíčová slova Vizualizace. Výuka. Badatelská výuka. Chemická struktura. Příklady. Freeware.

Chemical Structure Visualization in Inquiry Based Learning

Abstract In inquiry based learning a pupil creates knowledge through problem solving. The teacher leads the pupil by appropriately asked questions, similarly to a real research, from the formulation of hypotheses to conclusions. Molecular visualization uses computer for interactive representation of chemical structure. If we have a good model, we can also use visualization tools for inquiry based learning. The paper shows the selected problems with varying degrees of complexity, which can be solved by inquiry based learning using molecular visualization. This contribution also summarizes the possibility of using visualization in education and provides examples of resource databases intended for visualization.

Keywords Visualization. Inquiry based learning. Learning. Chemical structure. Examples. Freeware.

352

ÚVOD

Vizualizace využívá počítač pro interaktivní obrazovou reprezentaci dat, která rozvíjí poznání (Card, 2005). Vizualizace můžeme s výhodou po-užít pro znázornění dějů příliš rychlých, pomalých, nebezpečných nebo drahých, ve kterých mohou vystupovat objekty velmi malé i velké. V pří-padě chemických struktur se používá termín molekulární vizualizace, který ale není zcela přesný, protože často se vizualizují také krystaly, ionty nebo strukturní fragmenty.

V badatelsky orientovaném vyučování si žák vytváří znalosti pomocí řešení problémů. Učitel jej pomocí vhodně kladených otázek vede, podob-ně jako v reálném výzkumu, od formulace hypotézy až k závěrům. Pokud máme k dispozici vhodný model, lze vizualizační nástroje použít také bada-telsky.

Nástrojů pro vizualizaci chemických struktur je velké množství, ale jen málo z nich kombinuje vizualizaci s rozhraním pro molekulární modelová-ní (Avogadro, Molekel) nebo dokonce podporou zobrazení simulací (VMD, doporučujeme ho vylepšit o doplněk iTestGUI (Johnson, n.d.) pro zjedno-dušení práce se software), v pokročilém software také nechybí možnost programování, např. v jazyce Python. Podobné nástroje pro vizualizaci s rozhraním pro modelování jsou výhodné vzhledem k jednoduchosti práce, často se ale nevyhneme nutnosti modelovat ve specializovaném programu.

MOŽNOSTI VIZUALIZACE

interaktivní manipulace – rotace, přesun, lupa; popisky – název, symbol, náboj, souřadnice, poloměr atomu; měření: úhly a délky; volba zobrazovacích modelů – drátový, tyčinkový, tyčinky a kuličky,

kaloty (CPK); zjednodušení struktury: Cartoon (skica), Trace (stopa) pro biopolymery,

Icosahedra (mnohostěny) pro krystaly a zobrazení geometrie molekul; zobrazení – měřítko, vodíkové vazby, disulfidické můstky, více modelů

současně; změna barevných schémat – podle: prvku; aminokyseliny; sekundární

struktury; řetězce; náboje, hydrofility, bazicity, aromaticity, vzdálenosti od povrchu;

353

rendering + podpora pseudo 3D zobrazení s použitím barevných brýlí; výběr částí struktury pomocí žolíkového zápisu i programově; operace symetrie; krystalové mřížky; dokování; atomové a molekulové orbitaly; molekulové povrchy s projekcí elektrostatického potenciálu a řezy; vektorová data – vibrační módy molekul a animace dipólových mo-

mentů; spektra IČ, NMR se zvýrazněním souvisejícího fragmentu; simulace, animace, trajektorie. Vizualizaci lze aplikovat na: malé organické molekuly, velké makromole-kuly, krystalové struktury, zobrazení simulací. Každá z těchto oblastí má svá specifika.

Existuje nepřeberné množství sbírek materiálů využívajících vizualizaci chemických struktur, ty jsou nejčastěji založeny na implementaci volně do-stupného apletu Jmol, jedná se např. o: (Explain) it with Molecules, (Star-Biochem) a interaktivní simulace v (Molecular Workbench).

Vzhledem k tomu, že pro dokonalé osvojení chemických znalostí je po-třeba propojení poznatků na úrovni laboratorní, symbolické i molekulární, nelze čekat, že pro úspěšnou badatelskou výuku bude možné použít pouze vizualizaci. Přesto v následující kapitole shrnujeme některé problémy s různou mírou složitosti, které je možné řešit badatelským způsobem s vyu-žitím molekulární vizualizace.

TÉMATA PRO PRIMÁRNÍ VZDĚLÁVÁNÍ

Pravidelnost v krystalové mřížce a pravidelné rozmístění atomů v pro-storu okolo centrálního atomu pro 4 a více vázaných atomů (tetraedric-ké, oktaedrické atp. uspořádání). Viz Obrázek 1.

Obrázek 1 Pravidelné rozmístění atomů v prostoru okolo centrálního atomu Manipulace se strukturou, skrývání atomů. Důkaz toho, že počítačové

zobrazení může být matoucí. Viz Obrázek 2.

354

Obrázek 2 Práce s molekulou chloridu fosforečného

TÉMATA PRO ZÁKLADNÍ VZDĚLÁVÁNÍ

Rozdíly mezi skupenstvími: voda – vhodná simulace v (Molecular Workbench) (Water pentamer | Phases of water). Hustota vody a ledu. Viz Obrázek 3.

Obrázek 3 Simulace skupenských přeměn vody v (Molecular Workbench)

Struktura molekuly kyslíku a ozónu: I rozdíl v počtech atomů v moleku-le může vést ke změně vlastností látek.

Klesá délka vazby v řadě: jednoduchá, dvojná, trojná? Ethan, ethen, ethyn.

K jakým změnám dochází při polymeraci? Plasty: PE, PTFE, PVC. Ačkoli je vzorec některých oxidů až na změnu centrálního atomu stejný,

jejich struktura se liší. Změny lze pozorovat v délce vazeb či velikosti úhlů, které atomy svírají. NO, NO2, CO, CO2, SO2, P4O10 a krystaly Al2O3, SiO2, TiO2.

355

Rozdíly mezi strukturou oxidů a sulfidů. Oxidy výše a sulfidy: PbS, ZnS, FeS2.

Rozdíly mezi bezkyslíkatými a kyslíkatými kyselinami. HCl, H2S, H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3, H2SO3.

Soli mají krystalovou strukturu, běžně nejsou ve formě molekul. NaCl, KCl, CaF2, NH4Cl, (PbS, ZnS, FeS2), NaNO3, KNO3, CuSO4, CaSO4, Na2CO3, NaHCO3, CaCO3, Ca3(PO4)2.

TÉMATA PRO STŘEDNÍ VZDĚLÁVÁNÍ

Polarita a rozpustnost. Jsou polární organické látky rozpustné ve vodě? Rozpustnost vitamínu A a C ve vodě. Projekce elektronové hustoty. Doplněno experimentem.

Vede grafit nebo nanotrubice elektřinu? Viz Obrázek 4. Doplněno expe-rimentem.

Je fenol polární nebo nepolární? Má jeho struktura otvor uprostřed? Jaké je uspořádání iontů v jodidu lithném? Jaká je vzdálenost mezi ato-

my Li a I? Jaká je průměr iontových kanálů v lidském těle? (VMD) Měření na mo-

delu. Proč NaCl krystaluje v kubické soustavě. Měření vzdáleností iontů Na+.

(Explain) Proč snižuje mýdlo povrchové napětí? (Explain) Proč může způsobit cholesterol aterosklerózu cév? (VMD) Viz Ob-

rázek 5.

356

Obrázek 4 Rozložení elektronové hustoty

v nanotrubici Obrázek 5 Docking cholesterolu

v lipidové dvojvrstvě vede k poklesu fluidity (VMD)

Reaktivita sloučenin a modely distribuce elektronové hustoty (Marek, 2010 a 2012) V molekule methanu přitahuje atom uhlíku elektrony stejně, méně nebo

více než atom vodíku? Aminoskupina v molekule anilinu elektrony benzenovému jádru: dodá-

vá, odebírá, nedodává ani neodebírá? Který atom nitroskupiny molekuly nitrobenzenu je napadán elektronem:

O, C, N? Která sloučenina je zásaditější: cyklohexylamin nebo anilin? Viz Obrá-

zek 6.

Obrázek 6 Distribuce elektronové hustoty v cyklohexylaminu a anilinu (Marek, 2012)

357

TÉMATA PRO VYSOKÉ ŠKOLSTVÍ

Barvení přírodními barvivy: afinita barviv z ořešáku k různým substrá-tům: celulóza, pokožka, polyethylén. Modelování vzniku vodíkových vazeb barvivo-celulóza.

Je lepším vodičem elektřiny měď nebo nanotrubice? 2D a 3D pohyb elektronů.

Jaký je průměrný počet vodíkových můstků na molekulu vody a ledu? Má více vodíkových můstků 1 mol vody nebo ledu 1h? (VMD)

Proč bílkoviny způsobují snížení teploty tuhnutí vody? V čem je jejich působení odlišné od solí? Podobnost struktury proteinu a krystalové mřížky ledu. (VMD)

Tvar molekuly a bod tání. Rovné | zakřivené řetězce. Máslo | olej. Ztu-žování tuků.

Kolik prvků symetrie najdete v molekule, např. BF3? (VMD) Viz Obrá-zek 8.

Molekulové orbitaly Existují elektricky vodivé polymery? Viz Obrázek 7.

Obrázek 7 Model polyanilinu s molekulovými orbitaly

Krystalové struktury

Jak to, že některé sírany krystalují s pěti, jiné se šesti, jiné se sedmi mo-lekulami vody a u některých vláknitých skalic je ve struktuře až 22 mo-lekul vody?

Jaké místo tyto molekuly vody ve vnitřní struktuře krystalu zaujímají, jsou jejich polohy náhodné, nebo zákonité? Viz Obrázek 9.

Při zahřívání hydratovaných síranů odchází část molekul vody a lze na-lézt stabilní formy i s menším počtem molekul vody – jak se při tom mění vnitřní struktura?

Mají všechny molekuly vody v krystalu stejnou funkci?

358

V čem se liší podvojné sírany s krystalovými vodami od těch jednodu-chých?

Jak to, že NaCl a KCl mají podobné krystaly a NaNO3 a KNO3 se liší? Jaké jsou rozdíly ve vnitřní struktuře CaCO3: kalcitu a aragonitu, TiO2:

rutilu a anatasu, PbWO4: stolzitu a raspitu?

Obrázek 8 Prvky symetrie BF3

ve (VMD) pomocí doplňku Symmetry tool

Obrázek 9 Krystalová struktura pentahydrátu síranu měďnatého

Zjednodušení struktury DNA/RNA – komplementarita bází, orientace řetězců, žebříkové uspo-

řádání. Proč jsou komplementární právě adenin s thymidinem and cyto-sin s guaninem. Co drží řetězce pohromadě. Znázornění vodíkových můstků. Popisek – druh báze.

Proteiny – Hemoglobin. Obsahuje šroubovice nebo skládaný list? Kolik bílkovinných řetězců? Kde je hem? Schematické zobrazení stuha, rozli-šení sekundární struktury.

Hemoglobin a srpkovitá anémie. Náhrada kyseliny glutamové méně po-lárním valinem zvyšuje hydrofobní interakci mezi řetězci, rozpustnost kyslíku klesá kvůli polymerizaci a tvorbě krystalů se srpkovitým tva-rem. Model v (Explain) nebo (StarBiochem).

Čtyři základní třídy biomolekul: sacharidy, lipidy, protein, nukleové ky-seliny. Podobnosti a rozdíly. Vhodné použití 3-D prohlížeče bílkovin (StarBiochem).

359

Podobnost bílkovin. Superpozice myoglobinu z různých živočichů. Je pro kyslík vhodnější hydrofilní nebo hydrofobní prostředí? (VMD)

Jak funguje v těle kofein? Molekula kofeinu je podobná adenosinu, mů-že se proto vázat na adenosinové receptory na povrchu buněk bez akti-vace, funguje jako kompetitivní inhibitor. (Explain)

Dokování molekul. Vliv struktury na biologickou aktivitu. Pseudo-ephedrin, ephedrin and methamphetamin. Karcinogenita malých mo-lekul vázaných do malého žlábku DNA. (Explain)

Obrázek 10 Model hemoglobinu v (Accelrys) Viewer Lite

Kombinace modelování a vizualizace Teorie Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR). Měření délek

vazeb a úhlů mezi atomy s hybridizací sp3, sp2, sp. Např. v software Avogadro: vytvoření molekul, optimalizace pomocí interakčního po-tenciálu (MMFF94 pro organické molekuly nebo UFF pro ostatní). (Avogadro)

Minimalizace energií izomerních alkenů a následné porovnání vypočte-ných hodnot energií (vyšší termodynamická stabilita alkenů s více alkyly → Zajcevovo pravidlo, stabilita cis-trans izomerů, stabilita izolovaných a konjugovaných dienů). Např. 1-hexen, cis a trans 2-hexen, 2-methyl-2-penten, 2,3-dimethyl-2-buten. (Avogadro)

360

Stabilita karbokationtů při bromaci propenu HBr. Vzniká 2-brompropan, protože sekundární karbokation má nižší energii než primární a tedy vyšší stabilitu. Markovnikovovo pravidlo (Avogadro).

Acidobazické chování aminokyselin/peptidů. Např. molekula dipeptidu Glu-Lys nebo glycinu (H2N-CH2-COOH). K jaké elektrodě se budou molekuly pohybovat při pH=3, pH=7, pH=13? V (Avogadro) Build Me-nu/Add Hydrogens for pH...

ZÁVĚR

Doufáme, že Vám uvedené příklady ukázaly, že vizualizace chemických struktur je užitečným a názorným nástrojem pro vysvětlení mnoha chemic-kých jevů. Vše je nutné před výukou vyzkoušet, protože zde číhají mnohé nástrahy, např.: Použití imaginární molekuly místo krystalové struktury v případě ionto-

vých látek. Modely neexistujících sloučenin. Nesprávné (neoptimalizované) modely. Zobrazení elektrostatického potenciálu, i když není vypočítán odpovída-

jící kvantově-chemickou metodou (aromáty, apod.). Vizualizace nemůže být jediným nástrojem v badatelsky orientované výuce, je vhodné ji doplnit experimenty a práci s reálnými modely, vhodným zdro-jem pro inspiraci je kniha (Exploring) the Nanoworld with LEGO® Bricks.

ZDROJE

Accelrys, n.d. Discovery Studio Visualization [WWW Document]. URL http://accelrys.com/products/discovery-studio/visualization-download.php (accessed 7.9.14).

Avogadro – Free cross-platform molecule editor [WWW Document], n.d. URL http://avogadro.cc/wiki/Category:Education (accessed 7.9.14).

Card, S., others (Eds.), 2005. Readings in Information Visualization – Using Vision to Think, Morgan Kaufmann, Elsevier. ISBN 1558605339.

Explain it with Molecules -- Interactive Molecules [WWW Document], n.d. URL http://www.edinformatics.com/interactive_molecules/ (accessed 7.9.14).

Exploring the Nanoworld with LEGO Bricks [WWW Document], 2012. URL http://education.mrsec.wisc.edu/LEGO/ (accessed 7.8.14).

361

Halpine, S.M., 2004. Introducing Molecular Visualization to Primary Schools in California: The STArt! teaching Science Through Art Program. J. Chem. Educ. 81, 1431. doi:10.1021/ed081p1431

Jmol: an open-source Java viewer for chemical structures in 3D [WWW Document], n.d. URL http://jmol.sourceforge.net/ (accessed 7.9.14).

Johnson, R.R., n.d. VMD resources – iTest GUI [WWW Document]. URL http://www.physics.upenn.edu/~robertjo/vmd/ (accessed 7.6.14).

Marek, M., Myška, K., Kolář, K., 2010. Využití molekulárních modelů v úlohách z organické chemie na gymnáziu. Media4u Magazine, 7, X3, 21–24.

Marek, M., Myška, K., Kolář, K., 2011. Úlohy z organické chemie na gymnáziu – molekulární modely a reaktivita organických sloučenin. Media4u Magazine, 8, X3, 81–84.

Marek, M., Myška, K., Kolář, K., 2012. Úlohy z organické chemie na gymnáziu II – molekulární modely a reaktivita organických sloučenin. Media4u Magazine, 9, X4, s. 3941.

Molecular Workbench [WWW Document], n.d. URL http://mw.concord.org/modeler/ (accessed 7.6.14).

Molekel – Main/Molekel [WWW Document], n.d. URL http://molekel.cscs.ch/wiki/pmwiki.php (accessed 7.9.14).

Shusterman, A.J., Shusterman, G.P., 1997. Teaching Chemistry with Electron Density Models. J. Chem. Educ. 74, 771. doi:10.1021/ed074p771

STAR: Biochem - Home [WWW Document], n.d. URL http://star.mit.edu/biochem/ (accessed 7.9.14).

Valle, M., n.d. Representation in chemistry - examples [WWW Document]. URL http://mariovalle.name/ChemViz/representations/ (accessed 7.7.14).

VMD Case Studies [WWW Document], n.d. URL http://www.ks.uiuc.edu/Training/CaseStudies/index.html (accessed 7.6.14).

362

MODEL UČENIA INTERAKTÍVNYM MOLEKULOVÝM MODELOVANÍM NA ZŠ

Szarka Katarína, Juhász György Chemistry Department, J. Selye University, Komárno, Slovakia


Abstrakt Pred niekoľkými rokmi škola ako inštitúcia vzdelávania bola primárnym prameňom informácií. Rapídny rozvoj technológií v oblastí informačno-komunikačných a multime-diálnych prostriedkov podnecovali zmeny paradigiem vzdelávania, zdôrazňujúc aktívne učenie ako proces konštruovania vlastného poznatku žiakom, bez ohľadu na formu rea-lizácie učebnej aktivity. Kompetentnosť vo využití nástrojov interaktívne sa stáva priro-dzeným atribútom novej generácie, ak prostriedky, nástroje a technológie budú aktívne implementované do vzdelávania vytvárajúc interaktívne učebné prostredie. Počítačové modelovanie molekúl nie je novum vo vzdelávaní chémie. Svojou funkcionalitou softvé-rové produkty molekulového modelovania jednoznačne podporujú vedu a výskum a dajú sa využiť aj vo vysokoškolskom vzdelávaní chémie. Našou snahou je poukázať na dôleži-tosť názornosti pri rozvíjaní abstraktného myslenia v chemickom vzdelávaní. Predstavu-jeme softvér Avogadro- molekulový editor a vizualizér- ako virtuálne učebné prostredie. Porovnávame jeho vybrané črty s atribútmi programom Hyperchem 7.0 Student Edi-tion. Našim zámerom je analyzovať možnosti implementácie interaktívneho molekulového modelovania do kontextu vzdelávania chémie na ZŠ, z pohľadu učebných štandardov chémie, z hľadiska základných učiteľských IKT zručností a z perspektívy fáz triedno-hodinovej formy vzdelávania. Výsledkom analýz je návrh modelu učenia pozostávajúci z učebných aktivít realizovaných vo virtuálnom konštruktivistickom učebnom prostredí softvéru Avogadro.

Kľúčové slová Molekulové modelovanie, učenie podporované s IKT, editor molekúl, visualizer molekúl, softvér Avogadro.

Implementation of Computer Based Molecular Modeling into the Upper Primary Education

Abstract The schools as the institutes have been the primary base of getting information and source of knowledge before several ten years. The technology developments have produced new tools and apps to acquire information, support learning and gain the new

363

knowledge therefore the status of school, the paradigm of teaching and learning process have to change. The new attitude of education for the needs of information society and change the old paradigm of learning process, which will be able to give the starting position for our children. It puts the active learning as the constructive process of gaining personal knowledge in forefront of aims, nevertheless gives opportunities for formal and informal learning process. Using information-communication tools and several technologies interactively and be competent in its applying or to acquire these competencies can come true if the technologies are actively put into learning environment or the learning process is realized by ICT interactively. We have an intention in this paper to characterize the active learning process, to indicate the importance of visualizing in abstract learning process. We would like to introduce and describe molecule editor and visualizer software called Avogadro, compare its selected attributes to Hyperchem 7.0 Student Edition as a most used computer aided molecular modelling applications. Furthermore we have an intention to present the results of our analysis, which have focused on finding out the opportunities of implementation Avogadro software in chemistry primary education as an interactive visualizer learning environment from perspectives of teacher competencies, the chemical topicwords determined as content standards in schools educational programs in Slovakia for level ISCED 2 and from perspective of phases the classroom activities. We would like to present a learning model implementing into computer based molecular modelling environment.

Keywords Molecular modelling, computer based learning, molecule editor, molecule visualizer, software Avogadro

ÚVOD

V dobe hromadnej digitálnej komunikácie, keď sa prehodnocujú staré paradigmy pedagogiky, keď už informačno-komunikačné technológie nie sú kuriozitou, keď sme po eufórii z prvého údivu moderných digitálnych prostriedkov, je už čas naučiť sa kde, kedy a do akej miery tieto prostriedky didakticky vhodne a efektívne používať.

Informačné a komunikačné technológie by nemali byť len nástrojom administrácie vyučovania, ale mali by zabezpečiť učebné prostredia pre aktívne učenie sa žiakov s podporou učiteľa.

364

AKTÍVNE UČENIE A UČENIE SA

Často sa vynára otázka, ktorá metóda vyučovania je najefektívnejšia, ktorá najlepšie aktivizuje žiaka? Prirodzene, voľba vyučovacej metódy zá-visí od vzdelávacích cieľov, žiakov, vyučovacieho obsahu a od učiteľa. Najlepšia odpoveď na otázku „Ktorá metóda vyučovania je najefektívnej-šia?“ je metóda pri ktorej „žiak učí žiaka“. (Szarka, 2013)

V súčasnosti je väčšina školských aktivít je ešte stále zameraná na pa-sívne učenie, síce sa hovorí o konštruktivistických formách a metódach vy-učovania, ale vyučovanie je orientované na učiteľa, ako prvotného zdroja informácií pre žiakov. Humanistický psychológovia ako napríklad Carla Rogersa kladú veľký dôraz na myšlienku, že učenie nie je niečo, čo je vy-konávané na žiakoch, ale čo vykonávajú samotní žiaci. (Rogers, 2007) Uči-telia, ktorí ťažko opúšťajú komfortnú zónu tradičného vyučovania, sa obhajujú tým, že sú časovo obmedzení na vytvorenie nového učebného prostredia, kde si žiaci sami môžu objavovať, analyzovať, syntetizovať, riešiť problém, hodnotiť, teda samostatne alebo spolužiakmi konštruovať vlastný poznatok.

Podľa výskumov, pasívne aktivity vedú k limitácii udržania vedomostí žiakov. McKeachie znázorňuje jednotlivé činnosti učebného procesu ako kónus učenia na základe percentuálneho vyjadrenia zapamätanej informá-cie získanej danou učebnou činnosťou. (McKeachie, 1998)

Obr. 1: Kónus učenia „The Cone of Learning“ (McKeachie, 1998).

VYUČOVANIE CHÉMIE A MODELOVANIE

Chémia, ako prírodovedný predmet svojim experimentálnym charakte-rom značne podporuje myšlienku konštruktívneho a aktívneho učenia. Možnosť experimentovania, bádania po novom a neznámom má silnú mo-tivačnú silu, čo je pozitívnym atribútom predmetu z hľadiska vzbudenia

365

záujmu, ako prvého kroku pri aktivizovaní učiaceho. Na druhej strane nie-ktoré tematické oblasti predmetu chémia majú abstraktný charakter. Z hľa-diska vývinovej zrelosti dieťaťa, možnosť empirického bádania, ako manipulácia konkrétnymi objektmi v reálnom svete je obmedzená resp. v školskej praxi neuskutočniteľná.

Pochopenie existenciu resp. súvislosti, ako aj vysvetlenie fungovania týchto systémov si vyžaduje schopnosť narábania s formálnymi operáciami nezávisle od fyzickej reality, ktoré sa nazýva abstraktné myslenie kognitív-nom vývinovom procese jedinca. (Veselský, 2007)

Oblasti chémie, ktoré vyžadujú abstraktné myslenie od učiaceho sa a korešpondujú aj s témami nižšieho a vyššieho sekundárneho vzdelávania sú napríklad: svet elementárnych častíc, chemická väzba a typy chemic-kých väzieb, geometrické konfigurácie molekúl, chemické reakcie a me-chanizmy rôznych chemických reakcií a ďalšie.

Žiaci základných škôl, t.j. nižšieho sekundárneho vzdelávania, práve prechádzajú podľa teórie kognitívneho vývinu zo štádia konkrétnych ope-rácií do štádia formálnych operácií. Začiatok chemického vzdelávania, ob-javenie chémie, ako učebného predmetu v školskom systéme Slovenska, časovo korešponduje vekom dieťaťa, ktoré z vývinového štádia konkrét-nych operácií prechádza do štádia formálnych operácií. Je to obdobie, keď nemôžeme očakávať od každého žiaka danej vekovej kategórie rovnakú intelektuálnu zrelosť, ako ani rovnakú pripravenosť na abstraktné myslenie. Zohľadnenie vývinových odlišností a na zabezpečenie vhodného prostredia pre podporu kvalitnej tvorby a kontinuálneho rozvoja abstraktného mysle-nia v praxi často používame rôzne schémy, vzory, modely, ktoré dokážu ľudskými vnemami nevnímateľné systémy a procesy zviditeľniť, napodo-bniť, dať možnosť na zmysluplné interpretácie spoznávajúceho sveta.

V súčasnosti prostriedky IKT ponúkajú nielen vizualizáciu ľudskými vnemami nevnímateľné systémy a procesy, ale vytvárajú vo svojom virtu-álnom svete učebné prostredie, ktoré umožňuje interaktívne konštruovať vlastný poznatok dieťaťa.

Počítačové modelovanie molekúl - Avogadro Informatizácia sa postupne stala prirodzenou súčasťou našich škôl, pri-

niesla však aj fenomén „digitálnej priepasti“ (Kalaš, I. et al., 2013), ktorá sa charakterizuje ako technická bariéra vzniknutá s nerovnomerným prí-stupom k IKT. Dôvody „digitálnej priepasti” môžu byť rôzne, ale hlavnú príčinu môžeme hľadať v absencii finančných prostriedkoch škôl a v ne-

366

primeranej počítačovej gramotnosti učiteľov. Napriek týmto finančným problémom škôl, chceme poukázať na existenciu aplikácií, ktoré ponúkajú bezplatné „open-source”, freeware softvéry prístupné pre vzdelávacie úče-ly. Potrebné je iba odbúrať bariéru učiteľských zábran používať ich a nasa-diť do vzdelávania.

Vo vzdelávaní prírodovedných predmetov vizualizácia a učebné aktivi-ty spojené názornosťou vždy mali opodstatnenie a zámer, ktorý sa smero-val k osvojovaniu prírodovedných poznatkov abstraktného charakteru resp. oblasti, ktoré technicky neumožňujú priame bádanie a skúmanie. Softvéry resp. aplikácie zabezpečujúce zásadu názornosti vyučovania umožňujú animáciu, simuláciu, editovanie resp. modelovanie vo virtuálnom svete na-podobňovaním reálny svet, podporujúc abstraktné myslenie a získavanie poznatku formálnymi myšlienkovými operáciami.

Do kategórie multimediálnych učebných prostriedkov zaraďujeme aj softvérové aplikácie zamerané na modelovanie molekúl, ktoré vznikli zo začiatku výlučne pre vedecko-výskumné účely, ale v súčasnosti však nájdu uplatnenie aj v edukačnom procese nižšieho a vyššieho sekundárneho vzde-lávania.

Molekulové modelovanie pomocou počítača vytvára nové príležitosti k prezentácii pre študentov obtiažnych tematických celkov vo výučbe ché-mie. Vo výučbe je možné použiť rozličné typy počítačových modelov, kto-ré sprístupňujú predovšetkým stereochémiu molekúl vo vzťahu k reaktivite. Modely znázorňujúce elektrónové hustoty a elektrostatické potenciály do-voľujú bližšie spoznať rozloženie elektrónových hustôt v molekulách, a v dôsledku toho usudzovať na ich fyzikálne, chemické i biologické vlast-nosti. Na základe tohto štúdia chceme prezentovať softvér molekulového modelovania a jeho atribúty z hľadiska implementácie do nižšieho sekun-dárneho vzdelávania.

Softvér Avogadro (Hanwell, M. D., Curtis. E. D., Lonie, D. C.,Vandermeersch, T., Zurek, E.,Hutchison, G. R., 2012), je otvorený zdroj editora a vizualizéra molekúl, pod licenciou GNU GPL, riešená na báze krížového hrania (cross-platform) viacerých operačných systémov.

Výhodou softvéru Avogadro, ako otvoreného zdroja (open-source) pod GNU GPL lincenciou okrem toho, že je voľne šíriteľné, dovolí štúdium jeho fungovania – možnosťou meniť , vylepšovať a vylepšovanie zdielať a zároveň použiť program na akýkoľvek účel. Ďalšou výhodnou stránkou softvéru je „cross-platform“-ný charakter, ktorý ponúka fungovanie prog-

367

ramu na báze viacerých operačných systémov, ako je MS Windows, Linux a Mac OS X.

Popísané technické riešenia softvéru prispievajú k znižovaniu „digitál-nej priepasti“ škôl aspoň z finančno-technického hľadiska, totiž bezplatný, open-source charakter a možnosť spúšťania softvéru na krížovom hraní rôznych OS, ktoré do určitej mieri znižuje finančné nároky spojené apliká-ciou a implementáciou softvéru molekulového modelovania.

Vynára sa otázka kompetencií učiteľa, ako užívateľa softvéru Avogadro pri projektovaní vzdelávacieho na nižšom sekundárnom vzdelávaní: Aké schopnosti, zručnosti potrebuje učiteľ na použitie softvéru Avogadro im-plenetovať do edukačného procesu?

Kompetencie na sprostredkovanie obsahu vzdelávania, didaktické spra-covanie pre potreby učebného prostredia a učenia sa žiaka:

• Schopnosť pochopiť psychologicko-pedagogické aspekty mole-kulového modelovania.

• Zmysluplne včleniť molekulové modely resp. činnosť modelova-nia do edukačného procesu.

• Vedieť implementovať do ľubovoľnej fázy vyučovania. Kompetencie vytvárania podmienok učenia a učenia sa:

• Základná počítačová gramotnosť hardvérového a softvérového vybavenia schopnosť nainštalovať program na PC/notebook vo zvo-

lenom OS schopnosť prepojenie PC/notebook k premietaciemu za-

riadeniu – najlepšie k interaktívnej tabule • Špecifické schopnosti - poznať základné funkcie softvéru

otvoriť nový a existujúci projekt modelovania, uložiť projekt vo formáte programu, vložiť atómy, skupiny atómov rôznych chemických prv-

kov, vybrať spôsob vizualizácie 3D molekúl (viď. Obr.2),

368

Obr. 2: Možnosti 3D vizualizácie molekúl.

manipulovať s objektmi – premiestniť, zväčšiť/zmenšiť, otáčať model atómov/molekúl,

vizualizovať násobné väzby, optimalizovať priestorové usporiadanie molekúl, exportovať výstup projektu do formátu raster - resp. vekto-

rovej grafiky. Kompetencie na ovplyvňovanie rozvoja osobnosti žiaka:

• ovplyvňovať personálny rozvoj žiaka:

• rozvíjať prirodzenú zvedavosť, • schopnosť experimentovať,

• riešiť problém, • rozvíjať IKT zručnosti žiaka.

Komparácia niektorých softvérových produktov molekulového modelovania

Na základe predošlých skúseností s prácou študentov s programovým balíkom Hyperchem 7.0 Student Edition (Student Edition 7.0), ďalej sa bu-deme zaoberať komparáciou týchto komerčne dostupných softvérových produktov s programom Avogadro. Ako sme uviedli, jednou z najväčšou výhod softvéru Avogadro je to, že je voľne šíriteľné, dovoľuje štúdium jeho fungovania – možnosťou meniť, vylepšovať a vylepšovanie zdielať a zároveň použiť program na akýkoľvek účel. Hyperchem 7:0 Student Edi-

369

tion je komerčne dostupný softvér, pri kúpe študentskej licencie pre tento softvér cena rapídne klesá, program obsahuje všetky možnosti pôvodného softvéru, ale v programe sú implementované obmedzenia na využívanie týchto funkcií viazané na počet atómov. Pri ab initio a DFT výpočtoch je to najviac 12 atómov na molekulu, pri semiempirických optimalizáciách a pri metódach molekulovej dynamiky 100 a viac atómov. Za výhodu môžeme označiť okrem implementovania ab-initio metód (RHF, UHF) a metód DFT (teória funkcionálu hustoty) aj možnosť využívania semi-empirických me-tód pri optimalizácii molekúl, z ktorých hlavne metóda AM1 patrí medzi najviac využívané v tejto oblasti. Hyperchem poskytne potenciálnemu uží-vateľovi štandardne používané grafické rozhranie umožňujúce výstavbu, manipuláciu, vizualizáciu (rendering) štruktúr a výsledkov výpočtov a nie-ktorých prípadoch i animáciu (vibrácie pri výpočtoch IČ spektra). Vhodný výber týchto metód ale potrebuje určitý teoretický základ, preto ich využí-vanie na základných a stredných školách je týmto značne obmedzené. (Juhász, 2012)

V programe Avogadro sú ako metódy optimalizácie molekúl imple-mentované niektoré force – fieldy molekulovej dynamiky. Molekulová dy-namika s modelom molekulovej mechaniky simuluje problém N telies atómov—počíta pohyby atómov podľa klasickej fyziky a empirických po-pisov ich interakcií. Metódy molekulovej mechaniky (MM) ku konštrukcii hyperplochy potenciálnej energie a fyzikálnych vlastností, popisujú mole-kulu pomocou silových polí (force field - FF) používajúce rovnice klasickej mechaniky. Kedže jednotlivé FF sú parametrizované, z dôvodu dosiahnutia správnych výsledkov je dôležité výber správnej FF pre danú molekulu. Pri jednotlivých FF uvádzame skupiny molekúl, pre ktoré sú parametrizované:

• MMFF94(s): organické molekuly a niektoré molekuly liečiv (drug-like molecules)

• The Universal Force Field (UFF): tento FF môžeme použiť v celom rozsahu periodickej tabuľky Jednotlivé atómy sú charakterizované protónovým číslom, hybridizáciou a formálnou väzbovosťou. Z dô-vodu univerzálnosti sú výsledky ďaleko od presnosti, ale poskytujú zjednodušený náhľad na geometrie týchto molekúl.

• Ghemical: FF určený pre jednoduché organické molekuly, pre alká-ny, alkény, alkoholy, fenoly, étery, aldehydy a ketóny. Ak sa pri op-timalizácii molekuly použije príkaz Optimize Geometry z ponuky Extensions bez nastavenia FF, tak program je nastavený tak, že sa použije FF Ghemical na optimalizovanie geometrie molekuly.

370

Program obsahuje aj funkcionality, ktoré sa dajú využiť aj vo vysoko-školskom vzdelávaní chémie (napr. import výsledkov kvantovochemic-kých výpočtov, alebo generovanie vstupov do jednotlivých programových balíkov kvantovochemických softvérov), ale to nie je témou tejto práce.

MODEL IMPLEMENTÁCIE SOFTVÉRU AVOGADRO DO UČEBNÉHO PROCESU

Pri hľadaní možnosti integrácie softvéru do vzdelávania nás motivovalo niekoľko faktorov, ktoré tvorili základnú kostru modelu učenia softvérom Avogadro: podporovať vývin abstraktného myslenia u žiakov ZŠ, vytvárať učebné prostredie aktívneho učenia a učenia sa podporované s IKT, rozví-jať kompetencie interaktívneho využívania nástrojov a prostriedkov, integ-rovať softvérové prostredie do procesu hodnotenia.

Vychádzajúc zo zámeru skvalitniť proces rozvoja abstraktného mysle-nia, považujeme za dôležité implementovať modelovanie molekúl do ra-ných fáz chemického vzdelávania, kde primeraná a vhodná názornosť môže byť rozhodujúce pre ďalší intelektuálny vývin a úspechy žiaka z učenia sa.

Implementácia IKT znamená súčasne aj interaktívne použitie nástroja. Informačné a komunikačné technológie, ako aj multimediálne prostriedky majú značný potenciál interaktívnosti, v prípade že sú úzko spojené ľud-skou činnosťou a dochádza medzi človekom a nástrojom k aktívnej inter-akcii. Teda medzi žiakom a nástrojom v procese učenia sa prebieha aktívna interakcia. Zámer integrácie IKT do vzdelávania chápeme aj ako interak-tívne narábanie s pojmami a vyvolávanie konceptuálnych zmien u žiakov.

Učebné prostredie, kde sa uskutoční aktívne učenie sa žiaka resp. sku-piny žiakov v interakcii nástrojom, alebo dialógom medzi žiakmi podporo-vané interaktívnymi prostriedkami je prostredie, ktorá sa najviac približuje k predstavám konštruktivistického vzdelávania.

Hodnotenie, ako súčasť každého proces ľudskej činnosti, je neoddeli-teľnou zložkou výchovnovzdelávacieho procesu. Jeho dôležitosť a úloha v procese evaluácie kognitívnych výstupov je už dávno známa a v praxi aplikovaná – hodnotenie výsledkov učenia sa (assessment of learning) (Brestenská and Szarka, 2010) V súčasnosti sa však zdôrazňuje metakogni-tívny poznatok učiaceho sa. Nato, aby sa žiak stal autonómnym a uvedome-lým jedincom, ktorý je zodpovedný za svoj učebný proces a intelektuálny rozvoj, potrebuje metakognitívne schopnosti, ktoré môžeme podporovať prostriedkami rozvíjajúceho- učenie podporujúceho hodnotenia (asses-sment for learning). (Szarka, 2013)

371

Postup pri tvorbe modelu učenia a učenia sa integrujúce softvér Avo-gadro a zohľadňujúce popísané motivačné faktory pracovného tímu bol na-sledovný:

• analýza možností softvéru Avogadro a porovnávanie jeho atribú-ty inými licenčnými softvérmi molekulového modelovania,

• analýza obsahových štandardov štátneho vzdelávacieho progra-mu predmetu chémia pre základné školy a platných, zároveň od-porúčaných učebníc chémie ZŠ na Slovensku,

• návrh modelov učebných aktivít.

Ukážky z modelu vyučovacích aktivít Modely vyučovacích aktivít implementovaných do triedno-hodinovej

jednotky vzdelávania chémie, sú orientované podľa zámeru učebných akti-vít – a predstavujú aktivitu motivačného, poznávacieho, fixačného a reflex-ného charakteru. Uvedieme niekoľko ukážok z učebných aktivít (viď. Obr.3-5.)

Obr. 3: Ukážka učebnej aktivity na tvorbu homogénnych molekúl.

Obr. 4: Ukážka učebnej aktivity na úlohu divergentného charakteru.

Aktivita: Žiaci pracujú súborom predtým vytvorených molekúl Zadania: Analyzujte zmes chemických látok! Rozdeľte ich do skupín chemických látok! Vaše riešenie uložte exportovaním do vektor grafického formátu!

Aktivita: Podľa možností žiaci pracujú samostatne resp. vo dvojiciach alebo spoločne pracuje celé trieda pri interaktívnej tabuli. Zadania: Namodelujte nasledujúce chemicky čisté látky – Chemické prvky: Časticu/atóm hélia Kyslík pozostávajúci z 2 častíc/atómov Kyslík pozostávajúci z 3 častíc/atómov Dusík pozostávajúci z 2 častíc/atómov Fosfor pozostávajúci z 4 častíc/atómov Síra pozostávajúca z 8 častíc/atómov Vaše riešenie exportujte do súboru vektor grafického formátu!

372

Obr. 5: Ukážka učebnej aktivity smerujúcej na sebareflexiu

a samostatnú prácu časovým odstupom.

ZÁVER

Pochopiteľne nie každý intelektuálne zdravý a zrelý mladý človek je schopný využívať a rozvíjať svoje intelektuálne schopnosti rovnako. Rôzne formy vzdelávania ako aj kvalita edukácie však môže podporovať a usmer-niť intelektuálny vývin žiakov. Prioritným našim zámerom bolo analyzovať možnosti implementácie interaktívneho molekulového modelovania do kontextu vzdelávania chémie na ZŠ, vytvorením virtuálne konštruktivistic-ké učebné prostredie.

Na základe komparácie vybraných softvérových aplikácií môžeme skonštatovať, že program je vhodný na modelovanie a optimalizovanie geometrie jednoduchých anorganických a organických molekúl a keďže je voľne šíriteľný, tak môže nájsť uplatnenie na našich základných a stred-ných školách.

REFERENCIE

Avogadro: an open-source molecular builder and visualization tool. Version 1.XX. [Online] Available at http://avogadro.openmolecules.net/[Accessed 21 March 2014]

Brestenská, B., Szarka, K. 2010. Hodnotenie v modernej triede. [aut. knihy] B a kol. Brestenská. Premena školy s využitím informačných a komunikačných technológií. Košice : elfa s.r.o., 2010, s. 134-153.

Hanwell, M. D., Curtis. E. D., Lonie, D. C.,Vandermeersch, T., Zurek, E., Hutchison, G. R. 2012. Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platformrnal . Journal of Cheminformatics . 4:17, 2012.

Aktivita: Žiaci pracujú samostatne doma. Zadania: Namodelujte nasledujúce chemicky čisté látky: 1. Atóm železa. 2. Látku pozostávajúcu z 1 atómu vodíka a z 1 atómu chlóru 3. Ozón, ktorý pozostáva z 3 atómov kyslíka. 4. Atóm argónu. 5. Oxid siričitý pozostávajúci z 1 atómu síry a 2 atómov

kyslíka naviazaných na síru. 6. Metán pozostávajúci z 1 atómu uhlíka a 4 atómov vodíka

naviazaných na uhlík. Vaše riešenie exportujte do súboru vektor grafického formá-tu, uložte pod názvom priezvisko. PDF a pošlite na adresu svojho učiteľa!

373

Juhász, Gy. 2012. Implementácia poznatkov z chemickej fyziky do prípravy budúcich učiteľov chémie. [ed.] Zborník medzinárodnej vedeckej konferencie: Aktuálne trendy vo vyučovaní prírodných vied. Trnava : PFTU v Trnave, 2012. s. s. 285-288.

Kalaš, I. et al. 2013. Premeny školy v digitálnom veku. 1. vyd. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladateľstvo - Mladé Letá, 2013. s. 252 s.

McKeachie, W. J. 1998. Teacher tips: Strategies, research and theory for college and university teacher. [Online] Houghton, Mifflin, 1998. Available at http://courses.science.fau.edu/~rjordan/active_learning.htm. [Accessed 18 November 2011].

Rogers, C., Freiberg, H. J. 2007. A tanulás szabadsága (Freedom to Learn). Budapest : EDGE 2000 Kiadó - Oktatáskutató és Fejlesztő Intézet, 2007.

Student Edition 7.0. HyperChem(TM). 1115 NW 4th Street, Gainesville, Florida 32601, USA : Hypercube, Inc.

Szarka, K. 2013. Nové kritériá hodnotenia procesu vzdelávania žiakov vo vyučovaní chémie na SŠ. Dizertačná práca. Bratislava : Prírodovedecká fakulta, UK, 2013.

Veselský, M. 2007. Pedagogická psychológia 1. Teória a prax. Bratislava : Univerzita Komenského Bratislava, 2007.

374

COMPUTERIZED ADAPTIVE TESTING. THEORY AND PRACTICE

Ryszard Gmoch

Institute of Educational Studies, Opole University, Poland [email protected]

Abstract New trends relating to computer-based testing of learners’ achievements are presented in the paper. It describes adaptive testing methods and results of studies in this problem area. Essential questions connected with the Item Response Theory (IRT) were also discussed. The presented data indicate that computer-based adaptive testing should be popularized in Poland to its fullest extent.

Keywords education, adaptive testing, item response theory.

Applying computers in educating has opened new possibilities in the scope of testing learners’ cognitive achievements. Among others, it has become feasible to apply software that makes use of models of sequential adaptive testing, ones that are difficult to apply in the classical ‘paper and pen’ test. Adaptive testing consists in individualization of selection of test tasks designed to be done by the examined. Adaptive testing makes it possible to create a test, with the aid of a computer, as a certain sequence of tasks which may differ from one another both as regards their ordering and the length of the sequence.

The software applied for educational purposes to test didactic achievements serves the following goals:

• Classical computer-based testing (Computerized Testing – CT) of didactic accomplishments (the tested subjects are given the same number of the same tasks to solve, arranged in the same order).

• Computer-based testing of learners’ didactic accomplishments, using the method of adaptive testing (Computerized Adaptive Testing – CAT).

375

The following procedures of adaptive testing are distinguished (Hurek, Sztejnberg, 2010):

• pyramidal testing (the tasks bank should have an ordered structure, assignment of the next task is based on the answer to the preceding one, and the number of tasks set to the learners is identical, the first task being of medium level of difficulty),

• two-stage testing (the tasks bank does not need to have an ordered structure, assignment of the next task is based on the answer to the preceding one, and the number of tasks set to the learners is identical. The choice of the level of difficulty (low, medium, high) of the test of the second stage depends on the results obtained on that of the first stage),

• layer testing (the tasks bank ought to have an ordered structure, assignment of the next task is based on the answer to the preceding one, and the number of tasks set to the learners is identical or changeable. The tasks are assigned to individual layers of the changing level of difficulty, the first task being of the medium level of difficulty),

• fully adaptive testing (the tasks bank ought to have an ordered structure, assignment of the next task rests on a mathematical strategy based on information functions of the tasks done by the subject being tested prior to it. The number of tasks set to the learners varies).

The Item Response Theory (IRT), which takes into account responses to individual test tasks, provided by people being tested, is especially useful in interpreting results of adaptive testing. The only parameter that describes the tested subject is the level of their knowledge, which is the measure of achievements. The tasks parameters – ranging from one to three (task difficulty level, differentiating power of the task and possibility of giving the right answer to the task by guessing), depending on the applied IRT mathematical model, characterize these tasks. The theory facilitates determining the probability of supplying the right answer to the given task for each value of the level of the tested subject’s knowledge. The interdependence of the probability of providing the right answer to the question and the level of the tested subject’s knowledge is called Item Characteristic Curve (ICC) in the IRT (Gmoch, 2012).

One of the most often applied IRT models is Brinbaum’s three-parameter mathematical model, described by Equation (1), in which the

376

probability of giving the right answer to the task by the person being tested who represents a given level of knowledge depends on three parameters that are as follows: parameter of the differentiating power of the task, parameter of task difficulty, parameter of guessing.

1))](exp(1)[1( −−Θ−+−+= iaiiiai baccP )1(

where: - probability of providing the right answer to task ‘i’ by person ‘a’

representing the level of knowledge aΘ , ai ≥ 0 - parameter of the differentiating power of task i, bi ∈[-∞, +∞] - parameter of difficulty of task i, ci ∈[0,1] - parameter of guessing for task i, i.e. probability of giving

the right answer when the subject guesses without thinking. As far as the two-parameter mathematical IRT model (Rasch’s model)

is concerned, we accept the assumption of zero value of the parameter of guessing. If, additionally, we assume that the parameter of differentiating power of tasks is equal and amounts to one, then we obtain a one-parameter model.

A graphic representation of the IRT model is the ICC. The task parameters determine the shape and location of this curve on the scale of the level of knowledge. In the case of applying the three-parameter IRT model, the shape and the location of the ICC are determined by three above-mentioned tasks. The curve described by means of these parameters takes on the shape of the letter ‘S’, with the upper probability asymptote equal to 1 and the bottom probability asymptote usually greater than 0 .

Application of the IRT models makes it possible to locate tasks in the tasks bank since it is possible to collect tasks parameters and parameters of the learners’ levels of knowledge in a mutually independent manner.

Knowledge of the values of the information functions of tasks allows constructing adaptive tests that facilitate determining the level of knowledge of the person being tested.

In adaptive testing, decisions concerning the selection of tasks and the order of their presentation to the subject are taken during the testing. The choice of each successive task is based on the estimated value of the learner’s knowledge parameter resulting from the answers given to previous tasks. Initially, the level of the tested subject’s knowledge is

aiP

377

calculated with approximation, yet with each successive task the gathered information makes it possible to select more and more accurate tasks to be solved.

The computer is able to update the calculated value of the parameter of the level of the learner’s knowledge and to search the tasks bank in order to find the appropriate task. Adaptive testing is possible only when we have at our disposal sets of test tasks of well-known parameters and procedures to calculate the parameters of the level of the learners’ knowledge.

Below there is a description of selected results of studies in computer-based testing, which are available in the specialist literature.

Application of the IRT in the area of didactic measurement has become possible thanks to the use of computer programs (ASCAL, LOGISTIC, MULTILOG, RASCAL, XCALIBRE, RUMM2010), whose number is systematically growing in the educational market (Weiss 2011).

The results of computer-based adaptive testing, obtained by various authors, which are presented in this paper, clearly point to the fact that adaptive testing is the right direction of development of the didactic measurement system and ought to be popularized to its fullest extent in Poland. This is advisable, among others, because the first step on this road has already been made – analyses of results of resting (with the use of the probabilistic theory of test task – IRT) made by Okręgowa Komisja Egzaminacyjna (District Examination Committee) in Krakow are applied by University of Cambridge International Examination. Moreover, there exists a possibility, while mastering teachers’ skills of measurement within the IRT, to apply for the aid offered by CITO (National Institute for Educational Measurement established by the Ministry of Education of Holland) which supports examination boards in 30 countries (Szaleniec, 2008).

As far as this scope of activity is concerned the latest monograph dealing with this problem area, which was published by Opole University is worth recommending (Hurek, Sztejnberg, 2010). The work addresses and covers the following questions:

• foundations of computer-based testing related to educational measurement;

• the modern test theory IRT and its selected models;

• selected applications of the IRT methods to tasks and tests;

378

• a review of selected studies in the field of adaptive testing; • strategies of computer-based adaptive testing;

• a comparative analysis of results of application of procedures of a traditional pen-and-paper test and computer-based adaptive testing in measurement of students’ cognitive accomplishments;

• computer-based test data bank and its usage for constructing tests. The above-mentioned publication can complement the extremely

valuable work devoted to educational diagnostics, which was elaborated by the founder of the didactic measurement in Poland – B. Niemierko (2009).

REFERENCES

Gmoch, R. 2012. Computerized Adaptive Testing in Poland. Chemistry – Didactics – Ecology – Metrology, 17 (1-2).

Hurek, J, Sztejnberg, A. 2010. Doskonalenie komputerowego pomiaru testowego. Opole : Uniwersytet Opolski.

Niemierko, B. 2009. Diagnostyka edukacyjna. Podręcznik akademicki. Warszawa : Wyd. Naukowe PWN.

Szaleniec, H. 2008. Dylematy rozwoju systemu egzaminów w Polsce. Egzaminy naszych uczniów. Nr 2.

Weiss, J. D. 2011. Bibliography on Computerized Adaptive Testing (CAT). (Updated March 26, 2011). [online] http://www.psych.umn.edu/psylabs/catcentral/bibliographycomplete.htm

379

EYETRACKING JAKO METODA DIAGNOSTIKY

DIGITALIZOVANÉHO OBRAZU Z OBLASTI

BIOCHEMIE NA POZADÍ VÝZKUMU PRÁCE

NADANÝCH ŽÁKŮ

Jana Škrabánková, Jan Veřmiřovský

Výzkumné centrum edukačních a evaluačních procesů, Pedagogická fakulta,

Ostravská univerzita v Ostravě, Ostrava, Česká republika


Abstrakt

Eyetracking byl technologií původně využívanou v armádě, později byl využíván ve

výzkumu reklamy a nyní se dostává i do výzkumu v oblastech edukace a evaluace.

Eyetracker je nákladným zařízením, které sleduje pohyby lidského oka. V příspěvku je

demonstrována zcela nová a dosud neprobádaná možnost využití eyetrackingu ve

výzkumu žáků preferujících přírodní vědy. Příspěvek je zaměřen na analýzu digital-

izovaného obrazu u oblasti biochemie a jeho vyhodnocení.

Klíčová slova

Eye tracking, digitalizovaný obraz, vizualizace, výzkum, pohyb očí.

Eye Tracking as a Method of the Diagnostics of a Digitalized Picture

in the Field of Biochemistry on the Background of the Research of

the Gifted Students’ Work

Abstract

Eyetracking is a technology originally used in the military, later it is used in research

of advertising. Eyetracking is getting into research in the fields of education and

evaluation now. The Eyetracker is a costly device that monitors the movements of the

human eye. In the paper there is a completely new and hitherto unexplored possibility of

using ET technology at the research of students preferring science demonstrated. The

paper focuses on the analysis and evaluation of the digitalized picture in the field of

biochemistry.

Keywords

Eye tracking, digitalized picture, visualization, research, eye movement.

380

ÚVOD

Kvalita a efektivita ve vzdělávání se dostávají do popředí zájmu v sou-

vislosti s evaluačními procesy. Klíčová úloha evaluačních procesů je

v hodnocení úspěšnosti nejen vzdělávacích systémů, škol, učitelů, ale

zejména jednotlivých žáků (Průcha, 2009). Evaluaci výsledků žáků nelze

chápat pouze z hlediska kvantitativního jako objem znalostí a dovedností,

ale také z pohledu kvalitativního, tj. jak žáci přistupují k řešení úkolů.

Kvalitativní pohled na problematiku je možné řešit různými kvalitativ-

ními metodami pedagogického výzkumu, např. pozorováním nebo inter-

view se žákem, avšak v souladu se záměry Ministerstva školství, mládeže

a tělovýchovy (dále jen MŠMT) je možné využít při evaluaci také ICT

technologie. MŠMT nespecifikuje, jakou formou lze ICT aplikovat při eva-

luaci a lze se domnívat, že se jedná o trend projektu NIQES (Národního

systému inspekčního hodnocení vzdělávací soustavy).

Pro posouzení kvality edukace a evaluace je možné využít také eye-

tracking.

EYE TRACKING

Eyetracking je metoda sledující pohyb očí. Základem je hardwarové

vybavení – eyetracker („oční kamera“). Jedná se o přístroj, který slouží pro

měření pozice očí a jejich pohybů. Eyetracker se využívá v mnoha oblas-

tech. Mezi nejvýznamnější patří výzkumy ve sféře vizuálních systémů,

v psychologii, ale také výzkum obranných složek a produktového designu.

V současnosti existuje několik typů eyetrackerů, které se liší metodami

měření pohybu očí. Základní rozdělení je na:

měření pohybu objektu s využitím speciálních kontaktních čoček,

optické sledování bez přímého kontaktu s okem,

měření elektrických potenciálů pomocí elektrod, které jsou umístěné

kolem očí (Wikipedia, 2014).

Pro aplikaci eyetrackingu k výzkumným účelům byl na Pedagogické

fakultě Ostravské univerzity v Ostravě zakoupen eyetracker s možností op-

tického snímání bez přímého kontaktu s využitím optických metod sledují-

cích pohyby očí. Pro sledování pohybu očí se využívá infračervené světlo,

které se odráží do oka a je snímáno videokamerou. Pro snímání pohybu oka

se využívá nejen odrazu světla z rohovky, ale také z oblasti čočky a sítnice.

Výhodou optického eyetrackeru je jeho neinvazivnost a nižší cena oproti

dalším dvěma typům.

381

Pro správné fungování eyetrackeru je klíčová kalibrace, která přizpůso-

bí zaměření zornic konkrétnímu pozorovateli. V současnosti se využívají

optické eyetrackery na bázi světlé nebo tmavé zorničky. Diagnostiku s vy-

užitím eyetrackeru mohou rušit nejen neoptimální světelné podmínky (pří-

liš mnoho světla, příliš velká tma), ale citlivost může ovlivnit pigmentace

duhovky, delší řasy nebo světlolomná prostředí (používání brýlí).

Pohyb očí se dělí na dvě základní části:

fixace

sakády (Duchowski, 2007).

Zatímco při fixaci se díváme na předmět, sakády slouží k zobrazení

přesunů mezi objekty pozorování. Výsledek fixací a sakád se označuje jako

skenovací cesta („scanpath“). Při zadívání se na předmět je optický paprsek

převáděn na žlutou skvrnu oka. Žlutá skvrna je místem nejostřejšího vidění,

kdy rozsah obrazu, který jsme schopni vnímat, je pouze 1 – 2°. Fixace trvá

obvykle 200 ms. Skenovací cesty jsou klíčové pro posouzení kognitivních

záměrů, zjištění bodů zájmu a posouzení potřebnosti na základě vizuálního

sdělení. Na skenovací cesty mohou mít vliv různé faktory. Mezi ty nejčas-

tější patří pohlaví zkoumaného jedince.

Výhodou eyetreckingu je možné zpětné sledování, kam daná osoba za-

měřovala svou pozornost. Výstupy mohou být zobrazeny např. v podobě

animované prezentace, kdy můžeme zjišťovat přímo konkrétní cestu v po-

stupu řešení sledované osoby, tj. fixace a sakády.

Obrázek 1: Ukázka fixace a sakády

382

Můžeme také získat statistická data, kterých přístroj zaznamenává ob-

rovská kvanta a poté již využít konkrétní údaje, které jsou pro daný vý-

zkum relevantní. Třetí možností výstupu jsou tzv. tepelné mapy („heat

maps“), které kumulují zaměření pozornosti a dle délky zaměření se mění

zbarvení dané oblasti (čím vyšší je doba fixace oblasti, tím se zbarvení ob-

lasti více blíží červené).

Obrázek 2: Příklad zobrazení pomocí heat maps

Posledním vizuálním výstupem jsou tzv. slepé zóny, kdy z původně

černé obrazovky jsou viditelné pouze oblasti, na které uživatel soustředil

svou pozornost.

NADANÍ ŽÁCI

Pro pojem nadání existuje mnoho různých definic. Příkladem může být

definice S. P. Marlanda Jr., který provedl v roce 1972 širokospektrální šetře-

ní na amerických školách. Z průzkumného šetření vzešla definice: „… jsou

to děti, které jsou identifikovány profesionálně kvalifikovanými osobami jako

děti s přednostmi význačnými pro schopnost vysokého výkonu. Tyto děti vy-

žadují diferencované vzdělávací programy a služby nad rámec běžně posky-

tovaný klasickým vzdělávacím programem k tomu, aby mohly přispět ke

svému prospěchu i užitku společnosti. Děti schopné vysokého výkonu zahr-

nují ty, které demonstrují prospěch anebo potenciál v jakékoliv jedné či více

z těchto oblastí:

- všeobecné intelektové schopnosti,

- specifická/jednotlivá akademická způsobilost,

- kreativní a produktivní myšlení,

- schopnosti vůdcovství,

- výtvarné umění,

383

- psychomotorické schopnosti.“

(Sejvalová, 2012 in Škrabánková, 2012).

Nadané děti mají svá specifika v kladném i záporném ohledu. Mezi po-

zitivní stránky patří například extrémní vyspělost v učení a výkonu, asyn-

chronní vývoj, široká slovní zásoba, zvládání složitějších myšlenkových

operací oproti vrstevníkům, řešení komplexních a náročných úloh, extrém-

ní citlivost nebo vznětlivost. Mezi negativa těchto jedinců patří protest proti

rutinní a předvídatelné práci, odmítání určení práce a příkazů, určitá pano-

vačnost, odmítání podřízení se a kooperativní učení, atd. (Sejvalová, 2004).

Rozvoj nadání dětí, žáků a studentů je zakotven také ve školském zá-

koně. Školy a školská zařízení mají vyvářet optimální podmínky pro rozvoj

těchto žáků. Možností rozvoje nadání jsou velice široké od rozšířené výuky

některých předmětů nebo skupin předmětů až po úpravu organizace vzdě-

lávání žáka v podobě přeřazení žáka do vyššího ročníku nebo sestavení in-

dividuálního vzdělávacího plánu (Školský zákon, 2012).

PRAKTICKÉ VYUŽITÍ EYE TRACKINGU

JAKO DIAGNOSTICKÉ METODY POZOROVÁNÍ

DIGITALIZOVANÉHO OBRAZU

Eyetracking jako diagnostická metoda je využívána Výzkumným cen-

trem edukačních a evaluačních procesů Pedagogické fakulty Ostravské

univerzity v Ostravě při výzkumných aktivitách. Laboratoř eyetrackingu je

vybavena statickým eye trackingovým zařízením Tobii TX 300 s jedním

řídícím počítačem a dvěma monitory. Pro hlubší analýzu je využíváno také

měřící zařízení EdLaB s připojeným čidlem galvanic skin response – skin

conductivity, což je programovatelné čidlo s filtrací šumů využívané jako

měřič emocí (Jedlička, 2014).

Pro diagnostiku žáků, která je v tomto článku prezentována, byly vy-

brány otázky a obrazový materiál související s problematikou nukleových

kyselin.

Otázky pro testování:

a) Vyberte, které dusíkaté báze v DNA označujeme jako purinové.

b) Vyberte, kolik vodíkových vazeb (můstků) je mezi adeninem

a thyminem.

c) Vyberte, kolik vodíkových vazeb (můstků) je mezi cytosinem

a guaninem.

384

d) Vyberte, které dusíkaté báze mezi sebou nevytvářejí vodíkové

můstky.

e) Vyberte, jaký tvar v prostoru má DNA.

Výzkumnému šetření bylo podrobeno celkem osm žáků jednoho ost-

ravského gymnázia. Nominaci žáků prováděli vyučující daného gymnázia

na základě práce s žáky. Respondenti byli zastoupeni čtyřmi chlapci

a čtyřmi dívkami ve věku 15-19 let.

DISKUSE K VÝSLEDKŮM DIAGNOSTIKY

S VYUŽITÍM EYE TRACKINGU

Žáci byli původně vybíráni nejen z hlediska pohlaví, ale také dle účasti,

resp. neúčasti na chemické olympiádě. Dalším kritériem bylo hodnocení

„výborně“ z předmětu chemie. Původní předpoklad rozdílného pohledu na

vizualizace a na odpovědi z hlediska kategorie „olympionik“/“neolympio-

nik“ se ale nepotvrdil. Vizuální vnímání bylo u obou kategorií obdobné.

Rozdíly byly ale patrné z hlediska pohledu chlapců a dívek na testové

otázky. U všech otázek byl shledán rozdíl z hlediska pohlaví. Zatímco dív-

ky se zaměřily na přečtení otázky a výběr vhodné odpovědi, u chlapců byl

větší rozptyl pozorování veškerých prvků za stejný časový úsek. Níže je

uveden příklad otázky s využitím „heat maps“. Čím déle a čím častěji za-

měřoval žák svou pozornost na konkrétní část obrazovky, tím více je oblast

žlutá až červená. Oblasti, na které se nezadíval vůbec, zůstávají bílé.

Obdobně jako je tomu u modelově prezentované otázky na obrázcích 3

a 4 byly získány výsledky i u ostatních čtyř otázek.

Obrázky 3,4: Heat maps

(obrázek 3 – sumární teplotní mapy dívek, obrázek 4 – sumární teplotní mapy chlapců)

Kromě výzkumu v oblasti vizuálního vnímání bylo zjišťováno, jak žáci

reagují na zátěžovou (stresovou) situaci, tj. zadávání otázek, které předem

385

neznají. Z grafů 1 a 2 je patrné, že každý jedinec reaguje na stresovou situ-

aci jinak. Nelze říci, že by zde byl přímý vztah například mezi pohlavím

a situací, níže jsou pouze ukázky možných reakcí. Svislé čáry oddělují jed-

notlivé otázky. Pro srovnání jsou uvedeny emoční křivky dvou dívek.

Graf 1 demonstruje emoční křivku dívky, ze které není patrné vychýlení

během otázek. Lze tedy usuzovat, že otázky nebyly pro dívku stresující,

ačkoliv byl dán časový limit pro každou otázku. Graf 2 prezentuje také

emoční křivku dívky, avšak z odchylek je patrné, že otázky i čas byly pro

dívku stresovými faktory.

Vlevo na grafu 1 je záznam dívky, u které docházelo v počáteční fázi

ke stresové situaci, kdy postupně přicházelo uklidnění až k zadání otázky 4

a 5, které respondentku opět „vybudily“ ať již z hlediska typu otázky, ne-

znalosti odpovědí nebo časového stresu. U chlapce, jehož emoční křivka je

znázorněna v pravém grafu, docházelo také k postupnému útlumu emocí,

ale objevují se větší výkyvy emocí oproti respondentce.

Grafy 1, 2: Výstupy čidla vodivosti pokožky („skin conductivity“, „detektoru lži“),

graf 1: vodivost pokožky u dívky, graf 2: vodivost pokožky u chlapce

Z výše uvedeného vyplývá, že zatímco dívky soustřeďují svou pozor-

nost pouze na určité části otázky a na hledání správné odpovědi, chlapci se

snaží za stejný časový úsek postihnout co možná nejvíce informací a až

následně z nich vyvozovat odpověď.

Rozdíly nejsou ale pouze z hlediska pohlaví, ale také z pohledu stylů

učení. Níže uvedené grafy 3 a 4 prezentují výsledky dvou dívek, kdy jedna

se zaměřila globálně na pozorování předložených informací (graf 3), zatím-

co druhá se soustředila převážně na grafické znázornění komplementarity

dusíkatých bází (graf 4).

386

Grafy 3, 4: Rozdílné záznamy fixací a sakád u dvou dívek

Program dodávaný s eyetrackingovým zařízením umožňuje nejen vizu-

ální zpracování výstupů, ale také statistické vyhodnocení např. při stanove-

ní bodů zájmů. Z vyhodnocení lze vyčíst, kolikrát respondent zaměřil svůj

pohled do určité oblasti, kolikrát došlo k fixaci v dané oblasti i jak dlouho k

fixaci docházelo. Výhodou je možnost komparace respondentů mezi sebou.

Příkladem mohou být níže uvedené grafy 5 – 7 dvou dívek, které ale

nelze interpretovat samostatně. Interpretaci vnímáme jako komplexní in-

formace ze všech grafů. První respondentka sice zaměřila svou pozornost

více na obrazovou složku informace, ale setrvala v této oblasti daleko kratší

dobu než druhá respondentka, u které bylo v dané oblasti nejen více fixací,

ale také délka pozorování obrazové informace převyšovala první respon-

dentku.

387

Grafy 5 – 7: Výstupy z eyetrackingového měření

(počet návštěv určité oblasti, počet fixací, délka návštěvy v dané oblasti)

ZÁVĚR

Eyetracking se ukazuje jako vhodná metoda diagnostiky vizuálního

vnímání informací. Výše uvedené hodnocení digitalizovaného obrazu při-

neslo informace, že se liší přístup k textové informaci z hlediska pohlaví.

Testování digitalizovaného obrazu bylo prozatím provedeno na osmi re-

spondentech.

V budoucnu by bylo možné využít metodu eyetrackingu jako objektivní

metodu pro výzkum v oblasti diagnostiky stylů učení.

388

LITERATURA

DUCHOWSKI, A. T. Eye tracking methodology: theory and practice. 2nd ed. London:

Springer, c2007.

Eye tracking. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA):

Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2014-07-05]. Dostupné z:

http://en.wikipedia.org/wiki/Eye_tracking

JEDLIČKA, L. Vybavení laboratoře VCEEP. Web Výzkumného centra edukačních

a evaluačních procesů [online]. 2014 [cit. 2014-07-04]. Dostupné z:

http://vceep.osu.cz/ET.html

Pedagogická encyklopedie. Vyd. 1. Editor Jan Průcha. Praha: Portál, 2009, 935 s.

SEJVALOVÁ, J. Definice a projevy nadaných žáků. Metodický portál: Články [online]. 30.

06. 2004, [cit. 2014-07-04]. Dostupný z WWW:

<http://clanky.rvp.cz/clanek/c/z/17/DEFINICE-A-PROJEVY-NADANYCH-

ZAKU.html>.

ŠKRABÁNKOVÁ, J. Žijeme s nadáním. Vyd. 1. Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě,

Pedagogická fakulta, 2012, 101 s.

Zákon o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělávání (školský

zákon). In: sbírka zákonů. 2012, roč. 2012, 139.

http://en.wikipedia.org/wiki/Eye_tracking

http://vceep.osu.cz/ET.html

389

VZDELÁVANIE S PODPOROU MOBILNÝCH ZARIADENÍ NA SLOVENSKU – TRENDY A VÝZVY

Martin Šponiar, Beáta Brestenská, Katarína Javorová, Janka Cibulkova

Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Bratislava, Slovensko [email protected], [email protected]

Abstrakt Pokračujúca digitalizácia vzdelávania na Slovensku sa pretavuje do implementácie mo-bilných zariadení (tabletov) do vyučovacieho procesu. Príkladom je pilotný projekt „Škola na dotyk“ z dielne neziskovej organizácie Edulab, do ktorého je zapojených de-sať škôl z celého Slovenska. Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu SR pokračuje vybavením škôl 22 000 tabletmi a interaktívnymi tabuľami a nadväzuje tak na prípravu učiteľov pre prácu s digitálnymi technológiami v národnom projekte Modernizácia vzdelávacieho procesu na ZŠ a SŠ (2009-2013). Postupná modernizácia infraštruktúry vytvára prirodzený tlak aj na pokračujúcu prípravu budúcich učiteľov chémie a prináša výzvy v podobe nových koncepcií vzdelávania, ako aj vo využívaní digitálneho obsahu a využitia softvérových nástrojov určených pre mobilné zariadenia a ich využívanie v prírodovednom vzdelávaní. Príspevok ako prehľadová štúdia informuje o súčasnom stave implementácie mobilných zariadení do vyučovania na Slovensku a vychádza z výsledkov pilotného testovania na zúčastnených školách. V závere formulujeme výzvy, ktoré so sebou implementácia mobilných zariadení prináša.

Kľúčové slová Mobilné zariadenia. Škola na dotyk. Výzvy.

Mobile device-supported Education in Slovakia – Trends and Challenges

Abstract The ongoing digitalization of education in Slovakia proceeds into implementation of Mobile devices (Tablets) to educational process. A good example is a pilot project named „School on touch,“ developed by Non-profit organisation Edulab, in which do participate ten schools from the whole Slovakia. The Ministry of Education, Science, Research and Sport SR proceeds in facilitation of the schools with 22 000 mobile devices and interactive whiteboards and follows the training of the teachers for the work with digital technologies in the national project Modernization of the educational process on primary and secondary schools (2009-2013). Progressive modernization of infrastructure generates an intrinsic pressure also on the ongoing training of the future

390

chemistry teachers and brings new challenges in form of new concepts of education, use of digital content, use of the digital tools provided for mobile devices and their utilization in the education of the natural sciences. This paper as an overview study informs about recent state of implementaion of mobile devices into education in Slovakia and is based on results of the pilot testing gathered from the participating schools. In conclusion we define some of the chalenges resulting from the implementation of mobile devices.

Keywords Mobile devices, School on touch, Challenges.

ÚVOD

Pokračujúca digitalizácia vzdelávania na Slovensku sa pretavuje do implementácie mobilných zariadení (hlavne tabletov) do vyučovacieho procesu. Je výsledkom prirodzeného vývoja a dostupnosti digitálnych tech-nológií a nadväzuje na prípravu učiteľov pre prácu s digitálnymi technoló-giami v úspešnom národnom projekte Modernizácia vzdelávacieho procesu na ZŠ a SŠ (2009-2013), do ktorého sa zapojilo 6756 učiteľov ZŠ a SŠ z celého Slovenska (Javorová, Brestenská, Križanová, 2011). Ako vyplýva zo štúdie Európskej komisie spolupracujúcou s organizáciou European Schoolnet (European Schoolnet, 2012), slovenskí učitelia sa v miere využí-vania digitálnych technológií vo vyučovaní umiestňujú na popredných miestach.

Situácia na Slovensku sa plynule približuje trendom vo vzdelávaní v zahraničí, pričom v krajinách ako USA, Turecko alebo Južná Kórea mo-bilné zariadenia začínajú zohrávať kľúčovú úlohu vo vzdelávaní cez veľké celonárodné projekty (Rock, 2012).

Mobilné zariadenia vo vzdelávaní na Slovensku

V ostatných rokoch vznikali lokálne iniciatívy zavádzania mobilných zariadení do vyučovania na základných a stredných školách na Slovensku, konkrétne na Spojenej škole Vincenta de Paul v Bratislave, Spojenej kato-líckej škole sv. Františka Assiského v Banskej Štiavnici, na Súkromnom gymnáziu v Spišskej Teplici a na Základnej škole Dargovských hrdinov v Humennom (Obrázok 1, označenie A, B, C, D). Uvedené školy využívali získané tablety vo vzdelávacom procese rôznymi prístupmi. Zatiaľ čo jedna škola tablety rotovala medzi jednotlivými žiakmi v rámci školy podľa po-treby (Bratislava), iná škola (Humenné) presadzuje aby ich žiaci mohli po-

391

užívať žiaci aj doma, nosili si v nich úlohy a všetky materiály potrebné na vyučovanie (Mravčák, 2013). Vzhľadom na to, že v tom čase neexistovali metodické materiály, či modelové hodiny pre vyučovanie s podporou table-tov, uvedené školy a vytvárali vlastné metodiky a používali voľne dostupné študijné materiály v cudzom jazyku (prevažne v anglickom jazyku).

Ďalšou iniciatívou implementácie tabletov do vzdelávania na Slovensku je projekt neziskovej organizácie Edulab v spolupráci s firmou Samsung s názvom Škola na dotyk (2013-2014), ktorá vybavila žiakov a učiteľov 300 tabletmi a tabuľami s dotykovým displejom, ktoré môžu ďalej využí-vať aj po ukončení projektu. Ako je možné vidieť na Obrázku 1, do projek-tu Škola na dotyk sa zapojilo desať škôl z celého Slovenska. Obrázok sme upravili a doplnili informácie o školách, ktoré na vyučovaní používali tab-lety pred realizovaním projektu Škola na dotyk (Mravčák, 2013).

Projekt Škola na dotyk mal za cieľ otestovať možnosť využitia tabletov priamo vo vyučovacom procese, vytváranie digitálneho obsahu určeného pre mobilné zariadenia, metodických podkladov a modelových hodín, ktoré majú slúžiť ako platforma pre ďalšie školy.

Obrázok 1: Zoznam škôl participujúcich na projekte Škola na dotyk. Školy využívajúce tablety vo vyučovaní pred projektom Škola na dotyk: A – Spojená škola Vincenta de

Paul, Bratislava; B - Spojená katolícka škola sv. Františka Assiského, Banská Štiavnica, C – Súkromné gymnázium, Spišská Teplica; D – ZŠ Dargovských hrdinov, Humenné

(Prevzaté zo stránky skolanadotyk.sk; upravil Šponiar)

392

Obrázok 2: Žiaci základnej školy v Bošanoch a ich práca s tabletmi na hodine v projekte Škola na dotyk (Autor: Jana Kontúrová, Prevzaté zo stránky skolanadotyk.sk)

Ako príklady participujúcich škôl uvádzame Základnú školu v Boša-noch (obrázok 2), a Základnú školu v Púchove kde učitelia a žiaci využívali tablety na vyučovaní prírodovedných predmetov, konkrétne hodinách ché-mie a fyziky. Zariadenia slúžili nie len ako digitálna učebnica alebo zošit, ale aj ako nástroj na zaznamenávanie, analýzu a prezentáciu výsledkov prá-ce žiakov. Zároveň tablety mali funkciu interface pre prácu s meracími za-riadeniami (Škola na dotyk, 2014).

Pri realizácii projektu Škola na dotyk existovali legitímne výhrady o vhodnosti použitia mobilných zariadení na vyučovaní, vzhľadom na ich možný potenciál odvádzať pozornosť žiakov od vyučovania. Skúsenosti zo škôl v zahraničí však ukazujú, že od momentu ako žiaci dostanú do rúk tab-let, prejavujú záujem o učenie vo väčšej miere ako pred ich používaním (Brdička, 2011). Potvrdzuje to aj výskum Radoslava Masaryka, ktorý do-kazuje, že po zavedení tabletov do vyučovania žiaci netrávia denne viac času pri obrazovke počítača, naopak sa kvalitatívne mení zloženie takto tráveného času v prospech aktívneho učenia sa (Masaryk, 2014).

Projekt Škola na dotyk neziskovej organizácie Edulab považujeme v ďalšom vývoji implementácie mobilných zariadení do vyučovania na Slovensku za kľúčový, pretože výstupy a výsledky projektu (metodiky, modelové hodny, digitálny vzdelávací obsah a i.) sú voľne dostupné a mô-žu slúžiť ako východisko, či inšpirácia pre školy, ktoré chcú realizovať ob-dobné projekty.

Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu v spolupráci s Minister-stvom financií spustilo v roku 2013 projekt Elektronizácia vzdelávacieho

393

systému regionálneho školstva (MF SR, 2013), vďaka ktorému budú zá-kladné a stredné školy do konca roku 2015 vybavené 22 000 tabletmi a in-teraktívnymi tabuľami. V rámci tohto projektu je cieľom zúročiť aj výstupy projektu Škola na dotyk (metodické materiály a digitálny vzdelávací obsah).

Výzvy vyplývajúce z implementácie mobilných zariadení do vzdelávania:

• ďalší výskum zameraný na didaktický aspekt mobilných digi-tálnych technológií ako nástroja vyučovania v rukách učiteľa a v rukách žiaka a ich vplyv na metódy a formy vyučovania

• ďalšie vzdelávanie a tréning vysokoškolských pedagogických pracovníkov pripravujúcich budúcich učiteľov pre prácu s mo-bilnými zariadeniami na vyučovaní

• ďalšie vzdelávanie učiteľov z praxe a budúcich učiteľov pre prá-cu s mobilnými zariadeniami na vyučovaní

• využívanie softvérových alternatív určených pre všetky platfor-my mobilných zariadení (Android, iOS, Windows a iné)

• školy so širokopásmovým WiFi pripojením

ZÁVER

Projekt Škola na dotyk je z hľadiska implementácie mobilných techno-lógií do vzdelávania na Slovensku rozhodujúci a má veľký význam aj pre projekty sledujúce uvedený trend. Je potrebné konštatovať, že úspešnú im-plementáciu nie je možné uskutočniť bez profesionálnej prípravy učiteľov z praxe a samozrejme bez zmeny prípravy budúcich učiteľov na vysokých školách. Implementácia mobilných zariadení je iba vo svojich počiatkoch a slovenské školstvo stojí v oblasti digitalizácie ešte pred mnohými výzvami.

Prírodovedecká fakulta UK v Bratislave a jej pracovisko Katedra didak-tiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky v projekte Inkubátor inova-tívnych učiteľov v prírodovedných predmetoch (Brestenská, Javorová, Sivák, Mázorová, 2013) vytvorila databázu inovatívnych učiteľov chémie, biológie, geografie, vypracovala nový trend prepojenia vysokoškolskej prí-pravy učiteľov s učiteľskou praxou na školách – „Inovatívne semestre“ a vytvoril sa portál projektu (inkubatorucitelov.eskola.sk), na ktorom sa

394

prezentujú inovatívne prístupy a metodiky vo vzdelávaní v prírodovedných predmetoch na ZŠ a SŠ. Uvedený potenciál databázy inovatívnych učiteľov a zameranie pedagogicko-výskumnej práce katedry v nasledujúcich rokoch bude orientované na vzdelávanie v mobilnom digitálnom prostredí.

POĎAKOVANIE

Príspevok vznikol vďaka podpore grantov UK/180/2014 a 035UK-4/2012

ZDROJE

Brdička, B., 2011. Nástup tabletů je definitivním vítězstvím 1:1, Praha: Metodický portál.

Brestenská, B., Javorová, K., Sivák, M., Mázorová, H., 2013. Inkubátor inovatívnych učiteľov prírodovedných predmetov. In: Zborník z konferencie Čaro vedy sa začína v škole, konferencia Čaro vedy sa začína v škole (Prírodné vedy v slovenskom školstve a ich budúcnosť). Bratislava: Dr. Josef Raabe Slovensko, s. r. o.

European Schoolnet, 2012. Survey of Schools: ICT in Education - Country Profile: Slovakia. Digital Agenda for Europe: A Europe 2020 Initiative, European Schoolnet.

Inkubátor inovatívnych učiteľov prírodovedných predmetov na ZŠ a SŠ [online] Dostupné na <http://inkubatorucitelov.eskola.sk> [Citované 28. Júna 2014].

Javorová, K., Brestenská, B., Križanová, M., 2011. Vzdelávanie učiteľov chémie pre digitálnu spoločnosť, Media4u Magazine.

Masaryk, R., 2014. Mapovanie vnímania dosahu projektu Škola na dotyk: Správa z výskumu, Bratislava: Edulab.

Mravčák, A., 2013. Tablety už učia aj na školách [online] Dostupné na <http://profit.etrend.sk/aktivny-zivot/tablety-uz-ucia-aj-na-skolach.html> [Citované 28. Júna 2014].

MF SR, 2013. Národný projekt: Elektronizácia vzdelávacieho systému regionálneho školstva, [online] Dostupné na < http://www.informatizacia.sk/vdok_simple-np--evs/609s15994c > [Citované 28. Júna 2014].

Rock, M. 2012. The Future of Education: Tablets vs. Textbooks, Mobiledia.

Škola na dotyk, 2014. Školy v projekte Škola na dotyk [online] Dostupné na <http://www.skolanadotyk.sk/skoly> [Citované 30. Júna 2014].

395

ŠIFROVÁNÍ JAKO NETRADIČNÍ ZPŮSOB AKTIVIZACE

ŽÁKA VE VÝUCE CHEMIE

Pavla Hanzalová

Pedagogická fakulta, Univerzita Hradec Králové, Hradec Králové, Česká republika

[email protected]

Kateřina Chroustová

Přírodovědecká fakulta,Univerzita Hradec Králové, Hradec Králové, Česká republika

[email protected]

Abstrakt

Aktivizující metody jsou nedílnou součástí moderního pojetí výuky, které klade důraz na

aktivní zapojení žáka a jeho samostatné objevování nových poznatků a v souladu

s Rámcově vzdělávacím programem rozvíjí jeho osobnost a klíčové kompetence. Jednou

z často využívaných aktivizujících metod jsou didaktické hry, které mohou mít rozličnou

podobu. V článku se zaměřujeme na šifrování, jehož využití ve výuce chemie není příliš

obvyklé, ačkoliv podporuje mezipředmětové vztahy a rozvíjí logické, analytické a algo-

ritmické myšlení, které je pro žáky nezbytné nejen ve výuce chemie při laboratorních

cvičení a ve výuce informatiky, biologie či fyziky, ale taktéž jej potřebuje v praktickém

životě. Součástí článku jsou konkrétní ukázky využití šifrování při práci žáka s tabulkou

periodické soustavy prvků (PSP), jejíž podobu a rozmístění prvků si (po seznámení

s periodickým zákonem) osvojuje zpravidla pamětně pomocí mnemotechnických po-

můcek a úkolů zaměřených na dohledávání informací v tabulce PSP – podobu těchto

úkolů lze zatraktivnit právě pomocí šifrování.

Klíčová slova

Šifrování, aktivizující metody výuky, výuka chemie, tabulka periodické soustavy prvků

Encryptions as a Non-traditional Way of Student Activating

in Chemistry Education

Abstract

Activating methods form an integral part in modern teaching approach where an active

participation of students, as well as their individual discovery of new knowledge is

emphasized; in accordance with The General Educational Programme (Rámcový

vzdělávací program), they develop students' personality and core competences.

Educational games are one of frequently used activating methods, while they can be of

various forms. In this article, we focus on encrypting; its use in chemistry education is

not very common, though it supports interdisciplinary relationships, and develops

396

logical and algorithmic thinking necessary for students not only in laboratory training

in chemistry education and computer science, biology or physics education but which is

also needed in practical life. Specific examples of encryption use of a student working

with the Periodic Table of Elements (PRE) are a part of this article. Students acquire its

form and the placement of elements (after becoming familiar with the periodic trends)

usually thanks to mnemotechnic devices and tasks aimed at tracing information in the

PRE table – encryption can be used to make the form of these tasks more popular.

Keywords

Encryption, activating methods of education, chemistry education, periodic table

of elements

ÚVOD

Současný přístup ke vzdělávání žáků zdůrazňuje aktivní zapojení žáka

ve výuce a jeho interakci s ostatními žáky a učitelem, učitel přestává být

hlavním zdrojem informací a poznatků, ale snaží se žáky motivovat k učení

a dovést je k objevům nových poznatků. Aktivizační metody výuky napo-

máhají žáky zaujmout a plně je zapojit. Zejména pokud se jedná o téma či

úkol, které sami o sobě nejsou pro žáky dostatečně zajímavé, je v podstatě

nezbytné tyto metody využít. Zajímavou možností, jak žáky nejen zaktivi-

zovat, je zařazení šifer do výuky, které žákům hravou formou přiblíží např.

tabulku periodické soustavy prvků.

AKTIVIZUJÍCÍ METODY VE VÝUCE CHEMIE

Aktivizující výukové metody kladou při osvojování nových poznatků

důraz na aktivní samostatnou myšlenkovou činnost žáků. Maňák, Švec

(2003, s. 105) je definuje jako „…postupy, které vedou výuku tak, aby se

výchovně-vzdělávacích cílů dosahovalo hlavně na základě vlastní učební

práce žáků, přičemž důraz se klade na myšlení a řešení problémů.“ Mezi

aktivizující metody řadí Maňák (2011) diskuzní metody (sokratický roz-

hovor, diskuse), heuristické metody (metoda řešení problému, projektová

metoda, brainstorming), situační metody, inscenační metody (metody dra-

matické výchovy), didaktické hry, práci s textem, mentální mapování (myš-

lenkové mapy) a skupinové metody.

Vzhledem k požadovanému rozvoji klíčových kompetencí uváděných

v Rámcově vzdělávacím programu a ke konstruktivistickému přístupu

k učení jsou tyto metody stále častěji využívány, neboť jimi lze efektivně

rozvíjet formativní stránky osobnosti a to nezávislost, kreativitu, ale i spo-

397

lupráci, komunikaci, tvořivost, logické myšlení a pracovitost (Maňák, Švec,

2003). Jak uvádí Pecina a kol. (2009) aktivizující metody lze využít jak při

opakování, tak i při expozici nového učiva. Ačkoliv nikdy nenahradí kla-

sické metody, je vhodné je s nimi kombinovat, neboť výuku pro žáky za-

traktivní a oživí. Ve výuce chemie využíváme problémové úlohy nejlépe ve

spojení s praktickým využitím, vlastní experimentální činnost žáků a didak-

tické hry, na které se dále zaměříme.

Didaktická hra

Hra je přirozenou součástí lidského života a jeho učení, není proto divu,

že ji zařazujeme i do klasické výuky. Didaktická hra podle Maňáka a Švece

(2003, s. 127) představuje „takovou seberealizační aktivitu jedinců nebo

skupin, která svobodnou volbu, uplatnění zájmů, spontánnost a uvolnění

přizpůsobuje pedagogickým cílům.“ Didaktická hra by měla být lákavá

a přitažlivá a odpovídat věku a schopnostem žáka, zaměstnávat co nejvíce

smyslů, mít srozumitelná a nepříliš měnná pravidla. Hru je nutné dobře or-

ganizačně i materiálově zajistit a nelze ji do výuky zařadit čistě náhodně,

protože by měla mít určitý vzdělávací a výchovný cíl. Při realizaci hry by-

chom měli zapojit celý kolektiv. Během školního roku do výuky zařazuje-

me různé hry tak, aby každý žák (či jeho skupina) měla možnost být někdy

úspěšný – pro tento účel mohou sloužit např. hry s prvky náhody. (Krejčo-

vá, Volfová, 1994; Hanzalová, Chroustová, 2013)

Didaktické hry aktivizují žáky a napomáhají rozvoji osobnosti žáka, je-

ho myšlení a poznávacích funkcí, neboť jsou založeny na řešení problémo-

vých situací a mají vzdělávací i výchovný efekt. Proto bychom je měli

zařazovat do výuky pravidelně nejčastěji při opakování a upevňování

učiva. (Pecina a kol., 2009)

ŠIFROVÁNÍ A JEHO VYUŽITÍ VE VÝUCE

„Kryptologie není naukou o kryptách, jak si hodně lidí myslí, ale

o šifrách, a její vliv na světovou historii je fascinující.“ (Singh, 2009, s. 9).

Kryptologie je tedy věda, která se zabývá utajováním zpráv. Konkrétně se

zabývá vytvářením nástrojů pro utajování zpráv (obor kryptografie), jejich

luštěním (obor kryptoanalýza) a podle některé literatury (Vondruška, 2006)

je její součástí i skrývání samotné existence zprávy (obor steganografie).

Ve školním vzdělávání se se šifrováním můžeme setkat v mnoha před-

mětech. V dějepise můžeme slyšet o jeho historii, v chemii si můžeme vy-

zkoušet steganografickou metodu neviditelných inkoustů, v informatice se

398

učí kódování, bezpečnostní systémy nebo třeba i základní pravidla pro

tvorbu hesla (šifrování a potřeba bezpečného předání tajné zprávy totiž

vedla k vývoji výpočetních a komunikačních technologií). Některé předmě-

ty mohou navíc využívat jednoduchých historických kryptografických sys-

témů, pomocí kterých mohou zábavnou formou opakovat a procvičovat

probranou látku. Šifrováním ve výuce tedy podporujeme mezipředmětové

vztahy, zároveň jím rozvíjíme logické, analytické a algoritmické myšlení

žáků, které je velmi potřebné například při laboratorních cvičeních nebo při

výuce programování. Může sloužit také jako motivace při výuce – vidina

něčeho tajemného a utajeného mnoho žáků aktivizuje.

ZAVEDENÍ PERIODICKÉ SOUSTAVY PRVKŮ

Pachmann a kol. (1986) ve své publikaci uvádí tři možnosti, jak lze žáky

dovést k poznání či dokonce sestavení periodické soustavy prvků a k poro-

zumění periodickému zákonu: historicky, experimentálně a strukturálně:

Historické zavedení seznamuje žáky se snahou chemiků uspořádat

prvky podle různých kritérií a s následně vznikajícími podobami

periodické soustavy prvků až po objevení periodického zákona

D. I. Mendělejevem a jeho periodickou soustavou prvků – tedy se

žákům předkládají hotové informace.

Experimentální zavedení více podporuje samostatné objevení pe-

riodického zákona žáky porovnáváním vlastností prvních 20 prvků

a sestavování podobných prvků do skupin. Vlastnosti prvků pre-

zentuje učitel vhodnými pokusy řady prvků stejné skupiny.

Strukturální zavedení je více abstraktní a využívá různé vlastnosti

prvků dohledatelné např. v chemických tabulkách: počet valenčních

elektronů v závislosti na protonovém čísle, elektronegativita, teplo-

ta tání, nejvyšší oxidační čísla, apod.

Práce s tabulkou periodické soustavy prvků

Žáci se s tabulkou periodické soustavy prvků (PSP) setkávají ještě dří-

ve, než se seznámí s jejím praktickým významem a aplikací periodického

zákona, a to ať už jako součást učebnice chemie, povinné pomůcky, kterou

si musí pořídit či nástěnné tabulky PSP v učebně chemie.

Ačkoliv je pro výuku chemie nejpodstatnější, aby žáci uměli znalost pe-

riodického zákona používat k odvozování vlastností všech prvků v PSP,

čeká je poměrně náročný úkol si osvojit umístění skupin a jednotlivých

prvků v její tabulce a umět dohledat v této tabulce různé informace. K to-

muto účelu se učí mnemotechnické pomůcky pro zapamatování skupin –

399

snad všichni si vybavíme „Helenu Líbal Na Kolena Robustní Cestář

Frank.“ či „Ó Slečno, Sejměte Též Podkolenky“ a další, případně v různých

obměnách. Učitelé sestavují pracovní listy s úkoly, kdy má žák najít např.

prvek s 45 protony, elektronegativitu železa, název prvku se značkou Mg,

značku rtuti apod. Možností jak oživit toto procvičování práce s tabulkou

PSP je právě využití šifrování, viz následující ukázky konkrétních úloh.

UKÁZKA KONKRÉTNÍCH PŘÍKLADŮ Z PRACOVNÍHO LISTU

V pracovním listu využíváme hlavně princip substitučních šifer (tzn.

princip záměny), který je velmi jednoduchý (např. písmena nahradíme čís-

ly) nebo transpozičních šifer (znaky zprávy zůstávají stejné, pouze jejich

umístění se mění). Před zadáním úkolů není potřeba, aby žáci byli sezná-

meni s jakýmkoli způsobem šifrování, což považujeme na výhodu díky

ušetřenému času ve výuce.

Jednotlivé šifrovací úlohy jsou zasazeny do příběhu se zápletkou, aby

byly pro žáky více zajímavé a aby mělo smysl je řešit. Na začátku dostanou

žáci krátký text, ve kterém se vysvětluje situace příběhu – zde konkrétně se

dostali do úlohy rádce krále, který zemřel, a mají najít vhodného nástupce

z přiloženého seznamu (viz obrázek 1). Od svých vyslanců přitom dostává

zprávy s tajnými informacemi o daných adeptech. Zprávy jsou zašifrované

a jediné společné heslo (resp. nápověda) je CHEMIE. Žáci při luštění po-

třebují pouze zadání zpráv (některé z nich zde uvádíme jako příklad), peri-

odickou soustavu prvků, papír a tužku, případně pravítko. V tomto případě

jsou získané zprávy v anglickém jazyce.

Obrázek 1: Ukázka z pracovního listu – seznam nástupců

400

1. zpráva:

Obrázek 2: Zašifrovaná zpráva č. 1

Tato šifra je speciálně konstruovaná na periodickou tabulku prvků. Po-

dobnou šifru můžeme najít např. na webu Technoplanety (Klub KAPSA:

Dětský počítačový klub, 2012). Princip, jak získat text zprávy, je spojit

stejně barevné tečky, rozdělit získané úsečky na určitý počet částí podle

vepsaných čísel a najít v tom podobu periodické soustavy prvků (viz obrá-

zek 3). Následně vyhledat prvky označené červenými body a sestavit z nich

text zprávy (pořadí částečně napovídají červené spojnice).

Obrázek 3: Nápověda

Po vyluštění získáváme zprávu: „XeNa IS WITcH“.

2. zpráva:

53 5 8 111 28 19 13 3 19

401

Zde se jedná o zašifrování pomocí protonových čísel prvků – využití

substituční šifry. Pokud je správně přepíšeme, získáme řetězec znaků:

I B O Rg Ni K Al Li K

Pokud text čteme zleva doprava, nedává smysl. Zde se totiž jedná

o kombinaci substituční a transpoziční šifry (text je nutné číst pozpátku).

3. zpráva

2-17 5-17 2-16 3-1 2-15 2-16 2-18 4-6 2-16 6-6 2-15

Zde budeme hledat prvky v tabulce podle jejich umístění. Opět se jedná

o substituční šifru. Každý prvek je jednoznačně určený podle řádku

a sloupce tabulky (pozn. lanthanoidy a aktinoidy nepočítáme do sloupců).

Pokud nalezneme značky prvků v daném pořadí, získáme text zprávy:

„FIONa NONe CrOWN“.

4. zpráva:

Výsledková listina:

1. kolo: VI. A 2b

2. kolo VI. A 3b

IV. A 2b

VIII. A 3b

3. kolo VII. A 5b

VI. A 3b

III. A 3b

IV. A 2b

4. kolo VI. A 2b

I. A 2b

IV. A 2b

Tento příklad opět vyluštíme podle

umístění prvků v tabulce. Tentokrát je

nutné si uvědomit, že skupiny mohou být

také po staru označeny římskými čísli-

cemi a písmenem A či B, které na listině

určuje „třída“. Abychom prvek vybrali

jednoznačně, musíme vybrat správný řá-

dek – ten z výsledkové listiny přečteme

jako počet bodů. Po nalezení daných

prvků v daném pořadí opět získáme text

zprávy, která vyloučí dalšího možného

budoucího panovníka: „OSCAr IS Al-

COHOLiC“.

Kompletní pracovní list a jeho reálnou podobu naleznete ve studijních ma-

teriálech vzniklých v rámci realizace projektu Věda na dosah ruky, reg. č.:

CZ.1.07/2.3.00/45.0014 (Hanzalová, 2014).

402

ZÁVĚR

Aktivizující metody jsou prostředkem, jak žáky ve výuce zaujmou a jak

i pro ně někdy nezáživné úkoly zatraktivnit. Pomocí didaktické hry a šifro-

vání podporujeme spolupráci žáků a krom požadovaných dovedností a zna-

lostí, navíc rozvíjíme i jejich další kompetence. Šifrování je bezpochyby

zajímavým způsobem, jak s žáky procvičovat názvy a značky prvků

a obecně práci s tabulkou periodické soustavy prvků. Samozřejmě uvedené

příklady nemohou obsáhnout veškeré možnosti, jaké zařazení šifrování do

chemie (a to nejen při práci s tabulkou PSP) nabízí. Nicméně názvu, resp.

značek prvků se v „chemickém“ šifrování využívá nejvíce. Nejčastěji rozší-

řené je „pouhé“ skrýváním názvu prvků do vět, např.: „Za chvíli vyrazíte

na zápas, tak doufám, že jsou všichni kluci připravení.“ Kesnerová Řádko-

vá (2013) uvádí ve své disertační práci hru „Zakódované prvky“, kde jsou

ukryté názvy prvků trochu důkladněji např. „mzda (= výdělek) + spojka

(= značka jódu) + značka sodíku“ (řešení je platina). Další možností je del-

ší souvislý text zmiňující chemické prvky zápisem značek prvků získáme

ukrytou zprávu. Při tomto využití šifrování stačí žákům odpovídající zna-

losti značek chemických prvků a jsou schopni zprávu dešifrovat, samo-

zřejmě můžeme při výuce chemie využít i důmyslnější šifrování jako je

např. směrovky, šifrování podle kříže či se šifrovací tabulkou, kde žáci již

musí mít i jisté znalosti v šifrování jako takovém, proto je můžeme využít

spíše při zadávání domácích úloh.

LITERATURA

Hanzalová, P., 2014 (v tisku). Historické šifrovací systémy v deseti praktických úkolech:

Pracovní listy. Hradec Králové: studijní materiál vznikl v rámci realizace projektu

Věda na dosah ruky, reg. č.: CZ.1.07/2.3.00/45.0014.

Hanzalová, P., Chroustová, K., 2013. Instructional Software with Focus on Instructional

Games in Mathematics and Chemistry Education. In Gallová, M., Gunčaga, J,

Chanasová, Z., Moldovcová Chovancová M. (Eds.), New Challenges in Education

(p. 40–69). Ružomberok, Slovakia: VERBUM - vydavateľstvo KU.

Kesnerová Řádková, O., 2013. Aktivizační metody ve výuce chemie. Praha. Disertační

práce. Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze. Školitel Martin Bílek.

Klub KAPSA: Dětský počítačový klub, 2012. Úkol 4-2 – Hrad. Technoplaneta [online].

Dostupné z: <http://technoplaneta.cz/2012/ukoly/ukol-4-2-hrad/>. [cit. 2014-07-08].

Krejčová, E., Volfová, M., 1994. Didaktické hry v matematice. Hradec Králové:

Gaudeamus.

403

Maňák, J., 2011. Aktivizující výukové metody. In: Metodický portál RVP [online].

Dostupné z: <http://clanky.rvp.cz/clanek/c/Z/14483/aktivizujici-vyukove-

metody.html/>. [cit. 2014-07-01].

Maňák, J., Švec, V., 2003. Výukové metody. Brno: Paido.

Pachmann, E. a kol., 1986. Speciální didaktika chemie. Praha: Státní pedagogické

nakladatelství.

Pecina, P. a kol., 2009. Metodika pro tvorbu a aplikaci didaktických prostředků

propagujících vědu a techniku a profesní kariéru v rámci stávajících předmětů

fyzika, chemie a technická výchova na základních školách . Brno: Masarykova

univerzita.

Singh, S., 2009. Kniha kódů a šifer: Tajná komunikace od starého Egypta po kvantovou

kryptografii. 2. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán.

Vondruška, P., 2006. Kryptologie, šifrování a tajná písma. 1. Praha: Albatros.

404

TVORBA WEBOVÉHO PORTÁLU

WWW.STUDIUMBIOCHEMIE.CZ

Milada Teplá, Helena Klímová

Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Praha, Česká republika


Abstrakt

Učitelé čím dál tím častěji vedou své žáky k tomu, aby jako zdroj informací kromě učeb-

nic a odborné literatury používali internet. Žáci jsou na práci s internetem zvyklí a je to

většinou první zdroj, kterého při hledání informací využijí. Naší snahou bylo vytvořit

vzdělávací portál www.studiumbiochemie.cz, který nabízí ověřené informace na úrovni

středoškolské biochemie. Portál obsahuje celou řadu materiálů – studijní výkladové

texty, didaktické testy, statické obrázky, powerpointové prezentace, pohyblivé flashové

animace i odkazy na jiné portály s biochemickou tematikou.

Klíčová slova

Středoškolská biochemie; Vzdělávací materiály; Webový portál; Adobe flash;

PowerPoint; Výkladové texty; Didaktické testy; Didaktické hry; Biochemické struktury

The Creation of Educational Portal www.studiumbiochemie.cz

Abstract

Secondary school teachers encourage more and more their students to use internet in

addition to class books and specialised literature. In general, students are quite familiar

with internet and use it often as their first source of information. Our aim was to

establish an educational portal www.studiumbiochemie.cz which would offer peer

reviewed information in the domain of biochemistry (secondary school level). The

portal contains a variety of educational material – explanatory texts, didactic tests,

static images, PowerPoint presentations, flash animations and links to other

biochemistry oriented portals.

Keywords

Secondary and High School Biochemistry; Educational Materials; Web portal; Adobe

flash; PowerPoint; Didactic tests; Didactic Games; Biochemical Structures

405

ÚVOD

Informační technologie mají na naší společnost značný vliv. Potvrzuje

to i trvale rostoucí využití počítačů, tabletů, mobilních telefonů a internetu.

Přístup k informacím kdykoli a kdekoli se stává stále důležitějším. Žáci při

hledání odborných informací nesahají již pouze po učebnici, ale hledají in-

formace na internetu pomocí vyhledávačů typu Google.cz či Seznam.cz.

Vyhledávání na internetu není jen doménou žáků, internet používají ve své

praxi mnozí z jejich učitelů. Učitelé se internetem nechávají inspirovat –

hledají zajímavá videa, animace, motivační obrázky, rozšiřující texty,

pracovní listy, elektronické hry a vše ostatní, čím by mohli běžnou vyu-

čovací hodinu zpestřit či usnadnit si přípravu na vyučovací hodinu. Učitelé

též čím dál častěji zadávají svým žákům úkoly související s vyhledáváním

informací na internetu, ať se již jedná o klasický domácí úkol, řešení pro-

jektové úlohy, zadání referátu, seminární práce apod.

Velký problém nastává s věrohodností nabízených informací. Na in-

ternetu lze publikovat téměř vše – články, fotografie, video, software –

cokoli, co lze převést do digitální podoby, a co nezakazuje zákon. V praxi

to znamená, že kdokoliv může psát jakékoliv informace a ty může na svých

webových stránkách kdykoliv měnit. To může vést k šíření chyb a následně

k přebírání nesprávných informací. Žáky je proto potřeba vést k tomu, aby

odborné informace přebírali jen z věrohodných zdrojů. Těžko budeme vět-

šinu žáků středních škol přesvědčovat, aby čerpali informace z primárních

zdrojů – z vědeckých článků tak, jak to dělají odborní pracovníci, kteří vy-

užívají online databáze vědeckých časopisů. Pokud zadáme žákům úkol

související s hledáním informací na internetu, je prospěšné navrhnout se-

znam webových stránek, které se problémem zabývají, popř. upozornit

žáka na možný výskyt chyb s tím, že je zapotřebí vyhledávanou informaci

ověřit u více zdrojů a v případě, že to úkol vyžaduje, dané webové stránky

řádně citovat včetně data prohlížení stránky.

Co se týče předmětu chemie, v současné době existuje několik webových

portálů s chemickou tematikou zaměřenou na vzdělávání (popis vybraných

viz kapitola České webové portály s chemickým obsahem). Jedním z tako-

vých portálů jsou i nově vzniklé webové stránky www.studiumbiochemie.cz

(popis viz kapitola O www.studiumbiochemie.cz), které obsahují komplexní

informace na úrovni středoškolské biochemie.

406

ČESKÉ WEBOVÉ PORTÁLY S (BIO)CHEMICKÝM OBSAHEM

Projekt www.studiumchemie.cz pro podporu výuky chemie na SŠ a ZŠ

Cílem projektu www.studiumchemie.cz je vytvořit pod hlavičkou

Přírodovědecké fakulty UK v Praze podpůrnou webovou stránku pro žáky

a učitele středních a základních škol a gymnázií nabízející výukové ma-

teriály zaměřené na chemii vytvořené na PřF UK v Praze. Webová strán-

ka je nejen zdrojem kvalitních výukových materiálů ale také stránkou

zahrnující metodickou, odbornou i technickou podporu k těmto materiálům

a rovněž i k tématům a otázkám s chemií a výukou chemie souvisejícím

(Šmejkal, 2014). Hlavními autory webové portálu jsou Petr Šmejkal

a David Brenner.

Obrázek 1: Webový portál www.studiumchemie.cz.

Metodický portál RVP (www.rvp.cz)

Metodický portál www.rvp.cz vznikl jako hlavní metodická podpora

k zavedení rámcových vzdělávacích programů ve školách. Jeho smyslem

bylo vytvořit prostředí, ve kterém se budou moci učitelé navzájem in-

spirovat a informovat o svých zkušenostech. Cílovou skupinou jsou přede-

vším praktikující ředitelé a učitelé škol (NÚV). Portál je významným

zdrojem tzv. DUM (digitální učební materiály), jejichž autoři jsou učitelé

z praxe.

E-ChemBook – Multimediální učebnice chemie

(http://www.e-chembook.eu/cz/)

Portál E-ChemBook vznikl v červenci 2012 z důvodu absence českého

vzdělávacího portálu obsahujícího ucelený přehled středoškolského učiva

chemie. Autorem webu je Jan Břížďala, student Přírodovědecké fakulty

Univerzity Karlovy v Praze (Břížďala, 2014). Webový portál obsahuje pře-

devším výkladový text, který je doplněn o obrázky a dále videa laborator-

ních pokusů.

407

Chemie v pohyblivých obrázcích

(http://old.lf3.cuni.cz/chemie/cesky/animace.htm)

Webové stránky jsou dostupné na internetových stránkách Ústavu bio-

chemie, buněčné a molekulární biologie 3. lékařské fakulty Univerzity Kar-

lovy v Praze a obsahují seznam interaktivních odkazů na zajímavé soubory

animací (odkazy na jiné portály) a ojedinělé animace či obrázky nejčastěji s

biochemickou tematikou. Animace jsou přehledné a hezky graficky zpra-

cované, avšak některé odkazy jsou nefunkční (poslední aktualizace byla

provedena v roce 2007).

Výukový web Michaela Canova (http://canov.jergym.cz)

Internetová stránka obsahuje výukový web Michaela Canova, učitele

chemie na Gymnáziu a Střední odborné škole pedagogické Liberec Jero-

nýmova. Cílem webu není předkládat ucelené informace ve formě výkla-

dových textů, ale především základní informace (např. tabulky, grafy,

vzorce) z vybraných kapitol středoškolské chemie.

Moje chemie (http://www.mojechemie.cz)

Webový portál vznikl v roce 2011. Jeho hlavní autorkou je Kateřina

Kedrová, studentka Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze.

Webový portál obsahuje výkladové kapitoly ke čtyřem hlavním chemic-

kým tématům (obecná chemie, anorganická chemie, organická chemie

a biochemie). Jedná se o studijní text, který je doprovázen obrázky. Někte-

ré kapitoly však zatím nejsou zpracovány.

O WWW.STUDIUMBIOCHEMIE.CZ

Obrázek 2: Vzdělávací portál www.studiumbiochemie.cz, kapitola Fotosyntéza.

408

Výukový portál je určen pro všechny, které zajímají biochemické pro-

cesy odehrávající se převážně v lidském organismu. Na internetových

stránkách www.studiumbiochemie.cz byl portál zveřejněn počátkem roku

2014. Materiály (prezentace, animace, obrázky, studijní texty, hry, chemic-

ké struktury atd.), které jsou na stránkách uložené, vznikaly průběžně od

roku 2003; největší podíl materiálů vychází z obhájené disertační práce Mi-

lady Teplé (Teplá, 2008).

Portál obsahuje sedm hlavních výkladových kapitol, které se týkají té-

matu biochemie (Buňka, Nukleové kyseliny a proteosyntéza, Přírodní

látky, Trávení, Metabolismus, Dýchací řetězec a Fotosyntéza). Všechny

výkladové kapitoly mají stejnou strukturu – webová stránka je rozdělena na

pravý a levý sloupec. V levém sloupci jsou umístěny (vedle interaktivního

obsahu jednotlivých kapitol) odkazy na studijní výukové materiály (nejčas-

těji powerpointové prezentace a flashové animace – viz dále). V pravém

sloupci je studijní (učební) text, který je strukturován formou vkládaných

otázek a odpovědí, což by mělo usnadnit orientaci v širokém spektru bioche-

mických pojmů. Studijní text je doplněn četnými obrázky (nejčastěji vytvoře-

nými v programu Adobe Flash CS3 Professional) či vzorci (vytvořenými

v programu ChemSketch). Obtížnost studijního textu je na rozhraní mezi

středoškolskou a vysokoškolskou úrovní studia. Při tvorbě studijního textu

jsme vycházely z odborné biochemické literatury a středoškolských učebnic.

Obrázek 3: Ukázka ze studijního textu.

Studijní výukové materiály uvedené u výkladových kapitol v levém

sloupci jsou sestaveny tak, aby mohly být využity přímo ve výuce bioche-

mie na středních školách a jsou též dostupné v sekci nazvané Výukové ma-

teriály. Jedná se o 8 prezentací a 4 větší soubory flashových animacích.

409

Ostatní části výukového portálu:

Sekce Testy a hry obsahuje 15 didaktických testů z biochemie

včetně autorského řešení a 6 her (interaktivní pexesa, AZ-kvíz

a Riskuj!).

Obrázek 4: Ukázka vytvořeného pexesa.

Sekce Biochemické struktury obsahuje přibližně 60 jednodu-

chých animací, které byly vytvořeny v programu Adobe flash

CS3 Professional. Jedná se především o znázornění struktur

(primárních i vyšších) biochemických látek či o schémata zá-

kladních typů biochemických reakcí.

410

Obrázek 5 a 6: Ukázky animací ze sekce Biochemické struktury.

Sekce Použitá literatura představuje seznam literatury, která

byla použita při tvorbě všech částí výukového portálu.

Sekce Seznam zkratek shrnuje všechny biochemické zkratky,

které se v materiálech vyskytují.

Sekce Odkazy zahrnuje odkazy na zajímavé webové portály

s biochemickou tematikou v českém i anglickém jazyce. Dále

odkazy na vybraná videa, která jsou uložena na serveru Youtube.

ZÁVĚR

Doufáme, že vzdělávací portál www.studiumbiochemie.cz se stane pro

učitele chemie i jejich žáky vyhledávaným webem, že vytvořené vzdělávací

materiály budou používány ve školní praxi a že žáci i jejich učitelé využijí

vzdělávací portál jako zdroj informací z oblasti středoškolské biochemie.

POUŽITÁ LITERATURA

Břížďala, J. E-chembook. [online] Available at <http://www.e-chembook.eu/cz/>

[Accesed 14 June 2014].

Šmejkal, P., Katedra učitelství a didaktiky chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity

Karlovy v Praze, 2014. Studiumchemie.cz – Podpora výuky chemie na ZŠ a SŠ.

[online] Available at <http://www.studiumchemie.cz/> [Accesed 14 June 2014].

Národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další

vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV). Rámcové vzdělávací programy.

[online] Available at <http://www.rvp.cz/> [Accesed 14 June 2014].

Teplá, M., 2008. Biochemie ve středoškolském vzdělávání. Disertační práce. Praha:

Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Katedra učitelství a didaktiky

chemie.

411

VIDEODATABÁZE POKUSŮ PRO VÝUKU CHEMIE

NA WEBU WWW.STUDIUMCHEMIE.CZ

Eva Vrzáčková, Petr Šmejkal

Faculty of Science, Charles University in Prague, Prague, Czech Republic


Abstrakt

Experiment je pro výuku chemie zásadním prostředkem poznání i motivace. Pokud je

experiment proveden reálně, má to nesporně oproti experimentům „virtuálním“, např.

videopokusům, řadu výhod. Na druhé straně, někdy pokus reálně provést nelze, ať už

proto, že je nebezpečný, jsou použity drahé chemikálie atd. Někdy také může videopokus

být použit jako podklad pro realizaci experimentu, neboť videopokus lépe zohledňuje

jeho provedení než textový návod. Je zřejmé, že videopokusy mají své místo ve výuce, ať

už přímo při hodině, a nebo při přípravě na výuku. Proto byla v rámci webu

www.studiumchemie.cz zpracována poměrně rozsáhlá databáze videopokusů, která

zahrnuje více než 150 experimentů, z nichž mnohé byly pro účely databáze nově

natočeny tak, aby databáze pokryla základní chemická témata. Příspěvek se zabývá

koncepcí a tvorbou databáze a dále její evaluací učiteli SŠ. Učitelé databázi přijali

velmi pozitivně a přispěli svými náměty k jejímu vylepšení. Databáze je také nej-

vyhledávanější součástí webu www.studiumchemie.cz, což dále svědčí o zájmu učitelů

o videopokusy.

Klíčová slova

chemické experimenty, demonstrační pokusy, video-pokusy, video-databáze, chemických

pokusů, evaluace, dotazníkové šetření.

Database of Videos of Chemistry Experiments for Chemistry

Education on www.studiumchemie.cz Webpage

Abstract

In chemistry education, a “real experiment” can be considered as one of the most

important part of the educational process. “The real experiment” provides, comparing

to other ways of education, many advantages, especially motivation and/or gain of

useful habits for experimental work in chemical laboratory. Nevertheless, sometimes, it

is not possible to use the “real experiment”, for example, in the cases that the used

chemicals are toxic or dangerous or just expensive. In some cases, the video-experiment

can be used as a guide for realization of real experiment, because, it can be more

illustrative than a typical worksheet. Hence, the video-experiments should be used in

education as alternative for “real experiments” and can be employed in chemistry

lessons as well as in preparation of teachers. That is a reason for creation of database

412

of video-experiments in the framework of www.studiumchemie.cz webpage. The database

contains more than 150 entries (experiments, usually more than one in one experiment

entry). The experiments were selected with respect to requirements of RVP-G,

especially with respect to cover majority of themes defined by this document. This

contribution is focused on concept and description of the database and some aspects of

its extension and on opinions of teachers on the database, especially with respect to the

content of the database. The teachers evaluated the database positively and expressed

opinion that database could be useful for them in everyday teaching practice. They also

contributed to improvement of database by their suggestions and remarks. The database

is also the most visited part of the web www.studiumchemie.cz, which supports the

positive attitudes of teachers.

Keywords

chemical experiments, demonstration experiments, video-experiments, video-database

of chemical experiments, evaluation, survey.

ÚVOD

Za základ výuky přírodovědných předmětů lze považovat experiment.

V řadě případů však není možné „skutečný“ experiment realizovat, ať už

z toho důvodu, že jsou využívány nebezpečné chemikálie, nebo pokus není

dostatečně názorný, např. příliš rychlý, a nebo příliš pomalý.

Využíváním video-pokusů ve výuce chemie se zabývala velká řada au-

torů, např. Keusch (2004), Koldová (2010), Dušek (2000) atd. Většina au-

torů se shoduje, že není možné určit, která forma experimentů by měla být

upřednostňována. Zároveň ovšem dodávají, že reálný experiment má nena-

hraditelnou funkci ve výuce chemie a video-pokus jej nemůže plně zastou-

pit. Autoři se ovšem shodují, že existují určité situace, kdy je lepší zvolit

formu video-pokusu. Keusch uvádí jako důvody např. možnost zpomalení,

nebo naopak zrychlení videa. Dalším argumentem pro využití videí ve vý-

uce chemie je možnost zaměřit se na detaily, čehož je u některých videí

hojně využíváno. Podle Keusche je možné také pomocí video-pokusu zre-

kapitulovat vlastní reálný pokus, jelikož video lze zastavit a danou situaci

okomentovat, proč např. dochází k dané reakci či ději. Koldová (2010) zase

ve svém článku mimo jiné uvedla jako kladný aspekt využívání demon-

stračních experimentů využití i méně vhodných videí, na který lze žákům

dokumentovat nesprávnou laboratorní praxi. Poslední jmenovaný autor

(Dušek, 2010) video-experimenty nepovažuje za skutečné experimenty

v původním slova smyslu, jelikož si žáci sami nic nezkouší, nesledují, jak

pokus dopadne. Podle autora se v tomto případě jedná spíše o obrazový po-

pis jevu, kde zcela chybí pocit očekávání a prožitku. V tomto ohledu lze

413

s autorem článku polemizovat. Video-pokus není reálným pokusem a těžko

jej někdy nahradí, ovšem žáci i při tomto typu pokusu vnímají pokus, sle-

dují ho a získávají k němu stanovisko, de facto pokus prožívají – jako pří-

klad lze uvést pokusy s ohněm, pokusy s výbuchem, případně pokus reakce

peroxidu vodíku s jodidem draselným (Hrnečku vař, Sloní pasta), kde žáci

neočekávají takto výraznou reakci a s tvrzením, že video-pokus nepůsobí

nijak na žáky a jejich emoce lze nepochybně polemizovat. Dušek ovšem

dále v článku rozebírá jednotlivé aspekty, na jejichž základě by si měl uči-

tel vybrat vhodný typ pokusu. Při porovnávání jednotlivých typů pokusů

v rámci různých aspektů ve třech případech je na prvním místě uveden typ

video-pokusu. Jedná se o ekonomické hledisko, časové a bezpečnostní.

Z didaktického hlediska se jeví nejvýhodnější zařazení žákovského pokusu.

Tyto závěry opět korespondují se závěry předchozích dvou autorů, a také

s podklady pro vytvoření a rozšíření Databáze chemických pokusů. Výše

zmíněné aspekty (zpomalení, zrychlení videa; využití detailu videa, časové

a ekonomické hledisko) jsou zapracovány do databáze a byly důležitými

faktory, na jejichž základě byla databáze vytvořena a nyní v rámci této di-

plomové práce dále rozšířena. Video-pokusy nemusí být využívány pouze

ve vlastní vyučovací hodině, nýbrž mohou sloužit učitelům i jako návod

pro provedení vlastního demonstračního experimentu. Učitelé zhlédnutím

videa zjistí, jak pokus probíhá a jaké případné problémy mohou nastat. Poté

mohou žákům pokus v hodině ukázat bez komplikací. Video-pokusy mo-

hou být dobrou pomůckou také pro žáky, kteří je mohou používat pro do-

plnění učiva, případně pro přípravu na laboratorní práce. Video-pokusy

mohou také sloužit jako podklad pro snadnější zapamatování učiva, někteří

žáci učivu lépe porozumí, pokud si jej mohou spojit s nějakou praktickou

ukázkou, v tomto případě s pokusem na videu. Žáci se zájmem o chemii si

pomocí video-pokusů mohou rozšiřovat své obzory a prohlubovat znalosti.

Z výše uvedených důvodů je velmi žádoucí, pokud jsou videopokusy

dostupné učitelům i žákům. Za tímto účelem vznikla v roce 2011 v rámci

webu www.studiumchemie.cz nová databáze obsahující nově natočené po-

kusy a odkazy na vydařené videopokusy z jiných webových stránek. Tento

článek se zabývá rozšířením a doplněním zmíněné webové databáze a její

evaluací.

KONCEPCE A POPIS DATABÁZE

Databáze chemických pokusů byla koncipována při svém vzniku jako

souhrn převážně demonstračních experimentů. Každý vstup databáze ale

neobsahuje jen samotný videopokus, ale relativně obsáhlý doprovodný ma-

414

teriál charakterizující uvedené experimenty a usnadňující jejich provedení,

tedy: Název pokusu, Pomůcky, Chemikálie, Postup, Princip, Využití, Typ

pokusu, Bezpečnost, Časová nenáročnost, Tipy, triky, Video-odkazy a v in-

ternetové podobě databáze u některých pokusů Fotografie. Na základě

dotazníkového šetření bylo zjištěno, že učitelé jsou spokojeni s touto jed-

notnou šablonou, a proto byla tato šablona ponechána v této podobě, nebyla

nijak pozměněna. Na základě stejného dotazníku, učitelé si nejvíce cenili

kolonek Tipy, triky a Princip, proto bude při rozšiřování opět kladen důraz

na precizní zpracování těchto dvou kategorií. V dotazníku se učitelé také

vyjádřili, že forma video-odkazů (místo přímo vloženého videa) je vhodná,

byť někteří k ní měli výhrady. Technicky se ale v tuto chvíli jeví forma vi-

deoodkazů (ať externích tak přímo na web www.studiumchemie.cz) jako

optimální, a neboť ani jedna z forem není jednoznačně preferována větši-

nou respondentů, uvedená forma zveřejnění videa zůstala ponechána. Je

ovšem kladen důraz na to, aby byla v databázi formou odkazů využívána

videa, která se přehrávají buď na internetové stránce www.youtube.com

(s níž se pracuje technicky velmi dobře a snadno), nebo pomocí přehrávače

Windows Media Player, jak vyplynulo z úvodního dotazníkového šetření.

Výběr nových experimentů byl v první fázi opět prováděn na základě po-

žadavků učitelů uvedených v dotazníku. Jednalo se o časovou nenáročnost

přípravy i provedení ve vyučovací hodině (v obou případech kolem 10 mi-

nut), dostupnost chemikálií a laboratorního nádobí, bezpečnost a spolehli-

vost. Pokusy v databázi chemických pokusů byly uspořádány do 25 hlavních

kategorií, které se dále větvily v některých případech až do 4. úrovně (pří-

klad oblasti Obecná chemie). Učitelé vyjádřili názor v orientačním šetření,

že toto větvení je přehledné, uživatel se v databázi zorientuje, ovšem bylo

by dobré doplnit ještě další kategorie a podkategorie. V tomto ohledu byl

jejich názor brán v potaz a v průběhu rozšiřování databáze došlo také k vy-

tvoření nových kategorií, případně nových podkategorií v již existujících

hlavních kategoriích.

Databáze byla také výrazně rozšířena. Z orientačního šetření mezi uči-

teli vyplynulo, že by nejvíce uvítali pokusy z organické chemie a bioche-

mie. Dále by stáli o experimenty s materiálem používaným v domácnosti.

Ve výčtu se objevila také prosba o reakce prvků, případně učitelé zmínili

názor, že budou rádi za jakékoliv rozšíření databáze. V tomto ohledu byl

také kladen důraz na propojení s praktickým životem, tedy aby byly v ex-

perimentech využívány látky každodenního života (např. potraviny), což se

nejvíce hodilo právě v biochemii. Dále byly doplněny pokusy z oblasti

Anorganické chemie, kde stále zůstává velké pole působnosti z hlediska

nabídky experimentů. V neposlední řadě byly pokusy doplňovány také

415

k tématům z oblasti Obecné chemie. V případě každé kategorie byly v prv-

ní fázi rozpracovány experimenty ze současné databáze zařazené v odděle-

ních Alternativních témat, které obsahovaly pouze video-odkazy, aby došlo

k vylepšení databáze z hlediska jejího obsahu. Ve všech kategoriích byly

v poslední fázi naopak vybírány pokusy, které jsou sice užitečné, názorné

a ve většině případů spojené s praktickým životem, ale z nějakého důvodu

jsou obtížně proveditelné ve školních podmínkách nebo dokonce nejsou

proveditelné vůbec (např. pokusy Marshova-Liebigova zkouška, Důkaz

fosforečnanů molybdenovou solucí, Substituce halogenu halogenem (Fin-

kelsteinova reakce), Reakce methylaminu, amoniaku a anilinu, Důkaz cho-

lesterolu – sterolů (Liebermannův-Burachrdův test), Důkaz vitamínu A

(Carr-Priceův test)). Nutno podotknout, že ačkoliv výběr pokusů byl sou-

středěn převážně na oblast Organické chemie, nejvíce pokusů bylo vybráno

v oblasti Anorganické chemie, což koresponduje jednak s míněním učitelů,

že v této oblasti lze žákům ukázat nejvíce pokusů, ale také s faktem, že

v této oblasti existuje nejvíce experimentů, jelikož patří mezi nejobsáhlejší

oblasti chemie.

Celkem bylo do databáze dodáno 96 nových pokusů, což s původními

58 čítá v tuto chvíli 154 pokusů. Některé pokusy je možné zařadit do více

kategorií, celkem tak oblast Obecné chemie poté obsahuje 90 pokusů (před

rozšířením 33), v oblasti anorganické chemie se nachází 154 pokusů (před

rozšířením 56). V oblasti Organické chemie lze nalézt 68 experimentů

(před rozšířením 28) a oblast Biochemie zahrnuje 56 pokusů (před rozšíře-

ním 15). Z toho bylo nově natočeno, sestříháno a umístěno do databáze 71

původních nových videí, ke kterým nebyly nalezeny vhodné video-odkazy

na jiných serverech. Celková stopáž těchto nově natočených videí činní 170

minut. Tato videa byla nahrána na účet uživatele studiumchemie.cz služby

YouTube a pomocí odkazů uvedena u jednotlivých pokusů.

ZHODNOCENÍ KOMPLEXNOSTI A OBSAHU DATABÁZE

Vytvořená databáze byla z hlediska komplexnosti zhodnocena pro-

střednictvím orientačního dotazníkového šetření. Dotazník byl vytvořen

v příslušné webové aplikaci Google Documents. V jeho rámci bylo oslove-

no 330 učitelů z různých škol a také 26 studentů 1. a 2. ročníku navazující-

ho magisterského studia učitelství chemie. Vzhledem k tomu, že databáze

je poměrně rozsáhlá a nebylo reálné, aby všichni učitelé hodnotili všechny

části databáze, tak 330 učitelů bylo rozděleno do 6 skupin, přičemž každá

skupina hodnotila jiné kategorie z databáze, čímž byla zajištěna různoro-

416

dost odpovědí. Učitelé z každé skupiny měli zhodnotit 1 kategorii z oblasti

Anorganické chemie, 1 kategorii z oblasti Organické chemie a 1 z oblasti

Biochemie. Na každou kategorii byly respondentům položeny 2 otázky tý-

kající se obsahu v dané kategorii. Kromě 6 otázek týkajících se zhodnocení

jednotlivých kategorií po obsahové stránce, byly ještě učitelům položeny

další otázky týkající se celkového pojetí databáze, např. jestli se v ní orien-

tují, jak jsou spokojeni s video-odkazy u každého videa či který pokus je

nejvíce oslovil. Učitelé se vyjadřovali prostřednictvím bipolární škály, ale

podporována byla volná odpověď tak, aby bylo získáno co nejširší spekt-

rum odpovědí. Hlavním cílem totiž nebylo zjistit např., zda se učitelům da-

tabáze líbí či nikoliv, ale spíše posbírat konkrétní náměty a připomínky,

které by bylo možné do databáze implementovat. Dále v dotazníku byly

zahrnuty otázky na dostatečný počet pokusů v databázi, a zda je pro ně

v nové podobě databáze využitelná. Návratnost odpovědí bohužel činila

pouze 7 % v případě učitelů, 23 % v případě studentů učitelských oborů

výsledky je tedy třeba brát s rezervou, byť je podporují i některá další fak-

ta. Ohledně nízkého procenta došlých odpovědí, zde se jednoznačně proje-

vila skutečnost, že respondenti museli databázi v jim zadaných kategoriích

relativně dobře prostudovat, což mohlo zabrat i více než hodinu, plus vypl-

nění dotazníku (cca 15 minut), což přirozeně nebyl každý ochoten oběto-

vat. Z došlých odpovědí lze identifikovat několik aspektů.

Z výsledků tohoto dotazníkového šetření vyplývá, že všichni učitelé

i studenti učitelství chemie reagovali pozitivně, databáze se jim líbila a po-

važují ji za užitečnou. Respondenti také uvedli, že databáze doznala vel-

kých změn a je vidět pokrok k lepšímu oproti stavu před její aktualizací.

Z hlediska obsahu, ač obsah jednotlivých kategorií není naprosto vyčerpá-

vající a bylo by jej možné doplnit dalšími experimenty, většina respondentů

se shodla, že obsah je v dané chvíli v zásadě optimální. Zazněl i názor, že

už v této chvíli je množství experimentů naddimenzované a ztěžuje orien-

taci. V menšině pak byl názor (1 respondent), že je nezbytné databázi do-

plnit o další experimenty. Zvolené experimenty pak všichni respondenti

hodnotili jako vhodné a dostačující, dostatečně demonstrující danou pro-

blematiku (v závislosti na kategorii, do níž jsou zařazeny). Většina experi-

mentů pak byla pro respondenty známa (více než 2/3), nicméně každý

respondent našel jeden či více experimentů, které mu známy nebyly a které

jej obohatily. Ohledně využití databáze, učitelé by nejčastěji databázi vyu-

žívali či ji v tuto chvíli již využívají při přípravě pokusů pro laboratorní

práce, dále některá videa pouští žákům ve vyučovacích hodinách. Učitelé

by zde mohli najít materiály pro návody do laboratorních prací, případně

by mohli samotná videa pouštět žákům ve vyučovacích hodinách. Někteří

417

učitelé také nadnesli téma, že nechápou učitele, kteří této možnosti nevyu-

žívají, jelikož jsou sami proti sobě. Žáci by mohli databázi využívat při ře-

šení chemické olympiády, jako domácí přípravu, kdy by sami shlédli videa

a ve škole by o nich následně diskutovali. Případně by databáze mohla po-

sloužit maturantům hlavně k pochopení biochemie prostřednictvím experi-

mentů. Zároveň učitelé také podotkli, že se zde nacházejí pokusy, u kterých

lze nalézt vše na jednom místě, není nutné dohledávat informace v jiných

zdrojích. Otázka ohledně jiného větvení než podle RVP G byla položena

pouze polovině učitelů z důvodu nedostatku času. Učitelé většinou zařazení

kategorie Interdisciplinární témata hodnotili kladně, dodávali, že toto vět-

vení má své opodstatnění. Někteří ovšem vyjádřili názor, že název této ka-

tegorie může být zavádějící, a proto by bylo dobré se zamyslet nad lepším

označením. Bohužel v tomto případě prozatím vhodnější název nebyl nale-

zen. Pro tuto kategorii by se velice hodil název Průřezová témata, který

ovšem v současné době má význam spojený s RVP. Proto nebylo vhodné

použít tento název a z tohoto důvodu byla tato kategorie nazvána Interdis-

ciplinární témata. Učitelé dále poznamenali, že by bylo dobré pokračovat

v tvorbě dalších větví i v této kategorii. Učitelé hodnotí tuto databázi jako

celek vcelku pozitivně. Připomínky, které mohly být realizovány, byly za-

pracovány do databáze, aby tato databáze co nejvíce odpovídala potřebám

učitelů. Některé nápady nebylo možné realizovat v tuto chvíli, přičemž

v budoucnu určitě poslouží k dalšímu rozvoji databáze. Je ovšem nutné na-

jít rozumnou hranici mezi obsahem databáze a uživatelskou náročností

a přehledností. Nejeden učitel také navrhl, že by bylo velmi přínosné, po-

kud by bylo možné z ní vygenerovat přímo pracovní list k danému experi-

mentu, který by pak mohl být použit přímo v laboratorním cvičení.

Vzhledem k tomu, že v zásadě všechny případné části pracovního listu jsou

již částí šablony, po obsahové stránce není problém tuto funkci implemen-

tovat, po technické stránce jsme ale narazili na potíže, které ještě nebyly

vyřešeny, nicméně snad v budoucnu tato funkce implementována bude.

V souvislosti s evaluací databáze snad lze jen dodat, že popisovaná databá-

ze experimentů je v současnosti nejoblíbenější a nejnavštěvovanější částí

webu www.studiumchemie.cz, což podporuje velmi pozitivní hodnocení

respondentů – učitelů popsané výše. Z toho pohledu lze konstatovat, že da-

tabáze může být i v budoucnu přínosným pomocníkem pro výuku chemie,

jak pro učitele tak jejich žáky.

418

ZÁVĚR

Databáze videí chemických experimentů vzniklá v červnu 2011 byla

rozšířena o značné množství experimentů tak, aby tyto experimenty pokrý-

valy do značné míry obsah definovaný v RVP G. Dále byla vylepšena

struktura databáze a její obsah se zkvalitnil. Toto rozšíření bylo provedeno

na základě podnětů učitelů, které vzešly z provedeného vstupního orientač-

ního šetření. V rámci tohoto rozšíření bylo do databáze dodáno 96 nových

pokusů, což s původními 58 čítá v tuto chvíli 154 pokusů. Některé pokusy

byly zařazeny, dle zaměření, do více kategorií. Oblast Obecné chemie poté

obsahuje 90 pokusů (před rozšířením 33), v oblasti anorganické chemie se

nachází 154 pokusů (před rozšířením 56). V oblasti Organické chemie lze

nalézt 68 experimentů (před rozšířením 28) a oblast Biochemie zahrnuje 56

pokusů (před rozšířením 15). Nově bylo natočeno, sestříháno a umístěno do

databáze 71 videí, ke kterým nebyly nalezeny vhodné odkazy videí na in-

ternetu. Celková stopáž těchto nově natočených videí činila 170 minut. Ta-

to videa byla nahrána na účet uživatele studiumchemie.cz prostřednictvím

služby YouTube a pomocí odkazů uvedena u jednotlivých pokusů. V rámci

rozšíření databáze byly také vytvořeny nové oblasti Analytická chemie,

Toxikologie a Interdisciplinární témata. Tyto oblasti se ještě dále větví na

kategorie a podkategorie. Kromě nových oblastí byly také doplněny další

kategorie do již existujících oblastí Obecné chemie a Biochemie. Databáze

byla evaluována a zjišťován názor uživatelů – učitelů na databázi. Učitelé

databázi hodnotí velice kladně a dodávají, že se jedná o vhodný materiál

pro experimenty ve výuce chemie. Struktura databáze a jednotná šablona

pro všechny pokusy je podle nich také dostačující, přičemž opět kladně

hodnotí zařazení kolonky Tipy, triky v šabloně pro každý pokus. Učitelé

databázi nejvíce používají v rámci přípravy na laboratorní práce a pro reali-

zaci video-experimentů ve vyučovacích hodinách, ale také při přípravě na

hodinu např. při přípravě reálného experimentu. Učitelé míní, že by databá-

ze mohla být ku prospěchu i žákům, např. při řešení chemické olympiády či

při domácí přípravě. Učitelé celkově databázi považují za velice zdařilou,

jak po obsahové stránce, tak po stránce její struktury. Databáze chemických

pokusů, respektive pokusy v ní obsažené byly hodnoceny pozitivně.

V rámci zhodnocení databáze navrhli učitelé různé formy vylepšení data-

báze. Některé podněty byly implementovány do databáze, jiné je plánováno

včlenit v budoucnu.

419

PODĚKOVÁNÍ

Tato publikace byla podpořena projektem PRVOUK P42.

ZDROJE

Dušek, B., 2000. Pokusy ve výuce chemie samozřejmě ano, ale jak? Chemické listy, sv. 94, č. 9,

s. 870 – 871.

Keusch, P. 2004. Experimente auf Video. In: lehrer-online – Unterrichten mit digitalen Medien.

[online] [cit. 2013-08-24] Dostupné z:

http://www.lehrer-online.de/videochemie.php?sid=65951655325387962637753685368090.

Koldová, V. Analytická chemie ve výuce chemie na gymnáziích [online]. In Alternativní

metody výuky 2010. Sborník z konference. Praha: Univerzita Karlova, v Praze,

Přírodovědecká fakulta, 2010. [cit. 2013-08-24] Dostupné z:

http://everest.natur.cuni.cz/konference/2010/prispevek/koldova.pdf.

Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání [online]. Praha: Výzkumný ústav

pedagogický v Praze, 2007. 126 s. [cit. 2013-08-24]. Dostupné z:

http://www.vuppraha.cz/wp-content/uploads/2009/12/RVPZV_2007-07.pdf.

420

ОПЫТ ИНТЕГРАЦИИ СИСТЕМНОГО

И КОНТЕКСТНОГО ПОДХОДОВ

В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ВУЗОВСКОМ

КУРСЕ ХИМИИ

Viktor Davydov

Saint-Petersburg State University of Economics , St. Petersburg

[email protected]

Аннотация

Обсуждаются достоинства и недостатки системного и контекстного постро-

ения вузовских общеобразовательных курсов химии. Системный курс дает

студентам качественные научные знания, но не отражает практического

использования веществ и химических реакций в окружающем мире. Однако

современный мир насыщен примерами такого использования. Описывается опыт

построения и реализации курса, в котором предпринята попытка устранения

выявленных недостатков. Поставленная цель реализуется посредством откры-

тости его вариативной части, формируемой преподавателем и студентами

в процессе обучения. Для этого предлагается поощрять студентов к поиску

информации о практическом использовании химических методов. Короткие

сообщения студентов используются для обогащения содержания лекционного

курса и формирования тем для обсуждения на практических занятиях. Неко-

торые темы углубленно разрабатываются в студенческих проектах с целью

создания новых лабораторных работ. В ходе первичной апробации установлено,

что существенно повысился интерес студентов к изучению дисциплины, а также

вырос уровень компетенций студентов в области применения химических знаний

на практике.

Ключевые слова

Вузовский общеобразовательный курс химии. Интеграция системного и кон-

текстного подходов. Участие студентов в формировании вариативной части

курса.

An Experience of Integration of System and Contextual Approaches

to a General Educational Academic Course of Chemistry

Abstract

Merits and demerits are discussed of system and contextual constructions of academic

general educational courses of chemistry. System course provides students with high-

quality scientific knowledge, but does not reflect the practical use of chemical

421

substances and reactions in the world. However, in everyday life, many cases of

the use of chemicals and reactions. An experience is described of construction and

actualization of a course in which an attempt is made of elimination of identified

drawbacks. The purpose in view is achieved through openness of its variative part

formed by lecturer and students in the process of education. Students looking for

information on the practical use of chemical methods. The information is used to

complement the content of a course of lectures and discussion on practical exercises.

Students develop new laboratory work. New chemistry course helped increase students'

interest in the study of chemistry, as well as the formation of competencies practical

application of knowledge.

Keywords

Academic general educational courses of chemistry. Integration of system and

contextual approaches. Openness of variative part process of education

Актуальной задачей современного высшего образования является

формирование у студентов компетентностей в различных областях

предстоящей им профессиональной деятельности. Достичь суще-

ственных результатов в ее решении можно только при наличии

активной позиции студентов в учебном процессе. Это требует

совместной деятельности студентов и преподавателя, при этом,

важную роль играет побуждение преподавателем студентов к само-

стоятельному поиску.

Однако в современных условиях образовательная система должна

обеспечивать также свое внутреннее развитие в результате по-

стоянного обновления содержания в соответствии с динамично

меняющимся миром второй природы. Вопрос обеспечения этого

взаимодействия стал особенно актуален в последние десятилетия -

время широкого проникновения во все сферы жизни технологий

(в том числе воплощенных в изделиях), основанных на достижениях

естественных наук. В то же время традиционные естественнонаучные

общеобразовательные курсы для студентов гуманитарных вузов

практически не изменились по содержанию (Эрлих, 2011).

Особенно сильно это противоречие в российском образовании.

Сложившаяся ситуация объясняется, прежде всего, традиционным

построением отечественных общеобразовательных курсов химии как

системных, а не контекстных. Это обстоятельство, с одной стороны,

выступает как сильная сторона российского образования (студенты

получают системные научные знания по дисциплине). С другой

стороны, налицо все время увеличивающийся разрыв между услож-

422

няющимся “химическим ландшафтом” окружающего мира и способ-

ностью студентов ориентироваться в нем, опираясь на полученные

знания. Способность эту сегодня невозможно переоценить, учитывая

необходимость адекватного реагирования каждого человека на целый

вал разнообразной информации рекламного, политического и эконо-

мического характера.

Таким образом, вузовский преподаватель основ естественно-

научных дисциплин сталкивается с весьма сложной задачей –

способствовать формированию у студентов представлений о системе

естественнонаучного знания и компетенций в области использования

его для анализа разнообразных по характеру проблемных ситуаций,

связанных с быстроразвивающимся миром второй природы.

По нашему мнению, решение этой задачи возможно лишь путем

постоянного обновления содержания общеобразовательных курсов

химии в процессе взаимодействия студентов и преподавателя с нату-

ральными объектами и информационными системами мира второй

природы и друг с другом в ходе реализации учебного процесса.

Решение этой двуединой задачи возможно путем интеграции сис-

темного и контекстного подходов к организации учебного процесса.

Организационная структура учебного процесса, позволяющая осу-

ществить такую интеграцию, представлена на рисунке 1.

Рис.1. Система организации изучения общеобразовательного курса химии

423

Последующие пояснения касаются лишь наиболее важных, отра-

женных на схеме, связей. Инвариантное системное ядро естественно-

научного знания реализуется в лекционной части курса. В процессе

проблемных лекций преподаватель привлекает внимание студентов

к целому ряду вопросов, касающихся как осмысления теоретического

материала, так и его применения на практике. Результатом дискуссий

на лекции является совместная формулировка преподавателем и сту-

дентами заданий по выяснению и уточнению возникших вопросов.

Итогом выполнения этих заданий являются подготовленные студен-

тами выступления с презентациями продолжительностью 3-5 минут.

Таким образом, проблемная лекция становится источником вопросов,

обсуждающихся на проблемных семинарах (связь 1) в рамках до-

кладов студентов. Поскольку они тесно связаны с актуальным со-

стоянием окружающей техногенной среды, то при этом открывается

возможность постоянной коррекции вариативной части лекций

(связь 2). Например, из студенческого доклада в материал лекций

по теме “Дисперсные системы” была включена информация по маг-

нитным жидкостям.

Обсуждение конкретных способов практического использования

естественнонаучных знаний на семинарах зачастую ведет к во-

зникновению у студентов интереса к лабораторной реализации тех

или иных явлений. Это осуществляется в ходе выполнения учебных

проектов на занятиях студенческого химического кружка (связь 3).

В свою очередь, результаты проектов используются для развития

вариативной части лекционного курса (связь 3) и для обновления

содержания лабораторных опытов (связь 11). Например, проект по

воспроизведению ячеек Бенара позволил включить в лекции фото-

графии процесса самоорганизации, а проект по получению магнитной

жидкости позволил разработать новый лабораторный опыт.

Обновление содержания лабораторных опытов, в свою очередь,

позволяет обновить темы, обсуждаемые на проблемных семинарах

(связь 8). Например, лабораторный опыт по получению пересыщен-

ного раствора инициировал вопрос по способам получения таких

растворов. Подготовленный студентом доклад обсуждался на про-

блемном семинаре.

Описанная организационная система формировалась и получила

первичную апробацию в процессе проведения занятий по химии со

424

студентами Санкт-Петербургского государственного экономического

университета. Зафиксировано усиление интереса студентов к изуче-

нию курса химии, а также рост компетенций в области практического

использования химических знаний.

REFERENCES

Эрлих Г., 2011. Чему учить на уроках химии. Химия и жизнь, [online] Available at:

<http://libweb.anglia.ac.uk/referencing/harvard.htm> [Accessed 2 March 2014].

http://libweb.anglia.ac.uk/referencing/harvard.htm

425

WAYS AND CONDITIONS FOR THE DEVELOPMENT OF

THE PERSONALITY OF THE FUTURE TEACHER-

ESTESTVENNIKA IN THE LEVEL OF EDUCATION

Axinija E. Egorova North-Eastern Federal University M.K. Ammosova, Yakutsk, Russia

[email protected]

Abstract

This article discusses the ways and conditions of development of the personality of

the future teacher-estestvennika in the level of education

Key-words

ways, conditions future teacher-natural, level education

As you know, scientific education in high school it is important that as

the benchmark in the development of the technogenic civilization, creates

a basis for confidence in the strength of the universe. In this context, the

main objective of education in the field of natural sciences is the formation

of an adequate scientific understanding of the surrounding world, the real

role and place in it a person, a knowledgeable and takes into account in its

activities, technological, environmental and social laws and the rules of

nature, including the noosphere and society. This is determined by the fact

that in the system of higher teacher education scientific direction has

always occupied a worthy place. The formation of the modern model of the

future teacher of chemistry and the trajectory of the personal development

of the student in the tier structure of education should focus on such

elements as a) requirements of the labour market (regional) in respect of

future areas of activity; b) status and demands of society outside the sphere

of professional activity; in) needs of the individual. Question is, what's the

specifity of new teacher-estestvennika and how aspects of it in need of

reform in the structure of the level of education within the framework of

the classical University education?

As is known, the role of the engine of the system changes in the

economy and society is education. In this regard, the transition to a new

stage of development, satisfying the requirements of the innovation

economy, today's needs of society and every citizen requires a revision of

the objectives of education. Namely, the innovative nature of basic

426

education, knowledge-based, providing depth and balance of competence-

based approach, the development of alternative educational programs. This

approach implies that modern man must not so much build up knowledge

and skills, acquire the ability to independently and together with other

people to put meaningful objectives, to build a case for self-study, to search

and produce tools and solutions, that is, to become an independent,

resourceful and creative. Based on the foregoing, we consider that aspects

of that reform of teacher training-estestvennika, aimed at ensuring the

independence of the student and the build path of its development in the

context of classical University education of at least three conditions are:

1 – develop a flexible training plan based on the ideas of the modular-

kompetentnostogo approach;

2 – implementation of the idea of modular-kompetentnostogo approach

in practice;

3 – the creation of an adequate system for monitoring learning

achievement of planned results. Briefly describe the ways of implementation

of these conditions by sending 050100-pedagogical education * training

profile, "biology and chemistry". The multilevel system of universities in

the country, based on the ideology of competence-based approach to

the interpretation of the quality of the learning outcomes required substantial

restructuring of the learning process, including the development of

innovative curricula, programs, recruitment and content of subjects in

General. The main task in the selection of disciplines in this area is the fact

that the curriculum should be discipline, that form the required quality,

reflected in the FGOSe in the form of various competencies that

characterize the overall pedagogical professionalism. In this regard, the

curriculum must be discipline, that focus on the requirements of FGOSa,

such as the formation of scientific, research, propensity for creative

teaching, etc.. All this should allow future teacher-estestvenniku provide

didactic and methodological solution of different teaching situations. For

example, such disciplines could include pedagogical research methodology

and methods ". The discipline of his appointment is aimed at helping future

teachers-estestvennika ability to analyse, organize, and summarize the

results of their research through the application of research methods in

solving specific research tasks, which is an indicator of competency such as

occupational, professional, and vocational and specialized.

Further, for the formation of teachers ' professionalism major discipline

may become "scientific bases of a school subject" because this course

combines the general theory and Didactics of teaching the subject, puts the

427

theoretical apparatus of didactics in the context of the subject and forms the

theoretical basis of the constructive work of the future teacher. Essentially,

this discipline provides the normative functions of the learning theory in

relation to private methods.

The next step for the formation of the qualities that characterize the

professionalism of the future teacher-estestvennika, the role of the

fundamental disciplines, as in our case, chemistry and biology. However,

the experience of work with graduates shows that over the period of study,

students in the University is not a level of professional skills of teachers-

estestvennika, necessary to meet the challenges of the modern multi-

disciplinary schools. Knowledge of most of the University graduates

are professionally oriented, there is no complete understanding of

interdisciplinary relationships of biological and chemical sciences, studied

in the University, their role in the construction of a school course of

chemistry; not achieved the required level of knowledge and skills in the

use of existing chemical knowledge to justify the logical structure of school

courses in biology and chemistry. Most graduates do not have a clear

understanding of the objectives of the study the biology and chemistry

classrooms in various fields; not a proper understanding of the

democratization of schools and a differentiated approach to teaching

chemistry; the young teacher had difficulty in a choice of modern and

efficient technologies of teaching chemistry. The reasons for this, in our

view, lies in the fact that the principal chemical discipline in the University

are generally out of touch with school courses in biology and chemistry and

its teaching methods, pedagogy and psychology, while the teacher of

biology and chemistry to system. The latter indicates that the contents and

the study of biological and chemical disciplines in the University should

be directed to school courses in biology and chemistry and to promote

an informed understanding of students studying biological and chemical

disciplines. In this regard, when designing the curriculum and in the

selection of subjects for freshmen in our biology and chemistry profile

must be present such subjects, which show a logical connection school

curricula with ready. For example, discipline, major sections of the course

of chemistry and methods of their study, which we offer for students 1 and

2 of the course in terms of content and presentation logic improves

chemical knowledge of major sections of the school of chemistry, speaking

of "a bridge" to study high school chemistry, and at 4, when the student is

already preparing for the future of their profession, the discipline creates

scientifically-methodical competence. This discipline allows, firstly,

neutralize the different entry level chemical preparation of freshmen,

428

secondly, when considering specific topics of the course teaching of

biology and chemistry, students understand the relationship of studied

disciplines with the method of study. The development of the discipline

they learn special chemicals, i.e., substantive competence in respect of the

following important aspects of chemical knowledge: chemical terminology,

nomenclature, units of measure, chemistry; the main types of chemical

reactions; chemical analysis; the structural research methods; the different

States of matter; quantum mechanics and its application to the description

of the structure and properties of atoms and molecules; chemical kinetics

and catalysis, interpretation of t

characteristic properties of elements and their compounds, they change

depending on the position of the element in the periodic system-structure of

chemical elements and their compounds. However, the formation of

knowledge does not guarantee their application in the form professionally

significant skills and experience. Special chemical competence related to

the smart task in the field of chemistry, namely to: demonstrate knowledge

and understanding of the basic facts, concepts, principles and theories

of chemistry; apply this knowledge and understanding to address the

Professional task of qualitative and quantitative chemical nature; find and

interpret chemical information; provide scientific and practical materials

for Chemistry, orally and in writing. The second way is the realization of

the idea of modular-kompetentnostogo approach in practice-is based on

the ideology of the FGOSa. It is, above all, increased and the role of

independent work of students; the development and use of the Ballroom-

rating system in the training process; the widespread use of active and

interactive forms of employment with students; It is known that an essential

tool for the development of the student and practical training has always

been considered the optimal organization of independent work of students,

which enables you to realize the idea of the individual development of the

student, including various kinds of its activity. This approach provides

a student-oriented learning, building on the ideas of individualization and

differentiation. Student's self-study this planned training, teaching and

research, research work, carried out on behalf of and with the guidance of

the teacher. According to many researchers, this is the kind of training and

learning activities of the individual allocation of execution time students of

increasingly complex tasks. This activity is focused on student self-

organization in a content-semantic structuring of their personal time.

The goal is to acquire fundamental knowledge, professional skills and

experience profile of creative research. The development of activity and

cognitive abilities of the student, the formation of independent thinking, the

429

development of research skills, promote self-education and self-education.

Strengthen independent work means significantly increase its role in the

achievement of new educational goals, giving it the problematic nature of

motivating players and the attitude to it as a means of forming a general

cultural and professional competencies. To date, however, this problem is

addressed by researchers from the point of view of Ballroom-rating system,

the use of innovative learning technologies, the role of the teacher in the

Organization of independent work. If you go to the level of education is by

far one of the most outstanding problems is the development of an adequate

system of control, i.e., evaluation tools, aimed at checking the level of

competencies, evaluation of knowledge, skills, possessions in various

stages of training students and graduates HAVE to match (or mismatch)

their training requirements of the GEF to finalize development of the PLO.

It is known that funds assessment tools is a set of methodical and control

measurement of materials made of coupled tasks intended for the

presentation of the student in the course of determining the level of his

articulation of competencies. But this problem is still open, because the

universities themselves are trying to develop these funds, managers

involved in this issue, there is no single approach to the development of

these tools. Thus, on the one hand, the development of the personality of

the future teacher-estestvennika in the level of education, building a path

for its development in the new circumstances is essential to meet the

requirements of the new education standard in Russia, on the other hand,

the universities themselves are still with their unresolved issues. These are

just some examples that show that one of the most important tasks in the

preparation of teachers-estestvennika is working hard to improve the basic

component of pedagogical formed.

LITERATURE

Оf the Federal State educational standard of higher vocational education. 2011.

Мoscow. 26,

Matrosova, V, L. (ed.). 2011. Preparation of teachers within the educational level:

collective monograph. Moscow : MPGU, 108.

Федеральный государственный образовательный стандарт высшего

профессионального образования. 2011, Moscow, 26 с.

Матросова, В. Л. 2011. Подготовка учителя в структуре уровневого образования.

Moscow: МПГУ, 2011.-108 с.

430

PŘÍPRAVA ŽÁKŮ NA EFEKTIVNÍ JEDNÁNÍ

V KRIZOVÝCH A ZDRAVÍ OHROŽUJÍCÍCH SITUACÍCH

JAKO INTEGRUJÍCÍ PŘÍRODOVĚDNÉ TÉMA

Iva Metelková

Katedra chemie a didaktiky chemie, Pedagogická fakulta Univerzity Karlovy v Praze,

Praha, Česká republika, [email protected]

Abstrakt

Branná výchova byla dlouhou dobu součástí školních osnov. Forma výuky i obsah se

měnily pod vlivem politické situace v českých zemích. Po revoluci, konkrétně v roce

1991 po zrušení Zákona o branné výchově byla bez náhrady zrušena. Žákům tak nebyly

uceleně představovány informace o ochraně zdraví a efektivním jednání v případě vzni-

ku krizových situací. Z výsledků realizovaných výzkumů vyplývá, že učitelé vnímají po-

třebu obnovení výuky této problematiky. Její návrat zajistila kurikulární reforma, díky

které je problematika opět zařazena do vzdělávání. Nejčastěji se v této souvislosti užívá

označení Ochrana člověka za mimořádných událostí. V příspěvku jsou představeny vý-

sledky dotazníkového šetření. Jeho cílem bylo zmapovat míru povědomí žáků středních

odborných škol o problematice ochrany člověka za mimořádných událostí. Pozornost

byla soustředěna na rozdíl mezi vědomostmi žáků prvních a druhých ročníků. Závěreč-

ná část příspěvku je věnována možným způsobům řešení neuspokojivého stavu povědo-

mí žáků o tomto interdisciplinárním souboru témat.

Klíčová slova

Ochrana člověka, mimořádné události, vzdělávání, integrující téma, kutikulární reforma

Preparing Students for Effective Action in Crisis and Health

Threatening Situations as the Integrating Science Topic

Abstract

Military training has been a part of the school curriculum for a long time. Form and

content of teaching have changed under the influence of the political situation in the

Czech lands. After the revolution, namely in 1991 after the abolition of the military

training was canceled without compensation. The information about health protection

and effective action in case of emergencies weren´t so coherently presented to students..

The results of the researches show that teachers perceive the need for the resumption of

this issue in schools. The return was ensured by curriculum reform that makes the issue

again included in the education. The most often used name for this themes group is

Human Protection in Emergencies. The paper presents the results of research, which

431

took the form of a questionnaire survey and its aim was to explore the level of

awareness of secondary vocational schools students on Human Protection in

Emergencies. Attention was focused on the difference between knowledge of students of

the first and second grades of secondary vocational schools. The final part of the paper

is devoted to outlining possible solutions around the unsatisfactory state of students´

awareness about this mostly cross-curricular based set of topics.

Keywords

Civil protection, emergencies, education, integrating topic, curricular reform

ÚVOD

Civilní obrana v českém vzdělávacím systému

Pozice vzdělávání v oblasti civilní ochrany byla závislá na politické si-

tuaci v českých zemích. V poválečných obdobích ve společnosti panoval

odklon od všeho vojenského, a tudíž vzdělávání obyvatelstva v tomto smě-

ru bylo upozaděno. Tento stav byl vždy střídán strategií většího důrazu na

připravenost obyvatelstva na krizové situace. V souvislosti s tím byl vyu-

čovací předmět branná výchova střídavě zařazován do povinného vzdělá-

vání a vyčleňován z něj do oblasti mimoškolních aktivit, a to vždy na

základě nařízení příslušné vlády (podrobně viz Chlíbková, 2008).

Po roce 1989, konkrétně od školního roku 1991/1992, byla branná vý-

chova jako vyučovací předmět zrušena, svým pojetím a celkovou koncepcí

nezapadala do představ a podmínek tehdejší společnosti. Obsahově však

nebyla branná výchova adekvátně nahrazena, tudíž vzdělávání dětí a mlá-

deže v oblasti ochrany života a zdraví při mimořádných událostech nebylo

zajištěno. Odpovědí na tuto situaci byl experiment prováděný MŠMT ČR

od ledna 1994 do prosince 1995 na přibližně sedmi desítkách škol České

republiky. Cílem tohoto experimentu bylo zjistit postoje učitelů k případ-

nému opětovnému zařazení témat přibližujících ochranu člověka za mimo-

řádných událostí (OMU) do výuky. Většina učitelů, kteří se účastnili,

experimentu souhlasila s návrhem začlenit témata OMU do stávajících

předmětů – především do chemie, fyziky, zeměpisu/přírodopisu, občanské

a rodinné výchovy. Na základě toho vydalo MŠMT ČR pokyn směřovaný

k ředitelům škol, který zařazení OMU pouze doporučoval. Novela pokynu

MŠMT z roku 2003 uvádí povinnost zařazení tématu OMU alespoň v šesti

hodinách každého ročníku, na ředitelích škol je, zda formou samostatného

předmětu, nebo integrací do stávajících předmětů. Dalším krokem byly

změny v pojetí vzdělávání související s kurikulární reformou (počínaje

432

rokem 2005), témata OMU jsou formulována konkrétními očekávanými

výstupy v konkrétních vzdělávacích oblastech Rámcového vzdělávacího

programu (Martínek, 2006).

Ochrana obyvatelstva a její vzdělávání v jiných státech světa

Dostupné materiály zaměřené na vzdělávání v oblasti ochrany za mi-

mořádných událostí v zahraničí pojednávají o dalším vzdělávání profesio-

nálních příslušníků záchranných a souvisejících složek nebo o přípravě na

profesi tohoto zaměření. Výuce tohoto tématu na úrovni základních či

středních škol se příliš nevěnují. Šilhánek (2007a-d) uvádí, že podobu or-

ganizace přípravy (základního výcviku) a dalšího vzdělávání, v oblasti

ochrany obyvatel, příslušníků záchranných složek ovlivňuje kulturně -

politická historie konkrétního státu. Podrobně rozpracovaný a komplexně

pojatý systém vzdělávání je ve Švýcarsku a Slovinsku.

REALIZACE VÝZKUMU

Výzkumné šetření, jehož cílem bylo zmapovat míru povědomí v oblasti

OMU, bylo realizováno na žácích šesti náhodně vybraných středních od-

borných škol (SOŠ) v Praze. Konkrétně se jednalo o žáky vzdělávajících se

v oborech Grafický design, Textilní výtvarnictví, Obchodní akademie, Vý-

tvarné zpracování keramiky a porcelánu, Provoz a ekonomika dopravy

a Elektrotechnika. Jednalo se o anonymní dotazníkové šetření, jehož se zú-

častnili žáci navštěvující první a druhý ročník středních odborných škol. Na

základě počtu účastníků z jednotlivých ročníků (viz následující tabulku)

bylo možné porovnávat míru povědomí o OMU mezi žáky jednotlivých

ročníků.

Tabulka 1 Informace o respondentech

1. ročník 2. ročník

D CH D CH

Počet 25 75 38 78

Průměrný věk 15,5 15,8 16,7 16,8

Celkem 2191

Dívky chlapci

63 153

1 Součet jednotlivých položek chlapců a dívek nesouhlasí s uvedeným celkovým počtem. Důvodem je

nezakroužkované pohlaví třech respondentů. Zbývající položky však vyplnili, a byli proto zařazeni do

výzkumu.

433

Celkem bylo vyhodnoceno 100 dotazníků žáků prvních a 119 žáků dru-

hých ročníků.

Dotazník obsahoval různé podoby otázek. Žáci jej vyplňovali v papíro-

vé podobě. Zadán i vyhodnocen pak byl osobně autorkou výzkumu. Celý

výzkum byl koncipován tak, aby směřoval k potvrzení nebo vyvrácení

hlavní výzkumné hypotézy:

H1: „Povědomí žáků o tématu ochrany člověka za mimořádných udá-

lostí se neliší v závislosti na navštěvovaném ročníku SOŠ.“

Sběr dat probíhal v březnu 2014. Získaná data byla převedena do tabul-

ky programu Microsoft Excel, pro pokročilé statistické vyhodnocení dat

byl využit program IBM SPSS Statistics 21. Hladina významnosti pro sho-

du odpovědí žáků jednotlivých ročníků byla zvolena α = 0,95. Pokud statis-

tické vyhodnocení neprokázalo 95 % shodu odpovědí, byly považovány za

odlišné.

VÝSLEDKY

Stanovená výzkumná hypotéza byla výsledky šetření potvrzena. Odpo-

vědi žáků druhých ročníků nevykazovaly vyšší míru povědomí o problema-

tice OMU, než odpovědi žáků v prvních ročnících. Dále v textu jsou

diskutovány možné příčiny tohoto stavu, je předložen také možný návrh

řešení situace.

První položka dotazníku, „Co rozumíte pod pojmem mimořádná udá-

lost?“, byla zaměřena na prekoncepty žáků. Ti vypisovali příklady mimo-

řádných událostí vlastními slovy. Jako správné odpovědi byly vyhodnoceny

následující příklady: povodně, požáry, „když hoří škola“, teroristický útok,

havárie, chemický útok, výbuch (plynu), tornádo, válka, evakuace aj. Za

nesprávné (ale v některých případech zábavné) odpovědi bylo považováno:

„když jsem usnul ve vaně“, „dostat 1 z matematiky“, „odpadla hodina lite-

ratury“, „Barcelona porazila Real“, demonstrace, svatby, pohřby, návštěva

papeže. Zastoupení odpovědí mezi žáky jednotlivých ročníků bylo shodné.

Nebylo možné určit, zda nesprávné příklady mimořádných událostí prame-

nily z nevědomosti nebo z nedostatečné soustředěnosti žáků.

V odpovědích na druhou otázku „Byla ochrana člověka za mimo-

řádných událostí součástí vaší výuky na ZŠ?“ byla zjištěna shoda žáků.

Skutečnost, že byli na základní škole seznámeni s tématikou OMU uvedlo

106 žáků z celkových 219 žáků (48,4 %) napříč ročníky. Zbývajících 113

(51,6 %) žáků se s daným tématem na ZŠ nesetkalo. Z výsledků vyplývá,

434

že ani na základních školách není začlenění tohoto souboru témat do výuky

samozřejmostí.

Odpovědi na otázku číslo 3. „Zmiňovalo se již téma ochrany člověka za

mimořádných událostí u vás na střední škole?“ potvrdily autorkou očeká-

vaný výsledek – kladně na ni odpovědělo více žáků druhých ročníků. Tuto

část tvořilo však jen 42 % žáků, zbývajících 58 % žáků uvedlo, že ani ve

druhém ročníku se s tématem OMU ve výuce nesetkali. Z prvních ročníků

kladně na otázku odpovědělo 25 % žáků. V případě kladné odpovědi žáci

doplňovali také předmět, ve kterém se tématu OMU věnovali. Nejčastěji

byly zmiňovány humanitní předměty občanská nauka a základy společen-

ských věd, ovšem i chemie a biologie byly zastoupeny. Autorkou je toto

zastoupení obeznámených studentů považováno za nízké, vzhledem ke sku-

tečnosti, že všeobecně vzdělávací předměty, které byly ve většině uváděny

jsou zařazovány hlavně v prvních dvou letech studia na SOŠ.

V případě otázky 4. „Je podle vás informovanost v oblasti ochrany člo-

věka za mimořádných událostí důležitá?“ se odpovědi žáků pohybovaly na

škále: Ano velmi – Ano, je dobré o tom něco vědět – Nevím – Ne, podle mě

to není důležité. Výsledky ukázaly, že vědomí důležitosti orientovanosti

v tématice OMU koresponduje se zvyšujícím se ročníkem na SOŠ. Není

vyloučeno, že žáci volili přijatelnou a očekávanou (kladnou) odpověď na

tuto postojovou otázku. Detailnější rozbor žákovských myšlenkových pro-

cesů nebyl předmětem výzkumu.

Otázka číslo 5: „Proběhla již u vás na škole beseda se zástupci Hasič-

ského záchranného sboru ČR či Policie ČR na téma ochrany člověka za

mimořádných událostí?“ odkazovala na skutečnost, že žáci značnou část

informací o OMU načerpali na základní škole. Kladně odpovědělo 48 %

žáků prvních ročníků a 23 % žáků druhých ročníků, ovšem na doplňkovou

otázku „V jakém ročníku SOŠ se beseda konala?“ se poměrně často

(v 15 % odpovědí) objevovalo právě „na základní škole“. 21 % z celkových

219 žáků uvedlo, že se beseda konala během jejich docházky na SOŠ. Pro

nejednoznačnost odpovědí byla tato položka dotazníku vyřazena z rozho-

dování o potvrzení nebo vyvrácení výzkumné hypotézy.

V případě kladné odpovědi na otázku 6. „Byli jste vy sami přímým

účastníkem mimořádné události?“ žáci doplňovali, o jakou mimořádnou

událost (MU) se jednalo. Odpovědi žáků jednotlivých ročníků se statisticky

nelišily. Účastníky MU bylo 39 % žáků prvních a 41 % žáků druhých roč-

níků. V naprosté většině žáci uváděli odpovídající příklady mimořádných

událostí, kterých se zúčastnili, např. povodně, ohlášení bomby v nákupním

středisku, požár v budově školy, vloupání, výpadky v zásobování vodou

435

a elektřinou. Jako nevhodné byly posouzeny odpovědi „usnul jsem ve va-

ně“, „pohřeb Václava Havla“ či „mistrovství světa ve fotbale“. Bylo zjiště-

no, že všichni žáci, kteří se osobně účastnili správně určené MU, uvedli

vyhovující příklad také v první položce dotazníku. Osobní zkušenost má

tedy pozitivní vliv na orientovanost v problematice, což odpovídá dříve

zjištěným poznatkům (Chlíbková, 2008).

Co se týče znalosti místa, kde se mají žáci shromáždit v případě, že je

vyhlášena evakuace školy, což bylo předmětem položky č. 7, byla zjištěna

autorkou očekávaná a žádoucí tendence - žáci druhých ročníků jsou v tom-

to směru informovanější, než žáci v prvních ročnících SOŠ. Škola má za

povinnost žáky informovat o evakuačním plánu. Jsou nanejvýš vhodné do-

provodné praktické nácviky evakuace. Žáci prvních ročníků by měli být

stejně obeznámeni s místem určeným pro shromáždění v případě evakuace

školy. Pozitivní ovšem je, že informovanost má stoupající trend se zvyšují-

cím se ročníkem žáků. Starší žáci mohou být nápomocni těm mladším.

Položka číslo 8 byla formulována takto: „V následující tabulce za-

kroužkujte ANO nebo NE, podle toho, zda v uvedených situacích použijete

telefon. Pokud zakroužkujete ANO, uveďte i konkrétní telefonní číslo, na

které budete telefonovat.“ Prověřovala také schopnost praktického využití

nabytých poznatků, v tomto případě se jednalo o telefonní čísla linek tísňo-

vého volání. Jednalo se o následující situace: „Uvidíte, jak dochází ke vlou-

pání do vedlejšího domu a rozkrádání majetku.“; „Uvidíte, jak se z okna

domu valí kouř“.;“ Uslyšíte kolísavý zvuk sirény „všeobecná výstraha“.;“

Najdete zavazadlo (balíček), ke kterému se nikdo nehlásí.“; „Uvidíte cyk-

listu, jak spadl z kola a nehýbá se.“ Odpovědi žáků a jejich statistické vy-

hodnocení potvrdily výzkumnou hypotézu. Z hlediska zaměření výzkumu,

byla nejzajímavější třetí situace: „Uslyšíte kolísavý zvuk sirény „všeobecná

výstraha“. Správně, tuto situaci vyhodnotilo 86 % žáků z celkových 219.

Správnou odpovědí bylo zakroužkování možnosti NE, tedy, že v této situa-

ci nepoužijí telefon. Znalost telefonních čísel linek tísňového volání patří

k pravidelně upevňovaným, proto vysoké zastoupení celkově správných

odpovědí není z pohledu autorky překvapivé. Autorka šetření připouští, že

na vysokém podílu správných odpovědí v případě třetí situace mohl mít

zásluhu šťastný tip respondentů.

V případě položky 9 „Jste mimo školu, ale přesto se může stát, že jste

ohroženi únikem nebezpečných látek, doplňte příklady improvizovaných

prostředků, kterými si budete chránit:“ měli žáci za úkol doplnit předměty

běžně dostupné v domácnosti a části oblečení, kterými by si chránili dý-

chací cesty, oči, hlavu a celý povrch těla, v případě, že by došlo k situaci ze

436

zadání. Výsledky opět sledovaly očekávaný trend – žáci druhých ročníků

byli v odpovědích přesnější než žáci v prvních ročnících SOŠ. Často se ob-

jevující odpovědí byla plynová maska v případě ochrany dýchacích cest,

taková odpověď nebyla uznána jako správná, protože se nejedná o impro-

vizovaný prostředek. Zde je nanejvýš nutná další instruktáž, která povede

ke zpřesnění představ o improvizovaných prostředcích u žáků.

Závěrečná položka dotazníku č. 10: : „Zakroužkujte správný popis

a grafické znázornění varovného signálu „všeobecná výstraha“. Zbývající

popisy spojte čarou s příslušnými grafy a dopište, o jaké signály se jedná.“

byla jednoznačně nejobtížnější. Zcela správně tento úkol splnili jen 4 žáci

prvních ročníků a 7 žáků z druhých ročníků. Přestože předcházející položka

číslo 8 poskytovala, co se týče podoby signálu „Všeobecná výstraha“, ná-

povědu, chybně tento signál zakroužkovalo 28 % žáků prvních ročníků

a 45 % žáků z druhých ročníků. Celkově vyšší úspěšnost měli tentokrát žá-

ci prvních ročníků SOŠ. Názorem autorky je, že žáci prvních ročníků byly

v tomto případě úspěšnější díky vědomostem z předchozího základního

vzdělání.

DISKUSE A ZÁVĚR

Cílem realizovaného šetření bylo zjištění míry povědomí o problemati-

ce ochrany člověka za mimořádných událostí mezi žáky na středních od-

borných školách. Počet účastníků šetření neumožňuje globalizovat zjištěné

výsledky. Přesto je možné porovnání vědomostí mezi žáky navštěvujícími

první ročník a žáky druhých ročníků SOŠ. Šetřením a statistickým vyhod-

nocení byla potvrzena výzkumná hypotéza. Z šetření tedy vyplývá, že po-

vědomí žáků v prvních ročnících a těch ve druhých ročnících na pražských

středních odborných školách o problematice OMU se neliší. Lze z tohoto

zjištění usoudit, že střední škola nebyla v této oblasti pro žáky přínosná,

přestože jim to ukládá Rámcový vzdělávací program. Některé školy nemě-

ly témata OMU řešena ani ve svých Školních vzdělávacích programech.

Faktem je, že podmínky výzkumu neumožnily sledování žáků v prvních

ročnících a týchž žáků ve druhých ročnících, což by umožnilo utvoření

konkrétnější představy o přínosu střední školy k tématu OMU. Rozdílnost

žáků v prvních a ve druhých ročnících podpořila skutečnost, že žáci měli

odlišné vědomosti získané během základní školní docházky – což potvrdily

také odpovědi na některé položky dotazníku.

Výzkumy prováděné jak mezi studenty vysoké školy (Marádová,

2007), tak mezi učiteli základních škol (Chlíbková, 2008) dokazují nedo-

437

statečné povědomí žáků o problematice ochrany člověka za mimořádných

událostí. Mezi učiteli panuje určitá rozpolcenost, jsou si vědomi důležitosti

tématu, ovšem kvůli mezipředmětové výuce je problematice věnována

okrajová pozornost v jednotlivých předmětech. Přitom právě témata blízká

vlastnímu životu žáků jsou v podmínkách středních odborných škol nosná

a jejich prostřednictvím je možné motivovat žáky i v předmětech, k jejichž

učení se jinak motivování nejsou (Rusek, 2013).

Branná výchova v podobě známé z dob minulých již v dnešní společ-

nosti nenalezla uplatnění. Avšak informace týkající se možného nebezpečí

v případě například havárie s únikem nebezpečných látek nebo hromadné

dopravní nehody, žádoucích postupů jednání, poskytnutí první pomoci,

ochrany před následky mimořádné události a další jsou opět aktuální.

Klíčová role přírodních věd při zvyšování povědomí o tomto tématu

mezi žáky je spatřována v tom, že díky exaktním postupům a badatelskému

přístupu žákům přiblíží podstatu dějů, které mají na svědomí mimořádné

události různého charakteru, tím usnadní pochopení případného nebezpečí.

Dalším krokem bude větší efektivita navržených postupů při ochraně zdraví

nebo životního prostředí v případě, že by se sami žáci stali účastníky mi-

mořádné události. Součástí diplomové práce, v rámci které byl výzkum

prováděn, jsou i přípravy na výuku OMU ve třech tematických celcích. Ná-

zornost některých dějů probíhajících při mimořádných událostech je zajiš-

těna začleněním modelových chemických experimentů.

Pozitivně by vědomosti žáků také ovlivnila související příprava samot-

ných učitelů (podrobněji Chlíbková, 2008).

LITERATURA

Chlíbková, D. & Mazal, F. 2008. Úvaha O vzdělávání v oblasti ochrany obyvatelstva

z pohledu nejen historického. Tělesná kultura [Online], 31. Available:

http://www.telesnakultura.upol.cz/index.php/telesnakultura/issue/view/1

[Accessed 22. 3. 2014].

Marádová, E. & Hanušová, J. 2007. Zpráva o realizaci vstupní etapy projektu „Ochrana

za mimořádných událostí v učitelském vzdělávání “Pilotní studie přípravy budoucích

učitelů v oblasti ochrany člověka za mimořádných událostí. Praha: zadavatel pilot-

ního projektu MV – GŘ HZS ČR

Martínek, B. & Linhart, P. 2006. Ochrana obyvatelstva Studijní materiál k modulu E.

Available: www.hzscr.cz [Accessed 20. 2. 2014].

Rusek, M. 2013. Výzkum postojů žáků středních škol k výuce chemie na základní

škole. Ph.D. Disertační práce, Univerzita Karlova v Praze, Pedagogická fakulta.

438

Šilhánek, B. 2007a. Vzdělávání v ochraně obyvatelstva v Ruské federaci. 112 Odborný

časopis požární ochrany, integrovaného záchranného systému a ochrany obyvatelstva

[Online], 6. Available: www.mvcr.cz/casopisy/112 [Accessed 5. 7. 2014].

Šilhánek, B. 2007b. Vzdělávání v ochraně obyvatelstva ve Slovinsku. 112 Odborný



Šilhánek, B. 2007c. Vzdělávání v ochraně obyvatelstva ve Švédsku. 112 Odborný



Šilhánek, B. 2007d. Vzdělávání v ochraně obyvatelstva ve Švýcarsku. 112 Odborný



439

FOTOKATALÝZA A PROJEKTOVÁ VÝUKA FYZIKY

A CHEMIE

Vladislav Navrátil, Jindřiška Svobodová

Pedagogická fakulta Masarykovy Univerzity, Poříčí 7, 603 00 Brno


Anotace

Fotokatalýza je studována od 60. let minulého století a to zejména v Japonsku. Toto

studium začalo nejdříve problémem fotoelektrochemické konverze solární energie. Když

bylo zjištěno, že tento proces má velmi malou účinnost, byla pozornost vědců obrácena

směrem k technickému využití jevu, kterým jsou samočisticí se povrchy, fotoindukovaná

hydrofilita a některé environmentální aplikace. Poněvadž jev fotokatalýzy je typickým

interdisciplinárním problémem, může být vhodným subjektem pro projektovou výuku na

různých typech škol či univerzit.

Klíčová slova:

Projektová výuka; fotokatalýza; solární konverze; hydrofobní povrchy; hydrofilní povrchy;

polovodiče; oxid titaničitý.

Photocatalysis and Project Tuition of Physics and Chemistry

Abstract

Starting 1960s the scientific studies on photocatalysis has been prosecuted, primarily in

Japan. First steps began with photoelectrochemical solar energy conversion and

later were shifted into technical problems as self-cleaning surfaces, photoinduced

hydrophilicity and some environmental applications. Since the photocatalysis is typical

interdisciplinary problem, it can be suitable subject for project tuition at various types

of schools and universities.

Key words:

Project tuition; photocatalysis; solar conversion; self-cleaning surfaces; hydrophilicity;

semiconductors; titanium dioxide.

ÚVOD

Projektová výuka je jednou z velmi efektivních motivačních metod,

využívaných téměř na všech stupních škol nejen u nás, ale i v zahraničí.

Některé univerzity dokonce založily svůj program na projektové výuce [1].

Její velikou předností je zvýšení zájmu žáků a studentů o některé problémy


440

přírodních a humanitních věd a výsledkem je samostatná práce indi-

viduální, či kolektivní.

Způsob řešení vybraných problémů pak vede ke správnému pochopení

vědeckých metod výzkumu, k pochopení a zvládnutí potřebných mezi-

předmětových vztahů a v neposlední řadě i ke zvládnutí prezentačních

schopností a návyků (závěrečná práce v klasické či elektronické podobě,

e-learning, apod.).

Řešený problém si mohou studenti vybrat sami, ale vhodnější je výběr

z určité množiny problémů, sestavených sborem zkušených pedagogů.

Příkladem takového projektu může být projekt, založený na jevu foto-

katalýzy. V tomto případě se totiž jedná o problém typicky interdisci-

plinární (chemie, fyzika, biologie), jehož praktické výstupy jsou velmi

významné užitečné a v současné době již v praxi využívané (samočistící se

povrchy, antibakteriální a antivirové povrchy, nezamlžující se povrchy,

fotokatalytické čištění vzduchu a vody a snad i možnost léčení rakoviny).

Další výhodou tohoto projektu je jeho rozsáhlost: od teorie a praxe povr-

chového na napětí a povrchové energie, přes chemickou katalýzu, až

k samotné fotosyntéze, fotokatalýze a teorii polovodičů. Student si pak

může vybrat k podrobnějšímu řešení pouze některý z dílčích problémů.

Cílem naší práce je návrh a stručný popis projektu „Fotokatalýza“ tak,

aby jej bylo možno přizpůsobit možnostem střední či vysoké školy.

OBJEV FOTOKATALÝZY

Slovo fotokatalýza je složeno ze dvou slov: foto = světlo a katalýza =

= proces, který je charakterizován tím, že látka, známá jako katalyzátor

usnadňuje rychlost reakce. Je třeba dodat, že fotokatalýza probíhá na povr-

chu polovodičů.

Rozvoj fotokatalýzy je spojen zejména se jménem japonského pro-

fesora Fujishimy, který v roce 1967 ještě jako postgraduální student ob-

jevil následující jev: do vodného roztoku umístil titanovou a platinovou

elektrodu a celou soustavu osvětlil silným světlem [2]. Pozoroval, že na

obou elektrodách se objevují bublinky plynu (později bylo zjištěno, že na

titanové elektrodě se vyvíjí kyslík a na platině vodík). Tento jev, označený

jako „Honda – Fujishimův jev“ (H – F jev) byl zprvu přijat s nedůvěrou,

441

kterou částečně podporovala i malá účinnost energetické konverze (0,3%).

Jako zdroj energie tento jev bude zřejmě zatím nepoužitelný, ovšem velmi

brzy po objevu byly nalezeny oblasti, v nichž lze H – F jev s úspěchem

využít. Zasloužili se o to kromě prof. Fujishimy zejména Dr. Hashimoto

a Dr. Watanabe (rozklad nečistot, antibakteriální účinky, atd. – viz další

části článku). Přehled všech možností je uveden v [3, 4].

MECHANISMUS FOTOKATALÝZY

Již jsme uvedli, že fotokatalýza probíhá na povrchu polovodiče. Polo-

vodič se svým složením a fyzikálními vlastnostmi nejvíce blíží izolátorům.

Obvykle jsou jako polovodiče označovány látky s pásem zakázaných ener-

gií nižším, než 3,2 eV. Je – li uvedený pás širší, hovoříme o izolátoru [5].

Z různých elementárních polovodičů a jiných látek s polovodivými vlast-

nostmi se pro fotokatalýzu nejlépe hodí oxid titaničitý TiO2. Ozáříme – li

polovodič světlem, jehož kvanta mají energii vyšší, než je šířka zakáza-

ného pásu energií, dojde v něm ke vzniku páru díra – elektron (elektron ve

vodivostním, díra ve valenčním pásu). Pokud nějaký vhodný akceptor

nezachytí tyto defekty, dojde během několika nanosekund k jejich rekom-

binaci. V opačném případě se ukazuje, že díry (h+) ve valenčním pásu pů-

sobí jako oxidanty a elektrony (e-) ve vodivostním pásu jako resultanty. Na

povrchu polovodiče tedy současně probíhají dvě reakce, jichž se účastní

látky zde adsorbované [6]. (Obr. 1.).

OXID TITANIČITÝ

Již bylo uvedeno, že oxid titaničitý se zatím jeví jako nejvhodnější

polovodič pro fotokatalýzu. V Tab.1. jsou uvedeny některé další oxidy

s polovodivými vlastnostmi, které by též mohly sloužit k fotokatalytickým

účelům (mají vhodnou šířku pásu zakázaných energií ∆E). Všechny však

buď snadno podléhají korozi, nebo jsou chemicky nestabilní [7]. Dále po-

drobněji uvedeme základní vlastnosti TiO2, jako zatím nejslibnějšího

oxidu, vhodného pro fotokatalýzu. K pozitivním vlastnostem oxidu ti-

taničitého patří zejména jeho fotostabilita, korozivzdornost, netoxicita,

vysoká fotokatalytická aktivita a cenová dostupnost. Podobně výjimečné

mechanické vlastnosti má ostatně i čistý titan v kovové formě (korozivz-

dornost, nízká hustota, vysoká pevnost a snášenlivost s lidskou tkání).

Přestože je po hliníku a železe nejrozšířenějším kovem v Zemské kůře, je

442

v ní bohužel značně rozptýlen a téměř netvoří ložiska. Proto je čistý ko-

vový titan zatím poměrně drahý.

Oxid titaničitý se v přírodě nachází ve třech modifikacích jako anatas,

rutil a brookit. Anatas má strukturu tetragonální za nízkých teplot, rutil má

tutéž strukturu za vysokých teplot. Brookit má strukturu ortorombickou.

Nejvhodnější fotokatalytické vlastnosti má TiO2 ve struktuře anatasu. Je

tomu tak proto, že šířka pásu zakázaných energií je pro anatas 3,23 eV, což

odpovídá UV záření o vlnové délce 388 nm, zatímco pro rutil je šířka

zakázaného pásu energií 3,02 eV a tomu odpovídající vlnová délka UV

záření je 413 nm. Elektrony, vzniklé v anatasu mají tedy větší redukční

schopnost než elektrony v rutilu (mají vyšší energii).

Obr.1: Princip fotokatalýzy [4]

Co se týká struktury, užívá se pro fotokatalytické účely oxid titaničitý

ve dvou formách – ve formě suspenze bílého prášku a ve formě tenké

443

vrstvy, nanesené na substrátu (např. na skle). Efektivita fotokatalýzy na

tenké vrstvě je sice nižší, ale má lepší praktické využití, jak později zdů-

vodníme. Příprava fotoaktivních vrstev je v podstatě dvojí:

- chemický způsob (tzv. metoda sol – gel) [7]

- fyzikální způsob (např. v nízkoteplotním plazmatu) [8]

Tab. 1.

ZDROJE ZÁŘENÍ

Z předcházejícího výkladu je jasné, že nejvhodnějším světlem pro

fotokatalýzu bude UV záření v rozmezí vlnových délek 100 – 400 nm.

Podrobnější dělení je UV – C (200 – 280 nm), UV – B (280 – 315 nm)

a UV – A (315 – 400 nm). Zdroji takového záření mohou být kromě Slunce

např. rtuťové výbojky nízkotlaké a vysokotlaké, xenonové vysokotlaké

výbojky, sodíkové výbojky a některé další speciální zdroje [5].

VYUŽITÍ FOTOKATALÝZY

Poněvadž účinnost procesu fotokatalýzy vody je po ozáření viditelným

světlem pouze asi 0,3 %, je využití tohoto procesu pro energetické účely

zatím neefektivní. Poměrně rychle však bylo nalezeno několik oblastí

využití tohoto jevu a další možnosti nejsou ještě vyčerpány. Uveďme ale-

spoň některé z nich (viz Obr. 2).

Polovodič

E (eV)

ZnO 3,2

ZnS 3,6

-Fe2O3 3,1

WO3 2,8

SrTiO3 3,2

444

Obr. 2. Stručný přehled využití fotokatalýzy v technické a environmentální praxi. [4]

Ničení mikrobů a virů

Již jsme uvedli, že na povrchu TiO2 může po ozáření UV světlem dojít

k rozkladu organických látek. Těmito látkami mohou být nejen ropné pro-

dukty, tabákový dehet, ale i živé organické látky, jako jsou bakterie, viry,

houby a plísně. Tak například je známo, že v nemocnicích se rozmnožují

patogenní bakterie, odolné proti většině běžných antibiotik (např. Staphy-

lococus aureus). Tyto bakterie napadají zejména méně odolné a přestárlé

pacienty. Proti mikrobům a virům byly vyvinuty oxidem titaničitým pok-

ryté antimikrobiální dlaždice [4].

Praxe výroby těchto dlaždic je následující: na glazovanou dlaždici je

nastříkána suspenze, obsahující jemný oxid titaničitý a poté vypálena při

teplotě kolem 800 0C, takže dojde ke vzniku tenké vrstvičky TiO2

o tloušťce řádu mikrometrů. Trvanlivost takové vrstvičky je cca 10 let.

Protože dlaždice, nacházející se v přítmí by neplnily svoji funkci, zdokona-

lili vědci technologii výroby dlaždic přídavkem kladně nabitých iontů

stříbra či mědi. Roztok soli jednoho z těchto kovů se nastříká na povrch

dlaždice s TiO2 a po ozáření UV světlem se velmi malé částice kovu pevně

uchytí na povrchu dlaždic. Fotokatalytická metoda uchycení atomů Ag či

Cu na povrchu má výhodu oproti klasické metodě, ve které jsou kovy

přimíchány do glazury a poté vypáleny v tom, že hustota atomů kovů na

povrchu je mnohem vyšší (atomy uvnitř glazury se chemických reakcí po-

chopitelně neúčastní – Obr. 3.). Zajímavým experimentálním faktem je, že

fotokatalytické antibakteriální dlaždice mají velmi slibnou trvanlivost.

445

Při praktickém testování účinnosti této metody ve srovnání s klasickou

chemickou dezinfekcí bylo zjištěno, že množství bakterií na fotokata-

lytických dlaždicích kleslo na nulu, zatímco po chemické dezinfekci vždy

nějaké bakterie přežívají [3].

Fotokatalytické antibakteriální dlaždice jsou ideálním obkladem do

sprch a na toalety. Bylo například zjištěno, že tvorba nepříjemně pách-

noucího amoniaku na veřejných záchodcích poklesla trvale na 5x nižší

hodnotu.

Obr. 3. Fotoelektrické antibakteriální dlaždice [4]

Samočisticí stavební materiály

Stěny budov, obložené kachlemi po čase ztrácejí svůj lesk a je potřeba

je nákladně čistit. Usazeniny na stěnách jsou převážně organického původu

a ukazuje se, že při použití fotokatalytických dlaždic je nutnost čištění nes-

rovnatelně nižší. Podobně jako na toaletách lze využít tyto dlaždice i v ku-

chyni, neboť kuchyňská odpadní voda obsahuje zejména organický odpad

(Obr. 4).

Fotokatalytický účinek tenké vrstvy TiO2 pozorujeme i na křemenném

skle, kde je deponován. Na běžném sodnovápenatém skle je fotokata-

lytický účinek TiO2 velmi slabý. Zprvu byla jistým technickým problémem

průhlednost vrstvičky TiO2, ale i ten se podařilo vyřešit. [4] Samočisticí se

446

sklo se již využívá například u lamp, osvětlujících tunely, kde je čištění

obzvláště obtížné. Oxidem titaničitým lze pokrýt i některé tvrdé organické

látky (např. tarpaulin) a jeho funkce je stejná, jako v předcházejících

případech (možnost využití např. v automobilovém průmyslu).

Obr. 4. Samočisticí stavební materiály [6]

447

Obr. 5. K objasnění hydrofilnosti materiálů. [4]

Superhydrofilnost

Hydrofobní materiály se vyznačují tím, že kapičky vody na nich mají

velký kontaktní úhel (sklo 200, plasty 800). Naopak hydrofilní ma-

teriály vykazují tento úhel velmi malý.

Tenká vrstva, tvořená TiO2 vykazuje velikost tohoto úhlu několik

desítek stupňů. Osvětlíme – li jej však UV světlem, úhel se zmenší až té-

měř na nulu (kapičky se rozplynou). V tomto případě se jedná o tzv. super-

hydrofilní stav, který takovým zůstává až dva dny, i když není vystaven

UV paprskům. Potom se kontaktní úhel začíná zvětšovat a povrch se stane

opět hydrofobním. Další ozáření UV paprsky opět nastolí superhydrofilní

stav (Obr. 5)

Využití tohoto jevu se přímo nabízí tam, kde nám vodní zamlžení ně-

jakého objektu (zpětných zrcátek a čelních skel automobilů, zrcadel v kou-

pelnách, apod.).

Fotokatalytické čistění vzduchu

Zvláštností fotokatalytické reakce na povrchu TiO2 je skutečnost, že

energie, která je k dispozici pro chemické děje, odpovídá vnitřní energii při

teplotě 30 000 °C (ovšem ve velmi malém prostoru řádu rozměrů atomů až

molekul, takže povrch TiO2 se na tuto teplotu neohřeje). Při takové teplotě

dochází k okamžitému rozkladu organických látek na CO2 a H2O. V knize

[4] je uvedena velmi názorná analogie, která tento děj přirovnává k od-

hození hořící zápalky do plaveckého bazénu. Oheň se uhasí okamžitě, ale

448

teplota vody v bazénu se nezvýší. Pokud je ale v místě kontaktu např.

komár, okamžitě shoří (komár = organická molekula). Protože fotokatalýza

je proces kontinuální, je třeba tuto analogii doplnit představou, že zápalka

stále hoří a pohybuje se po povrchu vody (fosforové zápalky tuto vlastnost

mají), dokud na komára nenarazí. Spálí ho, ale nezhasne a pohybuje se

dále.

Fotokatalytické čistění vzduchu je technicky nejvíce použitelné tam,

kde se jedná o nízké koncentrace nepříjemně zapáchajících látek ve

vzduchu (acetaldehyd, merkaptan, apod.). Vzduch ve velkoměstech bývá

zatížen velkým množstvím škodlivých plynů, jako je např. SO2, NO2, NO,

apod., pocházejících zejména z automobilových motorů, elektráren a te-

pláren. Tyto plyny mohou být rozloženy pomocí TiO2 , umístěného např.

na stěnách budov ve městech. Při takovém rozkladu však vznikají některé

škodlivé produkty, jako je slabá kyselina sírová a dusičná. V tomto případě

je řešení jednoduché – fotokatalyticky působící plochy jsou umístěny

venku na stěnách a střechách budov a vzniklé produkty jsou spláchnuty

deštěm.

ZÁVĚR

Předložená práce si klade za cíl podnítit a motivovat studenty středních

a vysokých škol ke studiu přírodních věd v čele s fyzikou a chemií. Jsou

zde uvedeny základní principy fotokatalýzy, která se jeví jako velmi slibná

metoda s významnými technickými a environmentálními aplikacemi.

K pochopení základních principů fotokatalýzy jsou potřebné alespoň stře-

doškolské znalosti fyziky a chemie. Zájemce o projektovou výuku z této

oblasti si může vybrat i některé dílčí problémy, související s fotokatalýzou

(chemická katalýza, povrchové napětí, povrchová energie, fyzika polo-

vodičů, apod.). Široký výběr má zájemce i v oblasti vlastní fotokatalýzy –

využití v průmyslu, environmentalistice, léčení rakoviny, podobnost foto-

katalýzy s fotosyntézou, atd.

PODĚKOVÁNÍ

Příspěvek byl napsán v rámci řešení operačního programu Vzdělávání pro konku-

rence-schopnost: Moduly jako prostředek inovace v integraci výuky moderní fyziky

a chemie, Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/28.0182

449

LITERATURA

1. Navrátil, V., Soldán, M. 1992. Univerzita v Roskilde – experiment ve vzdělávání.

Chemický občasník, PAIDO Brno, PdFMU, 6.

2. Fujishima, A, Honda, K. 1972. Electrochemical photolysis of water at

a semiconductor electrode. Nature 238 (1972) 37-38.

3. Fujishima, A., Rao, T.N., Tryk, D.A., 2000. Titanium dioxide photocatalysis. Journ.

of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 11-21.

4. Fujishima, A., Hashimoto, K., Watanabe, T., 2002. TiO2 Fotokatalýza, základy

a aplikace. Silikátový svaz, Praha.

5. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., 2002. Fyzika. Vutium Brno, Prometheus.

6. Hashimoto, K., Irie, H., Fujishima, A., 2005. TiO2 Photocatalysis: A Historical

Overwiew and Future Prospects. Japanese Journal of Applied Physics. Vol. 44,

No 12, 8269 – 8285.

7. Veselá, M., 2009. Fotokatalytická aktivita tištěných vrstev oxidu titaničitého .

Diplomová práce, VUT Brno, Fakulta chemická.

8. Hošek, T., 2008. Využití bariérových výbojů při přípravě foto-katalytických TiO2

vrstev. Bakalářská práce, MU Brno.

450

ENVIRONMENTÁLNĚ POJATÉ ŠKOLNÍ

CHEMICKÉ EXPERIMENTY

Renata Šulcová, Zuzana Hegrová

Příodovědecká fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Česká republika


Abstrakt

Téma environmentální chemické experimenty je značně interdisciplinární, zasahující

i do jiných vzdělávacích oblastí a oborů, než pouze do chemie. V příspěvku je zmíněna

situace environmentálního vzdělávání v našich základních i středních školách v oblasti

zastoupení vybraných environmentálních témat i experimentů, které se vyskytují v učeb-

nicích. Pro porozumění problematice byl vytvořen zásobník námětů na environmentální

experimenty a k tomu další učební materiály na podporu environmentální výuky chemie.

Experimenty demonstrují princip, vznik, původ i řešení různých environmentálních pro-

blémů. Součástí materiálů jsou i pracovní listy s různými typy otázek, doplňovaček, úko-

lů, práce s textem, vyhledávání informací apod. Hlavním cílem všech materiálů je

zároveň vytvořit kladný vztah k dějům, které vnímáme kolem nás v přírodě.

Klíčová slova

Environmentální chemické experimenty. Učební materiály. Environmentální vzdělávání.

Environmentally Focused School Chemical Experiments

Abstract

The theme of environmental chemical experiments is very interdisciplinary and extends

into other educational areas and disciplines than only into chemistry. The paper

mentions the situation of environmental education in grammar and secondary schools

according to the representation of environmental topics and experiments that appear in

textbooks. For a better understanding of problems we have created the reservoir of

suggestions for environmental experiments and other educational materials to support

teaching and learning of environmental chemistry. Presented experiments can

demonstrate the principles, origin, formation, prevention or solutions of various

environmental problems. As a part of the learning materials there are worksheets with

different types of questions, tasks, work with text, information, etc. The main aim of

materials is to create positive relationship with processes which you can see in nature.

Keywords

Environmental chemistry experiments. Learning materials and worksheets. Environmental

Education.

451

ÚVOD DO PROBLEMATIKY - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Recyklace odpadů, skleníkový efekt, globální oteplování, nedostatek pitné a užitkové vody, znečištění oceánů a moří, neobnovitelné energetické zdroje, nedostatek kyslíku a mnohé další pojmy spojené s ekologickými problémy slýcháme dnes a denně. Jsou to věci opodstatněné. Například bě-hem 20. století vzrostl počet lidí na Zemi čtyřikrát, spotřeba energie však za stejné období vzrostla šestnáctkrát. Fosilní paliva pomalu docházejí. Vědci se domnívají, že světové zásoby ropy dojdou při zachování současné spotřeby pravděpodobně ještě za našeho života, zásoby zemního plynu za života našich dětí a zásoby uhlí za života našich vnuků (Sečková, Ganajo-vá, 2012). Ani jaderná energie, která má navíc ještě hodně odpůrců, není věčná. Zásoby uranu dojdou přibližně za 200 let. A co dál? Dalším příkla-dem mohou být deštné pralesy: ještě v polovině 20. století byl Amazonský prales, významný producent kyslíku, prakticky nedotčen, dnes již jedna třetina amazonského pralesa zmizela z povrchu zemského. Otázkou je, jak může člověk jako jedinec přispět svým dílem alespoň k částečným řešením některých těchto problémů? Je důležité si uvědomit, že mezi hlavní příčiny vedoucí k ekologickému poškozování životního prostředí, patří bezohledný přístup člověka k využívání přírody a jeho odborné nevědomosti. V minu-lých stoletích (hlavně ve 20. století) vyrobili lidé mnoho látek a produktů, které se v přírodě nevyskytují. Vlastnosti těchto látek je možné využít, ale i zneužít. Syntetické látky mohou vykazovat vynikající vlastnosti, ale po mnoha letech mohou jejich přeměny ohrožovat a poškozovat životní pro-středí. Za ekologickými problémy stojí samotný člověk a jeho hospodaření s přírodou (Hegrová, 2013).

V posledních desetiletích dochází k obrovskému pokroku - zlepšuje se spolupráce přírodovědných oborů, díky internetu funguje lepší informova-nost, jsou zpřísněny zákonné normy a vymezeny limity škodlivin. Chemic-ký výzkum se stále více zaměřuje na ochranu životního prostředí, hledání účinných léčiv, náhradu škodlivých látek méně škodlivými, na málo odpa-dové a energeticky méně náročné výrobní postupy, recyklaci odpadů a no-vé materiály (Novotný et al., 1998). Vzdělání je základním předpokladem při řešení problémů životního prostředí, které dává záruku zachování života na Zemi. Je třeba si uvědomit, jak je důležité s environmentální výchovou začít u dětí, a to nejen v rodinném prostředí, ale i ve škole. Právě u dětí školního a dorosteneckého věku je potřeba vytvářet návyky „ekologického chování“ a to nejen pro to, aby samy přispěly k řešení ekologických pro-blémů, ale zároveň i proto, aby své chování k přírodě předaly další genera-ci, aby si lidé v dnešní technické době uvědomili důležitost zachování rovnováhy mezi přírodou a lidskou činností.

452

ENVIRONMENTÁLNÍ VÝCHOVA VE ŠKOLNÍM VZDĚLÁVÁNÍ

Kurikulární reforma vzdělávacího systému, která proběhla v minulém

desetiletí, přinesla pro všechny vzdělávací úrovně rámcové vzdělávací pro-

gramy. Podle této normy v oblasti základního i středního vzdělávání jsou

školy povinny zařadit do svých školních vzdělávacích programů průřezová

témata, mezi nimiž je Environmentální výchova (RVP ZV a RVP G, 2007).

Pro základní vzdělání je tato výchova rozdělena do čtyř okruhů – Ekosys-

témy, Základní podmínky života, Lidské aktivity a problémy životního pro-

středí a Vztah člověka k prostředí; pro gymnaziální vzdělání obsahuje

Environmentální výchova (EV) tři okruhy: Problematika vztahů organismů

a prostředí, Člověk a životní prostředí, Životní prostředí regionu a České

republiky (RVP G, 2007). Ekologická výchova však ve školách fungovala

i před zavedením RVP: první snahy o povědomí ekologické výchovy

v rámci zlepšení stavu životního prostředí byly v oblasti školství již v 90.

letech jednou z nejvyšších vládních priorit. V tuto dobu vznikl státní pro-

gram Environmentální vzdělávání, výchova a osvěta (EVVO), na jehož

principech je vystavěna současná environmentální výuka. Její pojetí lze

charakterizovat např. takto: „Environmentální výchova vychází z komplex-

ních vztahů člověka a jeho životního prostředí. Při realizaci by si žáci měli

postupně uvědomovat význam svého vlastního jednání pro udržitelnost

rozvoje naší civilizace a aktivně v tomto směru ovlivňovat i své okolí“

(Horká, 2009). Autorka uvádí též předpoklady pro plnění cílů environmen-

tální výchovy, jimiž jsou: šetrnost, úspornost, racionální postoj ke spotřebě,

odpovědný vztah k přírodě a životnímu prostředí ve smyslu prevence, ale

i být odpovědný k vlastnímu zdraví, v neposlední řadě směřovat v obecném

smyslu k řešení globálních problémů lidstva (Horká, 2009). Hlavními insti-

tucemi, které se podílejí na realizaci ekologické a environmentální výuky,

jsou jednak školská zařízení a jednak střediska ekologické výchovy, která

zajišťují řadu aktivit po celé republice pod záštitou Sdružení středisek eko-

logické výchovy - SSEV Pavučina a Sdružení Tereza, zaštiťující program

Ekoškola.

VÝZNAM CHEMIE V ENVIRONMENTÁLNÍ VÝCHOVĚ

Ve školní chemii se prvky environmentálního vzdělávání implementují

již při seznamování žáků s vlastnostmi, výrobou a praktickým využíváním

chemických látek využívaných v průmyslu, zemědělství, dopravě i v kaž-

dodenním životě. Prostřednictvím chemie se žáci seznamují s možnostmi

správného užívaní chemických látek, nakládání s nimi i s jejich likvidací

respektující ekologické principy. To předpokládá, aby chemické látky byly

453

poznány nejen z hlediska jejich využitelnosti v praxi, ale i z hlediska jejich

účinků na živé organismy. Současně je důležité poznat principy chemické

analýzy jednotlivých složek prostředí, jejich účinné ochrany před škodli-

vými látkami s možnostmi odstranění (Lechová a kol., 2013). Prostřed-

nictvím vyučovacího předmětu chemie lze zdůraznit v poměrně velkém

objemu učiva vliv lidských aktivit na životní prostředí: 1. vliv antropogen-

ních chemických látek přítomných v ovzduší, vodě a půdě na zdraví člově-

ka (oxidy dusíku, síry, pesticidy), 2. vliv chemických látek v potravinách

a znečištění ovzduší na lidské zdraví (konzervanty, aditiva…, kouření);

3. dopad antropogenních chemických látek znečišťujících vodu, ovzduší,

půdu na ekosystémy (fosfáty, hnojiva, těžké kovy, pesticidy, syntetické ma-

teriály); 4. Technologie, směřující ke snížení či zamezení pronikání che-

mických látek do životního prostředí (alternativní zdroje energií, recyklace

odpadů, úprava paliv…); 5. ekologické havárie (Součková, 2007). Během

základního i středního vzdělávání v předmětu chemie lze téměř na každém

kroku narazit na problémy či otázky související s příčinami či důsledky

ekologických jevů, katastrof i zacházení se surovinami (šetrného a rozum-

ného?), s obnovováním zdrojů či zodpovědností za neznečišťování přírody.

Je potom na každém učiteli chemie, jak citlivě dokáže problematiku svým

žákům předložit, vést je při hledání řešení a odpovědí a vychovávat je

k racionálnímu postoji, ekologickému přesvědčení a úctě k prostředí pro

život. Vypěstovat takovéto návyky a dovednosti v myslích žáků stojí učite-

le mnoho práce, času a úsilí a obnáší to celou řadu důvtipného pedagogic-

kého umění, úsilí, taktu a tolerance. Nemalou měrou se na úspěchu podílí

i dobře volená motivace, vhodná metodika, umění aktivně využít do-

vedností žáků při řešení problémů v rámci školní i nadstandardní výuky

(Šulcová, 2007). Hledání efektivních cest pro realizaci environmentální

výchovy ve vyučování vychází z myšlenky integrace environmentálního

vzdělání a výchovy do ostatních etablovaných předmětů. V mnohých ze-

mích (např. v Anglii, Itálii, Norsku, Irsku, částečně v Polsku či některých

státech USA) nejsou přírodovědné disciplíny (biologie, chemie, fyzika, ge-

ologie, ekologie) rozděleny do zvláštních předmětů, ale jsou vyučovány

jako jeden celek pod různými názvy, např. Science, často až do vyšších

ročníků středních škol. U nás běžně probíhá takto integrovaná přírodověd-

ná výuka na prvním stupni základní školy jako Prvouka a Přírodověda, od

6. ročníků jsou zpravidla již jednotlivé vyučovací předměty separovány

v souladu s ŠVP škol. Z výsledků mezinárodních šetření (PISA, TIMMS)

opakovaně vyplývá, že integrovaná výuka přírodovědných předmětů pod-

poruje hlavně individuální a logické myšlení žáků, avšak ukazuje na menší

úspěšnost v řešení úkolů při ověřování vědomostí. Nelze jednoznačně shr-

454

nout, zda je integrovaná výuka přírodovědných předmětů výhodnější než

separovaná výuka. Jednoznačně ale přispívá k odstranění encyklopedičnos-

ti a nepropojenosti poznatků z přírodovědných předmětů (Kudrnová, Šul-

cová 2012).

Pro vzbuzení většího zájmu našich žáků o environmentální výuku v ho-

dinách chemie je vhodné využívat všech aktivizačních metod a forem práce

– diskusí, práce skupinové a kooperativní, badatelského řešení projektů,

zařazení exkurzí a pokud možno, uskutečňovat chemické experimenty.

„Zvýšení zájmu u žáků o životní prostředí a jeho ochranu vede přes expe-

riment.“ (Lichvárová, 2001). Chemický experiment má nejen velmi vy-

sokou vzdělávací hodnotu, ale má i vysokou motivační funkci. Školní

chemický experiment je dominantní vyučovací pomůckou, která má infor-

mativní, formativní, motivační, osvojovací, upevňovací a kontrolní funkci.

Prostřednictvím experimentů žáci mohou ověřovat pravdivost svých úsud-

ků, hypotéz, teorie a chemických zákonů (Čtrnáctová, Halbych, 1997) Ab-

sence pokusů naopak zabraňuje všeobecnému rozvoji a zájmu o chemii.

Abychom orientačně zjistili zapracování ekologických témat v chemii

včetně námětů na vhodné experimenty, provedli jsme v roce 2013 analýzu

vybraných učebnic chemie (Hegrová, 2013). Z této analýzy vyplynulo, že

nejvíce se environmentální tematikou zabývají učebnice pro ZŠ vydané po

roce 2006, avšak velmi dobře byla problematika pokryta též v učebnicích

Základy chemie z let 1993-1995. V učebnicích chemie pro ZŠ bylo obsa-

ženo průměrně 15 pokusů zaměřených částečně ekologicky. S ohledem na

tuto analýzu jsme se rozhodly vytvořit učební materiály (pracovní listy

s náměty na ekologické laboratorní experimenty) spojené s „environmen-

tálním myšlením a chováním“ pro žáky základních škol a gymnázií, které

by měly pomoci učitelům chemie při integraci environmentální výuky (He-

grová, 2013).

MATERIÁLY PRO ENVIRONMENTÁLNÍ VÝCHOVU V CHEMII

Pro podporu environmentální výuky v chemii vznikl zásobník pracov-

ních listů se začleněním neotřelých ekologicky laděných experimentů, které

lze provádět nejen ve školní laboratoři, ale i v přírodě či doma. Tyto listy

lze využít např. k realizaci badatelské výuky, neboť na zkoumaných jevech

a experimentech lze demonstrovat princip, vznik, původ i řešení různých

environmentálních problémů. V pracovních listech jsou různé typy úkolů,

otázek, doplňovaček, práce s textem, vyhledávání informací apod. Hlavním

cílem materiálů je zároveň vytvořit kladný vztah k dějům, které vnímáme

kolem nás v přírodě. Pro přehled v následující tabulce č. 1 uvádíme názvy

455

25 neotřelých školních chemických experimentů a seznam jim odpovídají-

cích environmentálních témat, začleněných do tematických okruhů podle

mezinárodního programu ESF Ekoškola, který je u nás koordinován Sdru-

žením Tereza (www.ekoskola.cz, online, 2006 - 2015). Pro úplnost je v po-

sledním sloupci tabulky uveden ještě okruh průřezového tématu podle RVP

ZV1 nebo RVP G

2.

Tabulka 1: Environmentální témata a experimenty a jejich kurikulární začlenění

Názvy experimentů Environmentální

témata

Téma

ekoškoly

Začlenění dle

RVP ZV1 a G

2

1. Limonáda pitná voda

složení potravin

Voda

Základní

podmínky

života1

Vztah člověka

k prostředí1

Člověk a ŽP2

ŽP regionu a ČR2

2. Tvrdá voda

3. Miničistička

pitná voda

čištění vod

4. Účinnost tvrdé vody

5. Detergent

úprava vod

detergenty

6. Obnovitelné zdroje

energie

energie z fosilních

paliv

vyčerpání fosilních

paliv

Energie

Lidské aktivity1

Vztah člověka

k ŽP1

Člověk a ŽP2

Vztah

organismů

a životního

prostředí2

7. Vodní energie vodní energie

8. Mořské proudy příbojová energie

9. Sluneční energie I sluneční energie

10. Sluneční energie II sluneční energie

11. Větrná energie větrná energie

12. Silice péče o prostředí školy Prostředí

školy

ŽP regionu

a ČR2

13. Analýza plastických

hmot proč recyklovat

Odpady

Lidské aktivity

a problémy ŽP1

Životní

prostředí

regionu a ČR2

14. Ruční papír

vlastnoručně jak recyklovat

15. Recyklace

16. Přírodní indikátor

17. Živočišné uhlí vs.

CocaCola

složení potravin Šetrný

spotřebitel

Lidské aktivity

a problémy ŽP1

Člověk a ŽP2

18. Umělý kuřák kouření a návykové

látky

19. Smog v láhvi

20. Jak vzniká teplotní

inverze

ozónová vrstva, freony

výfukové plyny Doprava

Lidské aktivity1

Člověk a ŽP2

21. Skleníkový efekt skleníkové plyny

a efekt

Klimatické

změny

Ekosystémy1

Člověk a ŽP2

456

22. Acidifikace vody

a půdy kyselé deště

23. Biomasa

24. Vliv SO2 na rostliny

25. Energosádrovec

genetické inženýrství

zemědělství

fotosyntéza

Biodiverzita

Ekosystémy1

Lidské aktivity1

Vztah

organismů a živ.

prostředí2

ZÁVĚR

Školám pomáhají s environmentální výchovou ekologická střediska

rozmístěná po celé republice. Nejznámějším z ekologických center je Sdru-

žení Tereza, mezi jehož nejrozšířenější programy patří Ekoškola. Také

z těchto důvodů byly vybrané naše pracovní listy s environmentálními ex-

perimenty ověřovány u žáků (14 – 15 let) z Ekoškoly v Liberci. Žáci pra-

covali ve skupinách pod odborným dohledem učitele chemie, postupně

zvládli všechny části pracovních listů včetně pokusů, i jejich ohlasy na od-

vedenou práci byly velice pozitivní. Lze tedy předpokládat, že environmen-

tální tematika a tomu odpovídající experimenty dokážou žáky nejen

zaujmout, ale snad i ovlivnit jejich vstřícný postoj jak k přírodním vědám,

tak i vztah k přírodě a dějům kolem nás.

PODĚKOVÁNÍ

Tento příspěvek vznikl na základě institucionální podpory rozvoje vědy na Univer-

zitě Karlově v Praze, v rámci Programu rozvoje vědních oblastí na Univerzitě Karlově –

PRVOUK P42.

LITERATURA

Čtrnáctová, H., Halbych, J., 1997. Didaktika a technika chemických pokusů. Praha:

Karolinum.

Hegrová, Z., 2013. Chemické experimenty pro ekoškoly. (Diplomová práce). Praha: UK

PřF.

Horká, H. et al., 2009. Studie ze školní pedagogiky. Brno: Masarykova univerzita.

Kolektiv MŠMT, 2007. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání. Praha:

VÚP.

Kolektiv MŠMT, 2007. Rámcový vzdělávací program pro gymnázia. Praha: VÚP.

Kudrnová, T., Šulcová, R., 2012. The Teacher of Chemistry and the creation of test

items. In: HSCI2013. Košice: Equilibria.

457

Lechová, P., Ganajová, M., Kristofová, M., Šulcová, R., 2013. Prírodné látky

v projektovom vyučovaní. Košice: Equilibria.

Lichvárová, M. et al., 2001. Chemický experiment v environmentálnom vzdělávaní.

Banská Bystrica: UMB.

Novotný, P. et al., 1998. Chemie pro 9. ročník základní školy. Praha: SPN.

Sdružení TEREZA, 2013. Program ESF Ekoškola. [online] Dostupné z:

<http://www.ekoskola.cz> [cit. 2.1.9.2013].

Sečková, J., Ganajová, M., 2012. Energia a jej zdroje vo výučbe chémie. Košice:

Equilibria.

Součková, D., 2007. Environmentální výchova a výchova k trvale udržitelnému rozvoji

ve škole. In: Cídlová, H., Šibor, J. (eds.). Příprava učitelů chemie na environmentální

výchovu a výchovu k trvale udržitelnému rozvoji. Brno: Masarykova univerzita.

Šulcová, R., 2007. Chemické vzdělávání a trvale udržitelný rozvoj. In: : Cídlová, H.,

Šibor, J. (eds.). Příprava učitelů chemie na environmentální výchovu a výchovu

k trvale udržitelnému rozvoji. Brno: Masarykova univerzita.

458

VÝUKA CHEMIE POMOCÍ

BADATELSKY ORIENTOVANÉHO VYUČOVÁNÍ

Monika Petriláková, Veronika Zámečníková

Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova, Praha, Česká republika


Abstrakt

V oblasti didaktiky chemie se často diskutuje o formách a metodách výuky chemie na

základních a středních školách. Důležitým aspektem při jejich výběru je nejenom množ-

ství předaných znalostí, ale také, a to především, rozvíjení příslušných klíčových kompe-

tencí a chemických dovedností. V současné době se do popředí zájmu dostává výuka

IBSE jako jedno z možných řešení některých problémů spojených s výukou přírodověd-

ných předmětů. Příspěvek přináší stručnou charakteristiku IBSE jako jednoho ze způso-

bů výuky chemie, který by mohl v uvedených oblastech pomoci. Nastiňuje její možné

využití při výuce chemie na základních a středních školách, popisuje jednotlivé kroky

při realizaci úloh splňujících aspekty IBSE. Dále analyzuje tematické celky z učiva

chemie, vhodné pro zpracování pomocí IBSE. V příspěvku je uvedeno několik vybraných

úloh z učiva obecné, anorganické a organické chemie a je popsána jejich realizace.

Klíčová slova

Badatelsky orientovaná výuka. základní a střední školy. výuka chemie. chemické

dovednosti. klíčové kompetence.

Inquiry Based Science Education – Teaching of Chemistry

Abstract

In the field of chemistry didactics there are often discussions about forms and methods

of chemistry education on elementary and secondary schools. For selecting the optimal

method it is not only important the amount of transmitted knowledge but above all, the

development of chemical skills and thinking abilities of the students. Currently the IBSE

comes to the fore as one of the possible solutions to some problems associated with the

teaching of science subjects. The paper presents brief characteristics of IBSE and

outlines its possible use in chemistry teaching in elementary and secondary schools and

describes individual steps in the implementation of tasks that meet aspects of IBSE.

Further it analyses thematic units of chemistry curriculum, which are suitable for

processing by IBSE. Some selected tasks of the general, inorganic as well as organic

chemistry curriculum are also presented in the paper and described their implementation.



459

Keywords

Inquiry based science education. primary and secondary school. teaching of chemistry.

chemical skills. personal, learning and thinking skills.

ÚVOD

Při studiu odborné literatury i v naší pedagogické praxi se stále setká-

váme s tím, že i přes veškeré snahy o zaktivizování a vlastní práci žáků

jsou tito v mnoha případech velmi nesamostatní a odkázání na instrukce od

vyučujícího. Žáci jsou zvyklí na podrobné návody a instrukce a i při řešení

triviálních úkonů se neřídí svým úsudkem. Jako příklad můžeme uvést situ-

aci při provádění pokusu Zkáza Titanicu (E-ChemBook, [b.r.]). Při tomto

jednoduchém experimentu mají žáci složit lodičku, na kterou je poté umís-

těn kousek sodíku. I přes značně malé rozměry skleněné vany se v mnoha

případech stalo, že se žáci pokoušejí složit lodičku z celého archu filtrační-

ho papíru. Na dotaz, zda jim připadají rozměry adekvátní, odvětí, že přeci

nebylo řečeno, že si mají příslušný kus papíru odstřihnout. Je zřejmé, že

žákům činí problémy hlavně využití kompetencí k učení a kompetencí

k řešení problémů, které by si dle rámcového vzdělávacího programu pro

jednotlivé stupně škol měli osvojit (RVP, 2007). Pro dosažení uspokojivé

úrovně klíčových kompetencí je nutné nejenom osvojování znalostí, rozví-

jení dovedností a postojů žáků, ale je důležité přemýšlet nad formou i me-

todou, kterou je proces učení proveden. Vhodným postupem se jeví

implementace IBSE (Inquiry Based Science Education, v češtině nejčastěji

badatelsky orientovaná výuka) do chemického vzdělávaní na základních

i středních školách (Čtrnáctová, Čížková, Marvánová, 2007).

IBSE A JEHO PRINCIPY

IBSE představuje komplexní výukový postup, ve kterém nejdůležitější

složkou je vlastní zkoumání žáků. Oblastí, která by mohla očekávat přínos

od badatelsky orientované výuky, jsou zcela jistě přírodní vědy. Bádání je

samotnou podstatou těchto věd (Stuchlíková, 2010). Vede žáky k tomu,

aby byli schopni formulovat hypotézy, mnohem intenzivněji se zajímali

o zkoumanou problematiku, získávali potřebné informace, navrhovali řeše-

ní problému, jak v oblasti teoretické, tak v oblasti experimentální, s poro-

zuměním vysvětlovali poznatky, k nimž dospěli a diskutovali závěry

(Nedomová, 2010). Do popředí zájmu se dostává samostatná práce žáků.

Díky tomu žáci aktivně prohlubují potřebné kompetence a získávají znalos-

ti a dovednosti.

460

Tento způsob výuky je analogický k tomu, jakým vědci provádějí své

výzkumy. Pro jeho znázornění lze využít různé podoby učebních cyklů.

Jedním z nich je pětietapový učební cyklus 5Z (Čtrnáctová, Mokrejšová,

2013), (viz obr. 1). První fází je zapojení, kdy je třeba žáky motivovat

a podnítit k řešení daného problému. Druhým krokem je zkoumání, při kte-

rém dochází k zahájení bádání. Žáci si samostatně shromažďují informace

o daném tématu, kladou si otázky a navrhují hypotézy k řešení problému

a postupně realizují i experimentální část. Následuje zpracování, při kterém

žáci vyhodnocují získaná data. Jelikož postup práce se může u jednotlivých

skupin lišit, zároveň obhajují a diskutují své závěry. Předposlední etapou je

zobecnění. Ve spolupráci s učitelem žáci získané poznatky aplikují na

obecné principy. V závěru pak figuruje fáze celkového zhodnocení, ve kte-

ré probíhá evaluace a shrnutí významných aspektů pro další práci.

Obrázek 1: Pětietapový cyklus učení metodou IBSE

IMPLEMENTACE IBSE DO VÝUKY CHEMIE

Pro výuku chemie na základní a střední škole prostřednictvím IBSE

byly vybrány především ty experimenty a náměty, které lze poměrně jed-

noduše zrealizovat, a zároveň odpovídají úrovni dovedností žáků na pří-

slušném stupni školy. Jako příklad uvádíme tři úlohy, a to jednu z oblasti

obecné chemie, další z anorganické chemie, poslední popsaná úloha se te-

maticky řadí do chemie organické.

První úloha nese název Frankensteinův koktejl (Bludská, 2013). Je ur-

čena pro první ročník čtyřletého gymnázia. Úvodní motivační částí je pří-

prava koktejlu. Žáci mají k dispozici vodu, olej, potravinářské barvivo,

písek, ethanol (lze nahradit například červeným vínem, pak je možné vyne-

461

chat potravinářské barvivo). Úkolem žáků je připravit směs. Až po připra-

vení směsi se předkládá problém – opět všechny složky oddělit. Společně,

například na tabuli, žáci tvoří myšlenkovou mapu na téma směsi. Mohou

také použít poznámky ze sešitu, případně učebnici či internet a vyhledávat

příslušné informace. Ve skupinkách navrhují jednotlivé metody, diskutují

o jejich vhodném použití a posloupnosti stanoví nejvhodnější postup expe-

rimentu. Při tom jim pomáhají i poskytnuté pomůcky a chemikálie (po-

můcky pro destilaci, filtraci, aktivní uhlí apod.) Při návrhu experimentální

části musí brát ohledy na různé charakteristiky použitých látek (např. teplo-

ta varu ethanolu, vlastnosti aktivního uhlí atd.) Ve fázi zpracování žáci za-

znamenávají své výsledky a hodnotí postup. V etapě zobecnění pak mohou

připomenout názvy jednotlivých směsí a metod jejich oddělování. V po-

slední fázi se zamyslí nad otázkami: Co se povedlo? Co příště udělat jinak?

Byl výsledek práce v něčem překvapující? Měnili jste během práce postup?

Navrhovaná úloha z anorganické chemie se tematicky věnuje alkalic-

kým kovům a lze ji obvykle realizovat ve druhém ročníku gymnázia.

V úvodní části hodiny vyučující předvede pokus Sodíková trampolína

(E-ChemBook, [b.r.]), při kterém do třetiny objemu odměrného válce nalije

vodu a přidá k ní několik kapek fenolftaleinu. Dále do válce nalije stejný

objem petroleje a do vzniklé emulze vhodí malý kousek sodíku. Vyučující

může žákům prozradit, že vhozeným kouskem byl blíže neurčený kov a že

jednou ze složek emulze je voda. V návaznosti na tento pokus žáci navrhu-

jí, který kov by takto s vodou reagoval. K dispozici mají tabulky, učebnici

apod. Vyučující jim připraví také pomůcky, ze kterých mohou vybírat –

malé kousky různých kovů (sodík, železo, zinek, hořčík, hliník), fenolfta-

lein, chemické nádobí atd. Žáci mají vyřešit tyto úkoly: Který kov poska-

koval na trampolíně? Jaké produkty při reakci vznikají? Jak je dokážete?

Co bylo druhou složkou emulze? Žáci navrhnou sérii experimentů, při kte-

rých vyzkouší reaktivitu předložených kovů s vodou a určí konkrétní kov,

který podle nich v experimentu figuroval. Zapíšou rovnici reakce a navrh-

nou a provedou možné důkazy jednotlivých produktů. Všechny své výsled-

ky zaznamenají a shrnou při diskuzi s ostatními skupinami. Výsledky práce

pak žáci s pomocí vyučujícího uvedou do širšího kontextu, využijí při tom

periodickou soustavu prvků.

Příkladem úlohy z organické chemie je Duha z rajčatové šťávy (Straka,

1997). Je určena pro druhý ročník čtyřletého gymnázia a tematicky by měla

být zařazena po výuce alkanů. V první fázi tzv. zapojení učitel motivuje

žáky předvedením zajímavého pokusu. Před zraky žáků smíchá pouze

bromovou vodu s rajčatovou šťávou a vykouzlí tak z těchto dvou ingredi-

462

encí neobyčejně duhově zbarvený roztok. Při fázi zkoumání žáci doplňují

informace o alkanech, které probírali, ale také o alkenech, které zatím ne-

znají. Na základě znalostí, které mají o alkanech, jsou schopni si informace

odvodit a doplnit tak řešení daných úloh. Jejich dalším úkolem je vytvořit

modely od každé skupiny uhlovodíků například modely ethanu a ethenu,

propanu a propenu. Díky tomuto kroku mohou lépe porovnat stavbu alkanů

a alkenů. Dále si vyhledají molekulu lykopenu, sloučeniny přítomné v raj-

čatové šťávě, sestaví její model a zjistí, že patří mezi alkeny. Odvodí tedy

její vlastnosti a zřejmě také to, že by měla podléhat adicím. Na základě

všech získaných informací se pak pokusí stanovit hypotézu, co se dělo

v motivačním experimentu. Sami navrhnou postupy, kterými by svou hypo-

tézu podpořili. Žáci by měli přijít na to, že mají nechat zreagovat dalšího

zástupce alkanů i alkenů s bromovou vodou. Pokud na to sami nepřijdou,

učitel by je měl navést, aby v reakci použili například v laboratořích do-

stupný hexan a cyklohexen. Ve fázi zpracování pak žáci zhodnotí své vý-

sledky a porovnají je s ostatními skupinami. Předposlední etapou je

zobecnění. Ve spolupráci s učitelem žáci získané poznatky aplikují na

obecné principy, shrnou informace, které se dozvěděli o nové skupině uh-

lovodíků. Na konec následuje vyhodnocení celé práce, a to kladných i zá-

porných stránek při práci badatelů.

ZÁVĚR

Přírodní vědy, které jsou důležitou oblastí v životě a vzdělání člověka,

narážejí při své výuce na řadu problémů. Žáci jsou při hodinách obeznáme-

ni s pojmy a fakty, učivo se podle poznámek dovedou naučit, ve velké vět-

šině případů však nechápou principy a souvislosti osvojovaného učiva.

Jako jedno z možných řešení této situace jsme popsali odklonění od tradič-

ního pojetí výuky a to díky implementaci IBSE do výuky chemie. Výuka

touto metodou může žákům pomoci získat potřebné chemické dovednosti

a prohloubit tolik potřebné kompetence k učení a kompetence k řešení pro-

blémů, aby byli schopni užívat a propojovat informace získané ve škole

i v každodenním životě. Chceme-li v očích žáků zatraktivnit přírodní vědy

a zároveň překonat problémy při získávání uspokojivé úrovně klíčových

kompetencí, mělo by být zpracování chemických úloh pomocí IBSE tím

správným krokem.

463

ZDROJE

Bludská, M., a kol., 2013. Chemie pro střední školy. Praha: CONATEX-DIDACTIC

Učební pomůcky, s.r.o.

Čtrnáctová, H., Mokrejšová, O., 2013. Tvorba studijních materiálů pro střední školy.

Praha: CONATEX-DIDACTIC Učební pomůcky, s.r.o.

Čtrnáctová, H., Čížková, V., Marvánová, H., 2007. Přírodovědné předměty v kontextu

kurikulárních dokumentů a jejich hodnocení. Praha: Univerzita Karlova.

Nedomová, K., 2010. Badatelsky orientovaná výuka v přírodních vědách. Praha:

Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy.

Rámcový vzdělávací program pro gymnázia, 2007. VÚP Praha.

Sodíková trampolína [online]. [cit. 2014-07-06]. Dostupné z:

http://www.e-chembook.eu/cs/sodikova-trampolina.

Straka, M., 1997. Kouzelnické pokusy z chemie. Žďár nad Sázavou: Informační

a metodické centrum.

Stuchlíková, I., 2010. O badatelsky orientovaném vyučování. In: Papáček M. (ed.):

Didaktika biologie v České Republice 2010 a badatelsky orientované vyučování.

p. 129-135.

Trnová, E., 2012. Rozvoj dovedností žáků ve výuce chemie se zaměřením na nadané.

Brno: Masarykova univerzita.

464

PRÁCE S MALÝMI KVANTY PLYNŮ VE VÝZKUMNÉ ČINNOSTI STUDENTŮ

Václav Richtr, Markéta Svobodová, Jitka Štrofová Pedagogická fakulta, Západočeská univerzita v Plzni, Plzeň, Česká republika


Abstrakt

Práce je zaměřena na získávání, přechovávání a dávkování menších kvant plynů pro vědecké i výukové účely. Zvláštní pozornost je věnována práci s kyslíkem. Klíčová slova

Laboratorní operace s plyny

Operation with Small Quantities of Gases at Student Research Activities

Abstract

The article deals with obtaining, preservation and dosage of smaller quantities of gases, both for scientific and teaching purposes. Particular attention is payed to the operations with oxygen.

Keywords

Laboratory operations with gases ÚVOD

V současné době většina experimentální činnosti v chemii z mnoha dů-vodů probíhá s malými kvanty látek. Při běžné práci směřující k přípravě vzorků pro další syntézy i analytické účely vystačíme s metodami semimi-krotechniky, což je technika, při které se obvykle pracuje s 0,1 až 1 g látek. Toto vymezení pracovní techniky se promítá i do práce s plyny. V souvis-losti s přípravou ozonu pro demonstrační i preparativní účely vystupují do popředí práce s kyslíkem, který je nejčastěji získáván z tlakové lahve (bomby), ale může být připravován i elektrolyticky nebo chemickou ces-tou. V těchto případech je však potřeba počítat s tím, že před jeho zavede-ním do ozonizátoru musí být zbaven vlhkosti, případně dalších nečistot.




465

ZÁKLADNÍ PŘEDSTAVA O PRÁCI S PLYNY

Ze závislosti molárních hmotností a molárních objemů plynů vyplývá, že objemy plynů spotřebovávaných při reakcích probíhajících v semimik-rotechnice budou rozdílné podle druhu reagujícího plynu a budou se pohy-bovat v mezích od desítek cm3 do několika dm3 (viz tab. 1). Zařízení, ve kterém se bude s plyny pracovat, musí být proto dimenzováno podle indi-viduálních požadavků tak, aby umožňovalo bezproblémovou práci. V úhr-nu lze říci, že i při práci v semimikroměřítku se manipulace s plyny musí řídit základními pravidly, platnými pro práci s plyny1,2,3. Menší objem zpracovávaných plynů umožňuje řadu zjednodušení. V některých pří-padech se naopak může stát, že bude zvyšovat nároky na přesnost práce. Určitá specifičnost práce souvisí jak s vyvíjením, tak s odměřováním a dávkováním plynu1.

Tabulka 1: Objemy některých plynů vstupujících do reakcí prováděných v semimikroměřítku.

Plyn Molární hmotnost (g) Objem 0,1-1g plynu (dm3)

Vodík 2,016 1,11-11,1 Amoniak 17,032 0,131-1,31 Sulfan 34,082 0,065-0,65 Chlorovodík 36,465 0,061-0,61 Oxid uhličitý 44,011 0,051-0,51 Chlor 70,914 0,0316-0,316 Kyslík 32,000 0,07-0,7

PŘÍPRAVA PLYNŮ Pokud nemáme možnost odebrat plyn z ocelové láhve, musíme si ho ve vhodném zařízení připravit. Protože množství potřebného plynu obvykle není velké, stačí i velmi jednoduché zařízení. Nejjednodušším zařízením je baňka, do které vložíme potřebné chemikálie, a kterou plynotěsně spojíme s prostorem, kam máme plyn zavádět (vyvíjecí baňka). Nevýhodou vyvíje-cí baňky je to, že plyn vzniká ještě před připojením k reakční aparatuře, nemůžeme regulovat rychlost jeho vývoje a je málo času na kontrolu čis-toty vznikajícího plynu. V tomto směru je výhodnější Ostwaldova baňka5

(obr. 1), která sestává ze skleněné baňky, do jejíhož hrdla je zábrusovým

466

Obrázek 1: Ostwaldova baňka a její modifikace

(popis provedení (a) – (d) je uveden v textu).

spojem utěsněna dělicí nálevka (obr. 1a). Účel splní i modifikované zaří-zení, které je tvořeno vhodnou baňkou, uzavřenou dvakrát vrtanou gumo-vou zátkou. Do jednoho otvoru je nasazena dělicí nálevka a do druhého odváděcí trubice (obr. 1b). Baňku můžeme nahradit frakční baňkou, kterou uzavřeme jednou vrtanou gumovou zátkou s dělicí nálevkou (obr.1c). Možnosti dalších modifikací jsou patrné z obr. 1d, kde baňka je nahrazena odsávací zkumavkou a přikapávací nálevka nálevkou posazenou do hadič-ky s tlačkou6. Přestože Ostwaldova baňka představuje téměř univerzální zařízení pro získávání běžných plynů, můžeme při přípravě některých ply-nů využívat i modifikace zařízení užívaných v makroměřítku1. Jedná se o plyny, které je vhodné získávat ve speciálních zařízeních, konstruova-ných z jednoduchých součástí s cílem maximálně využít specifické vlast-nosti použitých surovin nebo připravovaných plynů.

Zvláštní pozornost zasluhuje manipulace s kyslíkem, potřebným pro získávání ozonu, který vedle analytického a preparativního využití má vy-užití v aplikacích didaktických s ohledem na jeho funkci při tvorbě život-ního prostředí. Pro vědecké účely byla již v minulosti popsána řada výkonných, ale svými parametry značně na provoz i bezpečnost práce ná-ročných zařízení, viz např.1,7. Pro potřeby semimikrotechniky postačí ozo-nizátor konstrukčně jednodušší, pracující s relativně bezpečnými zdroji vysokého napětí. Příkladem takového zařízení je ozonizátor, využívající jako zdroj vysokého napětí automobilovou zapalovací cívku8. V dalších

467

letech vývoj ozonizátorů jako součást studia vlastností a využití ozonu po-kračoval a celkový pohled na tuto problematiku je patrný například z po-jednání9, které zahrnuje řadu odkazů na další materiály. PŘECHOVÁVÁNÍ PLYNŮ Máme-li k dispozici ocelovou bombu s plynem (nejčastěji kyslíkem), můžeme i pro potřeby semimikrotechniky plyn odebírat přímo z bomby. Pro přenášení plynů z ocelových lahví velmi dobře poslouží obyčejný na-fukovací balonek, duše z kopacího míče, případně duše z pneumatiky. Tyto „plynojemy“ mají výhodu v tom, že umožňují naplnění plynem pod tlakem, což má význam při jeho dalším použití. Výhodou je také, zvláště u duše z kopacího míče nebo pneumatiky, velká mechanická odolnost. Nesmíme však zapomínat na to, že pryž není vhodná k dlouhodobějšímu uskladňo-vání vodíku. Praktické je jímadlo, které plně nahradí továrně vyráběné la-boratorní plynojemy, užívané při práci s větším množstvím plynů1. Je snadno sestavitelné z dostupných dílů a umožňuje objemové modifikace. Základem jímadla (obr. 2) jsou dvě stejně velké láhve (a), (b), uzavřené dvakrát vrtanými gumovými zátkami, otočené hrdly proti sobě, případně

Obrázek 2: Objemově modifikovatelné jímadlo plynu: a, b – dvě stejně velké láhve, c – propojovací trubice,

d – trubice k přivádění plynu, e – odvzdušňovací trubice.

468

uchycené do vhodného držáku (poslouží i laboratorní stojan). Láhve (a), (b) jsou vzájemně propojené trubicí (c). Horní láhev je opatřená odvzduš-ňovací trubicí (e) a spodní láhev přiváděcí trubicí (d), která je uzavíratelná kohoutem nebo tlačkou. Před plněním jímadla plynem se spodní láhev zce-la naplní (při otevřeném kohoutu trubice (d)) trubicí (e) vodou, až voda vstoupí do hrdla láhve (b). Po otevření kohoutu na přiváděcí trubici (d) začne plyn proudit pod mírným přetlakem do láhve (a) a voda je vytlačo-vána do horní láhve (b). Po uzavření kohoutu na trubici (d) je plyn v láhvi (a) uzavřen pod hydrostatickým tlakem kapaliny vytlačené do láhve (b). TRANSPORT PLYNŮ Při přemísťování plynů z jednoho prostoru do druhého používáme tru-bice a hadice vhodných světlostí, zhotovené z různého materiálu (sklo, pryž, polyetylen, silikon). V případě, že potřebujeme zavádět plyn s kon-stantním přetlakem z bomby, využijeme k tomu redukční ventil. Jedná-li se o plyn připravovaný chemickou reakcí, ovládáme přetlak rychlostí této re-akce. Potřebujeme-li zcela konstantní průtok plynu, zařazujeme vyrovná-vač tlaku. Jeho funkce je patrná z obr. 3. Plyn, který transportujeme ve směru šipek, vstupuje rovněž do vertikálního ramene (a), ponořeného do

Obrázek 3: Vyrovnávač tlaku.

nádoby s kapalinou, nejčastěji s vodou. Výšku kapaliny (h) můžeme regu-lovat tak, aby plyn stále unikal otvorem (b) vertikálního ramene T-trubice. Přetlak plynu je roven hydrostatickému tlaku, který je dán součinem rozdí-lu výšky hladin (h) a hustoty kapaliny. K praktické realizaci vyrovnávače tlaku mohou být použity i nejrůznější díly, jako promývací baňka, kapali-nový uzávěr a jiné, zařazené do systému.

469

Rychlost plynu při konstantním tlaku a tím i množství prošlého plynu měříme různými průtokoměry. Nejčastěji používáme průtokoměry kapilár-ní tzv. reometry, které jsou použitelné po výměně kapiláry (a) pro různé rozsahy průtoků plynu (obr. 4). Proudí-li plyn zúženou trubicí (kapilárou), dochází na začátku zúžení k zvětšení a na konci zúžení k poklesu tlaku. Tento rozdíl je měřitelný na manometru (b), kde se projeví rozdílem výšek hladiny (h) kapaliny v obou ramenech. Průtokoměr plníme kapalinou, nej-častěji vodou. Můžeme použít i řadu jiných kapalin, které s naměřeným plynem nereagují. Rtuť však pro svou vysokou specifickou hmotnost vhodná není. Zásada je taková, že čím je hustota použité kapaliny nižší, tím je průtokoměr citlivější a tím méně musíme seškrtit použitou kapiláru1. Průtokoměr znázorněný na obr. 4 se dá podle experimentálních požadavků modifikovat z dostupných dílů i jednodušším způsobem. Při kalibraci prů-tokoměru postupujeme tak, že do něho přivádíme plyn pod stálým přetla-kem. Jakmile se kapalinový sloupec manometru ustálí, změříme rozdíl hladin manometru a objem plynu, který vyteče za časovou jednotku z dru-hého ramene manometru. Plyn jímáme do odměrného válce potřebného objemu (viz obr. 5).

Obrázek 4: Kapilární průtokoměr

a – výměnná kapilára, b – manometr.

470

Obrázek 5: Kalibrace průtokoměru

a – přívod plynu, b – vyrovnávač tlaku, c – průtokomer, d – pmeumatická vana s odměrným válcem.

Protože každý plyn má jinou viskozitu i hustotu, je třeba při změně po-

užitého plynu provést kalibraci. Je-li průtokoměr zařazen do aparatury, kde snadno může dojít k tlako-

vému nárazu, je vhodné jeho ramena upravit tak, aby nemohlo dojít k úni-ku kapaliny mimo průtokoměr.

Místo kapilárního průtokoměru můžeme použít i průtokoměr bublino-vý1,5 znázorněný na obr. 6, který je též vhodný k ocejchování průtokoměru kapilárního, a je vhodný pro měření menších průtoků plynů.

Měření s bublinovým průtokoměrem je jednoduché: Stisknutím gumové uzávěrky (a) se vytvoří tlak nad kapalinou (b) (roz-

tok mýdla či saponátu), která v místě (c) vstoupí do cesty proudícímu ply-nu. Plyn vytvoří mýdlovou bublinu, která vyplní celý průřez byrety (d) a je unášena vzhůru. Průtok se zjistí změřením času potřebného k průchodu bubliny mezi dvěma ryskami, označujícími určitý objem.

471

Obrázek 6: Bublinový průtokoměr

a – gumová uzávěra, b – mýdlový roztok,

c – vstup plynu, d – byreta.

Obrázek 7: Padáčkový průtokoměr

(rotametr) a – vertikální trubice se stupnicí,

b – plováček.

Na zcela jiném principu pracuje průtokoměr padáčkový (rotametr). Ve svislé, nahoru se nepatrně rozšiřující cejchované trubici (a) se v proudícím plynu vznáší plováček (b), jehož hmotnost je vyrovnávána přetlakem prou-dícího plynu. Plovák má na horním okraji šikmé zářezy, které způsobují jeho roztočení. Tato rotace zlepšuje stabilitu plováku a zabraňuje jeho přilepení ke stěnám. Průtokoměry tohoto typu jsou tvořeny sadou cejcho-vaných trubic a plováků různých průměrů, těsně upevnitelných do univer-zálního stojanu (viz obr. 7). Pro potřeby semimikrotechniky je využitelná trubice nejmenšího průřezu. Toto zařízení se dá do jisté míry improvizovat byretou s odříznutým kohoutem uchycenou kolmo v držáku a uzavřenou vrtanou dobře těsnicí gumovou zátkou s odvodní trubičkou. V takto upravené byretě se v proudu spodem přiváděného plynu vznáší lehký ma-teriál vhodného tvaru (pěnový polystyren, peříčko). I průtokoměry tohoto typu vyžadují kalibraci jako průtokoměry kapilární (viz obr. 5).

472

ZÁVĚR Na základě vlastních zkušeností byly do jednotlivých kapitol zařazeny

základní materiály tak, aby problematika práce s plyny byla zpřístupněna nejširšímu spektru zájemců. Uvedená zařízení mohou být modifikována pro menší i větší objemy plynů a v nejrůznějších kombinacích umožňu-jí kvalitativní i kvantitativní využití. Pro další inspiraci poslouží citovaná literatura.

LITERATURA

1. Keil, B. a kol., 1963. Laboratorní technika organické chemie. Praha: ČSAV.

2. Berlin, A. J.., 1955. Technika laboratorních prací v organické chemii. Praha: SNTL.

3. Jurášek, A., Kada, R., Marvoň, A., Uher, M., 1975. Základy organickej syntézy. Bratislava: Alfa.

4. Kvíčala, J., 1998. Laboratorní technika organické chemie. Praha: VŠCHT.

5. Drátovský, M., Ebert, M., Hauptman, Z., Pačesová, L., 1963. Návody ke cvičení z laboratorní techniky. Praha: SPN.

6. Tomeček, O., Klein, M., 1980. Školská experimentálna semimikrochémia. Banská Bystrica: Učebné pomôcky.

7. Henne, A. L., Perilstein, W. L., 1943. J. Am. Chem. Soc. 65, 2183.

8. Klásek, A., Hrbek, J., Hruban, L., 1968. Chem. listy 62, 207.

9. Richtr, V., Štrofová, J., Vojtajová, M., Rieger, D., 2013. Biologie, chemie, zeměpis 22, 77.

10. Richtr, V., Kraitr, M., 2006. Příprava a využití ozonu ve školních podmínkách. In Chemie XXI, sborník katedry chemie. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni – Fakulta pedagogická. Viz též: <http://fpe.zcu.cz/kch/dokumenty/Priloha_II.pdf>

473

VYUŽITÍ CHEMICKY ODOLNÉHO TEPLOMĚRU

V BADATELSKY POJATÉ PROBLÉMOVÉ ÚLOZE

Martin Rusek, Štěpán Gabriel, Nikola Kuželová

Pedagogická fakulta, Univerzita Karlova v Praze, Česká republika


Abstrakt

Současný pohled na přírodovědně gramotného člověka předpokládá jeho schopnost

aplikovat vhodné metody a postupy při řešení úloh experimentálního charakteru. Rozvoj

těchto dovedností u žáků je však stále na mnoha školách upozaděn absencí zařazování

edukačních experimentů do výuky. Jedním z hlavních důvodů pro to bývá nedostatek

metodické podpory a tím i jistoty učitele při provádění pokusů nebo plánování la-

boratorních cvičení pro žáky. V příspěvku je představena badatelsky pojatá problémová

úloha zaměřená na změny teploty při každodenních činnostech. Pro měření je navržen

USB teploměr, který je možností záznamu hodnot teploty a okamžitým vykreslováním

grafu na monitoru počítače vhodnou alternativou ke klasickému teploměru. Tento krok

umožňuje další rozvoj logického myšlení a propojování znalostí žáků. Úloha byla

pilotně ověřena na třech třídách základní školy. Výsledky potvrzují, že pro žáky sedmých

a osmých ročníků není vhodné zařazovat otevřeně badatelské úlohy. Z výsledků vyplývá,

že žáci v devátém, ale částečně i osmém ročníku jsou schopni úlohu řešit, avšak

neobejdou se bez instrukcí učitele.

Klíčová slova

Edukační experiment. Experiment podporovaný počítačem. ICT ve výuce chemie.

Měření teploty.

Using Chemicals-resistant Thermometer

in Inquiry-based Problem Task

Abstract

Contemporary view of a scientifically literate person requires their ability to apply

appropriate methods and processes during solving problem tasks of experimental

character. Development of these students’ abilities is, however, still marginalized by the

lack of educational experiments at plenty of schools. One of the main reasons is usually

a lack of methodological support, thereby teachers’ confidence in conducting

experiments or planning lab tasks for students. In this paper, an inquiry-based problem

task focused on temperature changes at everyday activities. A USB thermometer was

suggested as a tool as it enables recording temperature and instant graph depiction on

a screen of a computer. This step enables further development of students’ logical

thinking and interconnection of their knowledge. The problem task was verified in

474

a pilot study in three elementary school classes. The results confirm that it is not

efficient to introduce open inquiry tasks for students in seventh and eighth grades. The

results also show that students in the ninth and partly eighth grade are capable of

solving the task, although teachers’ thorough instruction is needed.

Keywords

Educational experiment. Computer-supported experiment. ICT in chemistry education.

Temperature measurement.

ÚVOD

Jedním z cílů výuky přírodovědných předmětů je rozvoj přírodovědné

gramotnosti (OECD, 2012). S tímto pojmem se v literatuře setkáváme

hlavně v poslední době stále častěji. V definici vytvořené expertním týmem

sestavené z různých zdrojů Výzkumným ústavem pedagogickým (VÚP)

byla přírodovědná gramotnost vymezena čtyřmi pilíři:

• pojmový systém,

• metody a postupy,

• metodologie a etika,

• interakci s ostatními segmenty lidského poznání či společnosti

(Gramotnost ve vzdělávání, 2011).

K úspěšnému rozvoji přírodovědné gramotnosti žáků je tak třeba konti-

nuálně zapojovat všechny výše zmíněné aspekty, nikoli se soustředit pouze

na některé z nich. Zvláště metody a postupy jsou složkou přírodovědné

gramotnosti, kterou lze bez zapojení experimentu do výuky rozvíjet jen

obtížně.

O důležitosti experimentu ve výuce chemie se ve svých textech zmiňují

např. Beneš et al. (v tisku), Holada et al. (2011) nebo Škoda a Doulík

(2009). Jako slabinu v možnosti využití experimentu shledávají Holada et

al. (2011) legislativní omezení, naopak cestu k jejich využití vidí ve vhod-

ných metodách výuky. Častou omluvou učitelů, proč v hodinách neprovádí

pokusy, je nedostatečné vybavení. To ovšem není zcela správný argument,

jak dokládají Beneš et al. (v tisku). Schopnosti nebo kompetence vhodně

zařazovat relevantní experimenty do výuky shledávají Klečková et al.

(2012) zásadní součástí vysokoškolské přípravy budoucích učitelů chemie.

Pohledem vzdělávacích standardů – Rámcových vzdělávacích progra-

mů – mezi cíle výuky realizované rozvojem přírodovědné gramotnosti patří

475

zejména kompetence k řešení problémů, kdy by si žáci měli osvojit doved-

nosti nutné pro úspěšné řešení problémů každodenního života. K řešení

těchto problémů a problémových úloh by žáci měli být schopni využít

nejen osvojených poznatků, ale i vyhledávání adekvátních informací,

vhodně si vybírat metody práce a navrhovat možné způsoby ověření svých

hypotéz. Dále se u žáků v rámci přírodovědné gramotnosti rozvíjejí komu-

nikativní kompetence, učí se vhodně prezentovat a obhajovat svoje názory

a postoje. V neposlední řadě se rovněž rozvíjejí kompetence k učení spoje-

né se všemi procesy probíhajícími ve škole i mimo ni (RVP, 2007).

Jedním ze zásadních problémů v oblasti experimentování ve výuce je

ochota učitelů tento prvek výuky přímo využít. Použití experimentu jako

prostředku výuky je však na některých stupních českých škol spíše kuriózní

(Škoda and Doulík, 2009). Tito autoři upozorňují na upozadění experimen-

tální činnosti ve jménu dodržení náročných výukových osnov. Ani s probí-

hající školskou reformou a nástupem Rámcových vzdělávacích programů

nevidí důvod k přílišnému optimismu v této oblasti.

Často zmiňovaným limitem pro možnost experimentovat ve výuce je

materiální vybavení škol. Autoři jiných, na stejnou problematiku zaměře-

ných textů však poukazují na neochotu učitelů připravovat si a v hodinách

provádět pokusy. Určitou alternativou je však využití přenosných chemic-

kých souprav (Beneš et al., v tisku).

S vývojem ICT lze pro podporu experimentování ve výuce využít stále

širší spektrum i hardwarových nástrojů. Podpoře školního experimentu

s využití ICT je proto v současnosti věnována pozornost mnoha autorů

(Bílek and Machková, 2012, Škoda and Doulík, 2009, Bílek, 1997). Závěry

společné těmto textům uvádějí např. Škoda a Doulík (2011), kteří zdůraz-

ňují především takové využití digitální techniky, které není samoúčelné

a vede ke skutečnému rozvíjení žákovských kompetencí.

Znovuzavádění experimentování do výuky je v současnosti podpořeno

i moderní badatelskou metodou (např. Ryplová and Reháková, 2011). Uči-

tel nepředává učivo výkladem v hotové podobě, ale vytváří znalosti cestou

řešení problému a systémem kladených otázek (Papáček, 2010). Badatelsky

orientovaná výuka tak staví učitele i žáky do jiných rolí. Podle míry zapo-

jení žáků se dělí jednotlivé úrovně badatelsky orientovaného vyučování od

potvrzujícího bádání, kde učitel žákům zadá otázku i postup, až po otevřené

bádání, v němž se očekává od žáků schopnost samostatné volby tématu

i cesty v jeho experimentálním ověření (Stuchlíková, 2010).

476

Jak bylo naznačeno výše, využívání experimentů ve výuce je zapotřebí

více podporovat. Z tohoto důvodu vznikl tento text, který přináší námět na

badatelsky pojatou výukovou jednotku.

PROBLÉMOVÁ ÚLOHA

Autoři textu při přípravě problémové úlohy vybrali takové téma, které

by bylo co nejblíže životu žáků a tím je aktivizovalo (srov. Rusek, 2013,

Škoda, 2003). Zvoleny byly proto základní každodenní úkony. Úloha je

koncipována tak, aby u žáků rozvíjela schopnost klást si otázky, pojmeno-

vat řešený problém, stanovit hypotézu a navrhnout možnosti jejího experi-

mentálního ověření (Gramotnosti ve vzdělávání, 2011).

Žákům jsou předloženy dvě řídicí otázky spolu s dalšími doplňujícími

otázkami. Z pohledu druhu badatelské výuky jde o nasměrované (guided)

bádání.

Otázka 1: Jak urychlit odchod do školy/práce?

Ráno nás dost brzdí čekání, až zchladne čaj. Jak to s ním je? Je lepší čaj

míchat, přelévat, nebo nechat stát? Navrhněte postup, jakým ověříte správ-

nou odpověď.

Otázka 2: Jak urychlit přípravu večeře?

Jistě se vám stalo, že jste přišli hladoví domů a v ledničce nic nebylo.

Špagety s kečupem a se sýrem jsou pak jasná volba. Na 100 g těstovin je

zapotřebí svařit 1 l vody, do litru přidat asi kávovou lžičku soli. Kdy ale

vodu solit? Italští kuchaři, a mnozí další, solí vodu až když začne vařit.

Proč myslíte, že to tak dělají? Pokuste se navrhnout a provést experiment,

kterým ověříte, jestli tento kuchařský postup má smysl, nebo jestli jde jen

o mýtus.

Oba experimenty je možné provést s využitím klasického teploměrem.

Výhodou využití USB teploměru je možnost zaznamenávání údajů o teplo-

tě v závislosti na čase. Tyto údaje lze pak využít k rozšíření úlohy o prvky

rozvíjející schopnost žáků pracovat s daty, číst data z grafu, volit vhodný

graf pro zobrazení dat, interpretovat výsledky atd. (srov. Gramotnost ve

vzdělávání, 2012). Nesporným kladem je i efekt využívání moderního vy-

bavení.

477

PILOTNÍ OVĚŘENÍ ÚLOHY

Obě úlohy byly v závěru školního roku zadány třem třídám základní

školy. Jednalo se o žáky sedmé, osmé i deváté třídy. Pro potvrzení bylo za-

dání úlohy prostřednictvím online dotazníku posláno i vybraným žákům

střední školy. V obou případech jde tedy o vzorek dostupný, výsledky je

tak nutno interpretovat s ohledem na vzorek. V případě základní školy úlo-

hu zadávali zaškolení učitelé a jejich zpětná vazba je tak přínosem.

Jak urychlit odchod do školy/práce?

Žáci sedmých tříd projevili neochotu zabývat se úlohou. „Já nevím, já

doma nevařím.” Problémovost tak zůstala nefunkční a práce žáků pouze

nucená učitelem.

Žáci osmých tříd volili jako nejefektivnější způsob přelévání čaje. Na-

vrhovali ovšem i vlastní způsoby, jako např. dolití studenou vodou, šťávou,

přidání ledu atd. Žáci devátých tříd se více věnovali nabízeným postupům.

Jako nejefektivnější žáci opět zvolili přelévání, což zdůvodňovali ochlazo-

váním čaje i hrnku od vzduchu, jedna ze skupin žáků uvedla i postup s mí-

cháním zdůvodněný „vytrácením tepla na principu větráku”. Žáci rovněž

správně určili pomůcky. Plánování postupu práce však ze strany žáků neby-

lo precizní a v této fázi potřebovali významnější pomoc učitele.

Někteří žáci přímo uvedli, že je zapotřebí měřit teplotu stejného druhu

čaje, objevil se i názor, že je zapotřebí volit pro jednotlivá měření čaj stejné

příchuti. Objevily se i alternativní návrhy. Pro další zadání úlohy by bylo

zajímavé uspořádat soutěž o nejrychlejší ochlazení na odpovídající teplotu

při co nejnižších ztrátách.

Z čistě kontrolních důvodů byla úloha zadána i třem žákům střední ško-

ly. Výsledky jsou dle předpokladu lepší, nicméně odpovědi nejsou stopro-

centní. Objevila se odpověď, že „Ve vzduchu se předá nějaká energie a ta

to určo ochladí.“ „Nicméně pokud bychom se mohli inspirovat někde jinde,

pak bych navrhoval úplně jiné způsoby, jako například zapojit do reakce

tepelnou výměnu a umístit hrnek s čajem do studené vody (postačilo by

i ve dřezu), myslím, že by to mělo nejrychlejší efekt, ovšem nezbývá než

zkoušet dál“. Tato reakce poukazuje na schopnost řešitele úlohy zamýšlet

se nad problémem, což je žádoucí jev.

478

Jak urychlit přípravu večeře?

U obou ročníků převažoval názor, že horká voda umožňuje lepší roz-

pouštění soli ve vodě jako u cukru. Objevil se názor, že čistá voda se vaří

rychleji než osolená nebo že současné osolení a vložení špaget je lépe pro-

solí. Z odpovědí však bylo patrné, že se jedná o hádání, nikoli názor zalo-

žený na konkrétních znalostech. „Pravděpodobně se sůl přidává až do

vařící vody, protože pak se má rychleji rozpustit a neusadí se na dně, kde je

celkem k ničemu a těstoviny pak mohou být i nerovnoměrně slané.“ Větši-

na osmáků řešila spíše toto konkrétní jídlo než samotný pokus. Žáci devá-

tých ročníků navrhli vyřešit vše se stopkami a pokusy.

Dle názoru učitelky tříd, na nichž byla úloha pilotována, „konkrétní

případy ze života žáky odvádí od vlastní problematiky”. To by byl nešťast-

ný závěr v rozporu se zjištěními jiných výzkumů (Škoda, 2003; Rusek,

2013). Sama učitelka však uvádí, že poněkud liknavý přístup žáků může

být zapříčiněn blížícím se koncem školního roku, kdy žáci ztrácejí o vše

zájem.

Žáci středních škol byli opět podrobnější. „Pokus by šel udělat jedno-

duše s dvěma hrnci stejných těstovin, ale sůl by se přidala do prvního na

začátku a do druhého až, když začne voda vařit. Pokud bychom zároveň

hledali i metodu kdy přidat sůl, aby těstoviny chutnaly nejlépe, tak bychom

měli přidat X dalších hrnců a do každého z nich přidat sůl v přesně stano-

venou dobu.“

EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ PŘEDPOKLADŮ ŽÁKŮ

Experimentálně byla ověřena pouze úloha varu vody. Dle předem sta-

noveného postupu byla nejprve vařena sladká voda. Žáci totiž věřili trado-

vanému postupu kuchařů. Žáci měřili, za jak dlouhou dobu elektrická

plotýnka přivede k varu 1 l vody. Jak bylo uvedeno výše, využití USB tep-

loměru má oproti klasickému teploměru výhodu v možnosti práce s daty

v podobě grafu i tabulky. Výsledkem měření tak byl graf 1.

V software pro USB teploměr byly aktuální hodnoty teploty uvedeny

v tabulce podle času. Teplota varu vody byla 98 °C. Čas do dosažení varu

byl měřen od teploty 26 °C.

Výhoda práce s digitálním teploměrem je i v tom, že je možné křivky

navzájem prokládat. S údaji lze pracovat různě. Pro starší žáky je možné

úkol postavit na vlastním návrhu průběhu teploty varu slané vody zakresle-

ním do původního grafu. Mladším žákům je možné nabídnout 4 možnosti –

479

obrázky, kde se a) nic nezmění, b) graf, na kterém bude vřít dříve sladká

voda c) graf, na kterém bude vřít dříve slaná voda a d) křivky se budou

křížit.

Graf 1 Graf závislosti teploty na čase při ohřevu vody

ZÁVĚR

Chemie jako experimentální věda by měla být vyučována s využitím

experimentů. Pouhý výklad doplněný obrázky nebo videi dostatečně neroz-

víjí složku přírodovědné gramotnosti pojmenovanou „metody a postupy“

(Gramotnosti ve vzdělávání, 2011). Úlohu v současnosti usnadňuje i mož-

nost využití elektronických čidel a senzorů, jejichž cena vzhledem ke kon-

kurenci klesá.

Častým argumentem proč učitelé ve výuce nezařazují experimenty, je

nedostatek metodologické podpory. Z tohoto důvodu vznikl tento příspě-

vek, jehož cílem bylo doplnit dosavadní náměty na pokusy s využitím USB

teploměru o další badatelsky pojatou úlohu.

Navržená úloha byla experimentálně ověřena na žácích 7. - 9. ročníku

základní školy, pro porovnání byla také úloha zadána žákům střední školy.

Na výsledky je tak proto nahlížet jako na orientační. Potvrzují ovšem před-

poklad, že žáci 7. ročníků nejsou schopni samostatného bádání a je jim za-

potřebí poskytnout více instrukcí. Výsledky rovněž naznačují, že ani témata

blízká každodennímu životu žáky neosloví natolik, aby se úloze věnovali

naplno. Tento fakt by mohl být zapříčiněn dobou, kdy byla úloha pilotová-

na. Pilotáž proto bude provedena i na začátku školního roku. Autoři se bu-

dou sami účastnit laboratorní práce, aby bylo výsledky žáků možno

interpretovat i na základě kvalitativně zjištěných dat.

0

20

40

60

80

100

0,0

22

,0

44

,0

66

,0

88

,0

11

0,0

13

2,0

15

4,0

17

6,0

20

7,5

22

9,5

25

1,5

27

3,5

29

5,5

31

7,5

33

9,5

36

1,5

38

9,0

41

1,0

43

3,0

45

5,0

47

7,0

49

9,0

52

1,0

54

3,0

58

4,5

Závislost teploty na čase při ohřenu vody

slaná voda sladká voda

480

V textu byla záměrně vynechána pasáž věnovaná vysvětlení daného je-

vu. Cílem bylo primárně zjistit a rozvíjet schopnost žáků plánovat experi-

ment a ověřovat si své předpoklady. Tepelné změny při rozpouštění jsou

možným učivem navazujícím na danou problematiku.

Následným krokem autorů bude tvorba dalších náměrů a úloh pro expe-

rimenty s využitím USB teploměru i jiných senzorů, jelikož v době jedno-

rázových grantů a dotací je zapotřebí, aby učitelé měli jasnou představu,

k čemu případné prostředky použít.

ZDROJE

Beneš, P., Rusek, M., Kudrna, T. v tisku. Tradice a současný stav pomůckového

zabezpečení edukačního chemického experimentu v České republice. Chemické listy.

Bílek, M. 1997. Výuka chemie s počítačem, Hradec Králové, Gaudeamus.

Bílek, M., Machková, V. 2012. Experimental Activities as Part of TPCK in Pre-graduate

Chemistry Teacher Education. In: PAWEŁ CIEŚLA, E. Ż., ALICJA ŻYLEWSKA (ed.)

Research in Didactics of the Sciences: Book of Abstracts. Kraków: Pedagogical

University of Kraków.

Klečková, M., Klanicová, A. , Novotná, R. 2012. Zkvalitnění profesní přípravy učitelů

přírodovědných oborů. Profesní příprava učitelů přírodovědných oborů pro uplatnění

v konkurenčním prostředí. Olomouc: UPOL.

OECD. 2012. PISA 2012 Assessment and Analytical Framework, OECD Publishing.

Papáček, M. 2010. Limity a šance zavádění badatelsky orientovaného vyučování

přírodopisu a biologie v České republice. In: PAPÁČEK, M. (ed.) Didaktika biologie

v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování. České Budějovice:

Jihočeská Univerzita.

Rusek, M. 2013. Výzkum postojů žáků středních škol k výuce chemie na základní škole.

Ph.D. Disertační práce, Univerzita Karlova v Praze, Pedagogická fakulta.

RVP 2007. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání, Praha, VÚP.

Ryplová, R., Reháková, J. 2011. Přínos badatelsky orientovaného vyučování (BOV) pro

environmentální výchovu: Případová studie implementace BOV do výuky na ZŠ.

Available: http://www.envigogika.cuni.cz/index.php/Envigogika/article/view/65/405.

Stuchlíková, I. 2010. O badatelsky orientovaném vyučování. In: PAPÁČEK, M. (ed.)

Didaktiak biologie v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování. České

Budějovice: Jihočeská Univerzita.

Škoda, J. 2003. Od chemofobie k respektování chemizace. Ph.D. Disertační práce,

Univerzita Karlova, Pedagogická fakulta.

Škoda, J., Doulík, P. 2009. Lesk a bída školního chemického experimentu. In: BÍLEK, M.

(ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. Hradec Králové: Gaudeamus.

VÚP. 2011. Gramotnost ve vzdělávání: příručka pro učitele, Praha, VÚP.

http://www.envigogika.cuni.cz/index.php/Envigogika/article/view/65/405

481

Author’s index

Akhmetov Marat 221, 267

Bartoszewicz Małgorzata 324

Berčíková Alena 80

Bidlo Richard 158

Bílek Martin 7, 130

Brdička Vlastimil 158

Brestenská Beáta 240, 389

Cibulkova Janka 389

Davydov Viktor 420

Deryabina Natalia 115

Egorova Axinija 425

Firsova Natalija 71

Gabriel Štěpán 473

Gmoch Ryszard 374

Gorbuniova Ludmila 103

Gorskis Mihails 130

Grégr Jan 351

Haláková Zuzana 231

Hanzalová Pavla 395

Hásek Roman 35

Hegrová Zuzana 450

Held Ľubomír 21

Hybelbauerová Simona 148

Chroustová Kateřina 395

Jančář Luděk 299

Jančářová Irena 299

Janoušková Svatava 214

Javorová Katarína 389

Jodas Bořivoj 203, 351

Juhász György 362

Kameníček Jiří 46, 168

Klečka Milan 195

Klečková Marta 46, 168

Klímová Helena 178, 185, 404

Kmeťová Jarmila 26

Kolář Karel 158

Koloros Petr 308

Košek Ondřej 338

Kraitr Milan 331

Krejčíková Alena 163

Kričfaluši Dana 11

Križanová Milica 240

Kudrna Tomáš 214

Kuželová Nikola 473

Látal František 168

Lavonen Jari 130

Linkešová Mária 277

Maršák Jan 214

Metelková Iva 430

Minchenkov Evgeny 64

Mirenkova Elena 258

Nakhova Natalia 60

Navrátil Vladislav 439

Nývlt Petr 311

Opatová Michala 148

Orlik Yuri 52

Oroszová Katarína 231

Paśko Jan Rajmund 54

Paveleková Ivona 277

Petrová Jitka 80

Petriláková Monika 458

Prášilová Jana 46, 168

Prokša Miroslav 249

Pumpr Václav 214

Reguli Ján 95

Richtr Václav 163, 464

Rusek Martin 345, 473

Rychtera Jiří 35

Ryzhova Oxana 288

Sirotek Vladimír 126

Slavík Martin 203, 351

Solárová Marie 90

Stárková Dagmar 345

Sulcius Algirdas 130

Svirksts Janis 130

Svobodová Jindřiška 439

Svobodová Markéta 464

Szarka Katarína 362

Škrabánková Jana 379

Šmejkal Petr 411

Šponiar Martin 389

Štrofová Jitka 331, 464

Šulcová Renata 450

Teleshov Sergej 130

Teleshova Elena 130

Teplá Milada 178, 404

482

Tõldsepp Aarne 130

Třeštíková Tereza 185

Tugulchieva Viktorija 103

Vasiljeva Polina 103

Vernigora Aleksander 71

Veřmiřovský Jan 379

Vojtajová Markéta 195

Volkova Natalija 71

Vrzáčková Eva 411

Vyskočil Jaroslav 203

Zámečníková Veronika 458

Zorkina Olga 71

Zorova Elena 221

List of Authors and e-Contacts

Marat Akhmetov Teachers’ Professional Skills

Advancement Institute, Ulyanovsk,

Russian Federation

[email protected]

Małgorzata Bartoszewicz

Faculty of Chemistry, Adam Mickiewicz

University, Poznan, Poland

[email protected]

Alena Berčíková Pedagogická fakulta, Univerzita

Palackého v Olomouci, Česká republika

[email protected]

Richard Bidlo Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Hradec Králové

Hradec Králové, Česká republika

[email protected]

Martin Bílek University of Hradec Králové, Czech

Republic

[email protected]

Vlastimil Brdička Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Hradec Králové


[email protected]

Beáta Brestenská Prírodovedecká fakulta, Univerzita

Komenského, Bratislava, Slovensko [email protected]

Janka Cibulkova

Prírodovedecká fakulta, Univerzita

Komenského, Bratislava, Slovensko

[email protected]

Viktor Davydov Saint-Petersburg State University of

Economics , St. Petersburg

[email protected]

Natalia Deryabina Lomonosov Moscow State University,

Moscow, Russian Federation

[email protected]

Axinija E. Egorova North-Eastern Federal University M.K.

Ammosova, Yakutsk, Russia

[email protected]

Наталья Фирстова Естественнонаучный факультет,

Пензенский государственный

университет,

Пенза, Россия

[email protected]




483

Štěpán Gabriel Pedagogická fakulta, Univerzita

Karlova v Praze, Česká republika

[email protected]

Ryszard Gmoch Institute of Educational Studies, Opole

University, Poland

[email protected]

Людмила Г. Горбунова Государственный университет

морского и речного флота имени

адмирала С. О. Макарова

Котласский филиал, г. Котлас,

Архангельская область, Россия

[email protected]

Mihails Gorskis Daugavpils University, Latvia

[email protected]

Jan Grégr Fakulta přírodovědně-humanitní a

pedagogická, Technická univerzita v

Liberci, Liberec, Česká republika

[email protected]

Zuzana Haláková Prírodovedecká fakulta Univerzita

Komenského,

Bratislava, Slovenská republika

[email protected]

Pavla Hanzalová

Pedagogická fakulta, Univerzita Hradec

Králové, Hradec Králové, Česká

republika

[email protected]

Roman Hásek Vyšší odborná škola zdravotnická a

Střední zdravotnická škola Trutnov,

Česká republika

hasek@szstrutnov

Zuzana Hegrová Příodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Ľubomír Held Pedagogická fakulta, Trnavská

univerzita, Trnava, Slovakia

[email protected]

Simona Hybelbauerová Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Karlova, Praha, Česká republika

[email protected]

Kateřina Chroustová Přírodovědecká fakulta,Univerzita

Hradec Králové, Hradec Králové,

Česká republika

[email protected]

Luděk Jančář Pedagogická fakulta, Masarykova

univerzita, Brno, Česká republika

[email protected]

Irena Jančářová Agronomická fakulta, Mendelova

univerzita, Brno, Česká republika

[email protected]

Svatava Janoušková Centrum pro otázky životního prostředí

Univerzity Karlovy v Praze, Česká

republika

[email protected]




484

Katarína Javorová Prírodovedecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Bořivoj Jodas Fakulta přírodovědně-humanitní a



[email protected]

György Juhász Chemistry Department, J. Selye

University, Komárno, Slovakia

[email protected]

Jiří Kameníček Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Palackého, Olomouc, Česká republika

[email protected]

Milan Klečka Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Karlova v Praze, Praha, Česká

republika

[email protected]

Marta Klečková Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Helena Klímová Přírodovědecká fakulta, Univerzita


republika

[email protected]

Jarmila Kmeťová Faculty of Natural Sciences, Matej Bel

University, Banská Bystrica, Slovak

republic

[email protected]

Karel Kolář Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Hradec Králové


[email protected]

Petr Koloros Gymnázium Pierra de Coubertina,

Tábor, Česká republika

[email protected]

Ondřej Košek Střední škola a mateřská škola, Liberec,

Česká republika

Přírodovědecká fakulta, Univerzity

Karlovy, Praha, Česká republika

[email protected]

Milan Kraitr Faculty of Education, University of

West Bohemia, Pilsen, Czech Republic

[email protected]

Alena Krejčíková Faculty of Science,Charles University,

Prague,Czech Republic

[email protected]

Dana Kričfaluši Přírodovědecká fakulta, Ostravská

univerzita v Ostravě, Česká republika

[email protected]

Milica Križanová Prírodovedecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Tomáš Kudrna Lach-Ner, s.r.o.

[email protected], Česká republika





485

Nikola Kuželová Pedagogická fakulta, Univerzita


[email protected]

František Látal Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Jari Lavonen University of Helsinki, Finland

[email protected]

Mária Linkešová Pedagogická fakulta, Trnavská

univerzita v Trnave, Trnava, Slovenská

republika

[email protected]

Jan Maršák Nezávislý odborník na danou

problematiku, Česká republika

[email protected]

Iva Metelková Katedra chemie a didaktiky chemie,

Pedagogická fakulta Univerzity Karlovy

v Praze, Praha, Česká republika,

[email protected]

Evgeny Minchenkov Moscow Regional State University,

Moscow, Russia

[email protected]

Elena V. Mirenkova Smolensk, Smolensk state University,

Russia

[email protected]

Natalia A. Nakhova North-Eastern Federal University M. K.

Ammosova, Yakutsk, Russia

[email protected]

Vladislav Navrátil Pedagogická fakulta Masarykovy

Univerzity, Poříčí 7, 603 00 Brno

[email protected]

Petr Nývlt Gymnázium Pierra de Coubertina

Tábor

[email protected]

Michala Opatová Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Yuri Orlik Federal University of Latin-American

Integration, UNILA, Foz do Iguaçu,

Brazil

[email protected]

Katarína Oroszová Prírodovedecká fakulta Univerzita

Komenského,

Bratislava, Slovenská republika

[email protected]

Jan Rajmund Paśko Uniwersytet pedagogiczny, Krakow,

Polska

[email protected]

Ivona Paveleková Pedagogická fakulta, Trnavská

univerzita v Trnave, Trnava, Slovenská

republika

[email protected]






486

Jitka Petrová Pedagogická fakulta, Univerzita


[email protected]

Monika Petriláková Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Jana Prášilová Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Miroslav Prokša Prírodovedecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Václav Pumpr Obchodní akademie, Dušní 7, Praha,

Česká republika

[email protected]

Ján Reguli Pedagogická fakulta, Trnavská

univerzita v Trnave, Slovensko

[email protected]

Václav Richtr Faculty of Education,University of West

Bohemia in Pilsen,Czech Republic

[email protected]

Martin Rusek Pedagogická fakulta, Univerzita


[email protected]

Jiří Rychtera Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Oксана Рыжова Химический факультет Московского

государственного университета им.

М.В. Ломоносова, Москва, Россия

[email protected]

Vladimír Sirotek Faculty of Education, University of

West Bohemia, Pilsen, Czech Republic

[email protected]

Martin Slavík Fakulta přírodovědně-humanitní a



[email protected]

Marie Solárová Přírodovědecká fakulta, Ostravská

univerzita v Ostravě, Ostrava, Česká

Republika

[email protected]

Dagmar Stárková Přírodovědecká fakulta Univerzity

Karlovy v Praze, Praha, Česká

republika

[email protected]

Algirdas Sulcius Kaunas University of Technology,

Lithuania

[email protected]

Janis Svirksts University of Latvia, Riga, Latvia

[email protected]







487

Jindřiška Svobodová Pedagogická fakulta Masarykovy

Univerzity, Poříčí 7, 603 00 Brno

[email protected]

Markéta Svobodová Pedagogická fakulta, Západočeská

univerzita v Plzni, Plzeň, Česká

republika

[email protected]

Katarína Szarka Chemistry Department, J. Selye

University, Komárno, Slovakia

[email protected]

Jana Škrabánková Výzkumné centrum edukačních a

evaluačních procesů, Pedagogická

fakulta, Ostravská univerzita v Ostravě,

Ostrava, Česká republika

[email protected]

Petr Šmejkal Faculty of Science, Charles University

in Prague, Albertov 6, 128 43 Prague,

Czech Republic

[email protected]

Martin Šponiar Prírodovedecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Jitka Štrofová Pedagogická fakulta, Západočeská

univerzita v Plzni, Plzeň, Česká

republika

[email protected]

Renata Šulcová Příodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Sergei Teleshov Saint Petersburg, Russia

[email protected]

Elena Teleshova Saint Petersburg, Russia

[email protected]

Milada Teplá Přírodovědecká fakulta, Univerzita


republika

[email protected]

Aarne Tõldsepp Tartu University, Estonia

[email protected]

Tereza Třeštíková Přirodovědecká fakulta, Univerzita

Karlova v Praze, Czech Republic

[email protected]

Виктoрия С. Тугульчиева Калмыцкий государственный

университет, г. Элиста, Россия

[email protected]

Полина Д. Васильева

Калмыцкий государственный

университет, г. Элиста, Россия

[email protected]




488

Александр Вернигора Естественнонаучный факультет,


университет,

Пенза, Россия

[email protected]

Jan Veřmiřovský Výzkumné centrum edukačních a

evaluačních procesů, Pedagogická

fakulta, Ostravská univerzita v Ostravě,

Ostrava, Česká republika

[email protected]

Markéta Vojtajová Přírodovědecká fakulta, Univerzita


republika

[email protected]

Наталья Волкова Естественнонаучный факультет,


университет, Пенза, Россия

[email protected]

Eva Vrzáčková Faculty of Science, Charles University

in Prague, Prague, Czech Republic

[email protected]

Jaroslav Vyskočil ZŠ s RVJ Liberec, Husova, Liberec,

Česká republika

[email protected]

Veronika Zámečníková Přírodovědecká fakulta, Univerzita


[email protected]

Ольга Зорькина Естественнонаучный факультет,


университет, Пенза, Россия [email protected]

Elena Zorova Municipal Secondary School №17,

Dimitrovgrad, Russian Federation,

[email protected]





Název/Title: Výzkum, teorie a praxe v didaktice

chemie a Přírodovědné a technologické vzdělávání pro XXI. století/Research, Theory and Practice in Chemistry Didactics XXIII and Science and Technology Education for the 21st Century

Rok a místo vydání/Year and Place of Publication: 2014, Hradec Králové Vydání/Edition: první/the first Náklad/Printing: 150 Počítačová sazba/ Computer Processing: Valentýna Bílková and Martin Bílek jr. Vydalo nakladatelství Gaudeamus při Univerzitě Hradec Králové jako svou 1357. publikaci. Printed by Gaudeamus Publishing House, University of Hradec Králové, as its 1357. publication. ISBN 978-80-7435-417-5

výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie/ přírodovědné a ...

Documents

Transcript of výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie/ přírodovědné a ...