Naučme se učit se 5 – POGIL v akci

Ověření badatelsky orientovaných, počítačem podporovaných přírodovědných experimentů v praxi ZŠ

V několika předchozích číslech tohoto časopisu jsme se zamýšleli, nad novým přístupem k vyučování přírodních věd pomocí počítačem podporovaných badatelských experimentů. Dovolte, abych tento miniseriál dnešním dílem ukončil. Rád bych zde shrnul několik praktických postřehů z průběhu realizace projektu a srovnal nabyté zkušenosti s teoretickými předpoklady, s nimiž jsme do projektu vstupovali.

Poznámky k technice a počítačům:

Praxe ukázala, že je velice výhodné, pokud žáci usedají do měřicích hnízd k počítačům, na kterých již běží příprava, kterou s nimi chce učitel v hodině projít. Před měřením s elektronickým průvodcem v počítači je z hlediska plynulosti chodu programu (a celé výuky) jistě výhodnější mít úlohy na pevném disku PC a v ideálním případě být přihlášen v lokálu, neboť jakékoli dodatečné stahování úloh ze vzdálených společných disků (či dokonce jejich spouštění odtud) v rámci samotných 45 min neúměrně zdržuje, a sice přesně o těch 12 minut, které na konci vyučovací hodiny chybí. Nejlépe tedy, pokud jsou úlohy již před usednutím žáků spuštěny, a hardware zapojen. Plynulost výuky je však v tomto případě vykoupena učitelovým časem o přestávce před hodinou, (resp. také časem učitelova kolegy neboť „rozběhnout“ 10 úloh za pět minut je skutečným závodem o každou sekundu).

Poznámky k rolím žáků:

Rozdělení žáků do skupin po 2-3 se dle mého názoru osvědčilo. Je celkem šikovné hned v úvodu uvědomit žáky, aby si rozdělili role na: „IT odborníka – operátora PC“, „konstruktéra – laboranta“, neboť děti pak v jednotlivých rolích zodpovídají za konkrétní úkony v rámci experimentu, a tím jej i jako celek více považují „za vlastní“. Při práci ve trojicích je vhodné ustanovit ještě funkci „zapisovatel a mluvčí“, který se stará o papírovou formu protokolu a následně také před třídou prezentuje výsledky svého týmu.

Ač by se na první pohled mohlo zdát, že počítačem podporované experimenty se díky formě POGIL bez papíru úplně obejdou, pravdou je opak. Jsem toho názoru, že papír a tužka má na lavici a ve výuce své nezastupitelné místo! Je sice pravda, že v rámci úlohy lze zajistit úplnou interakci žáka s počítačem. Také je pravda, že v úloze nalezneme vše, co k provedení a vyhodnocení experimentu budeme potřebovat – strany úlohy s uvedeným postupem měření, stejně jako strany, na nichž žáci odpovídají na otázky v analytické i syntetické části hodiny.

Je však plná interakce se strojem skutečně dostatečná pro „naučení se“ něčemu?

Jsem toho názoru, že pouhá komunikace s obrazovkou PC může v některých případech dokonce uspořádání vlastních žákových myšlenek bránit, neboť mu může překážet ve snaze vymanit se z „předkousaných škatulek“ učitelovy elektronické přípravy. Ač se výše zmíněný „poznatek“ může zdát úsměvným, a na první pohled pochopitelným „objevením Ameriky“, jedním z našich nejcennějších závěrů je skutečnost, že papír a tužka má své nezastupitelné místo, a to nejen na lavici jako takové, ale také v celém didaktickém procesu.

Podivným připodobněním řečeno: má-li žák něco sám strávit, nemůže mu to učitel kompletně předžvýkat! Je až s podivem, jak často jsou žáci zmateni, když jim řeknete, aby si z celého experimentu dělali vlastní poznámky, ze kterých by sami dokázali později určit, co vlastně měřili, a k jakým hodnotám došli. Často nejsou schopni bez pomoci zaznamenat a interpretovat i zcela jednoduché závislosti. („A jak mám jako vytvořit tabulku závislosti tlaku na hloubce?“) Výše zmíněná neschopnost či neochota „vystoupit z programu“, v němž jsou tabulky, grafy a postupy předpřipraveny se projevuje až překvapivě silně. Počítač – nástroj pro žákovu aktivizaci se tak najednou stává svým přesným opakem. Z dobrého sluhy, jehož původní funkce měla být ulehčit žákům soustředění se na věci v experimentu významné (tj. to, co je „před měřicími senzory“, naprosto „mimo počítač“), se stává zlý pán, který naopak brání dětem vystoupit za rámec přípravy v počítači. V extrémních případech se pak může dokonce stát i to, že žáci bezduše „odklikávají“ jednotlivá stránky měření, vyplňují pole, která jsou na nich připravena, aniž by v nich byli duchem skutečně přítomni! Toto je však jedním z největších nebezpečí žákovské interakce se světem informačních technologií vůbec.

Dalším ze současných mýtů, který se nám nepodařilo potvrdit, je časté konstatování, že tématika přírodních věd bude dětem připadat atraktivnější a bližší již díky prosté přítomnosti počítačů. Často se setkáváme s názorem, že „počítačoví domorodci“ přeci snadněji akceptují a vstřebají informaci, která k nim přichází prostřednictvím displaye, neboť jsou na něj zvyklí a tato forma „komunikace“ jim přijde samozřejmá. Samotná přítomnost počítače ve výuce však v žádném případě nezajistí ani to, aby výuka děti více bavila, tím méně pak to, aby se v ní něco více dozvěděly. Skutečnost, že děti jsou v denním životě IT doslova obklopeny, vede naopak spíše k tomu, že PC ve škole svůj motivační charakter „ozvláštnění výuky“ velice rychle ztrácejí. Žáci pak mohou přistupovat k PC úloze o to více povrchně. (Navíc mnozí z nich jsou z domova zvyklí pracovat s mnohem výkonnějšími a modernějšími technologiemi, nežli je ta, kterou aktuálně disponuje škola!)

Výše uvedená motivační a pedagogická úskalí v interakci žáků s počítači ukázala užitečnost následujících postupů: 1) přírodovědné experimenty s podporou PC je vhodné vždy doplnit nějakým tematicky příbuzným experimentem „z ruky“. 2) Žáci se v rámci počítačem podporovaných experimentů nemusí pasovat pouze do rolí příjemců informace. Neuvěřitelně úspěšné byly naopak ty úlohy, ve kterých byli žáci v rolích jejich tvůrců!

Obě dvě doplnění byla naplno vyzkoušena v rámci jakéhosi „vědeckého jarmarku“, v zábavném dni plném přírodovědného experimentování, který ZŠ a MŠ Dolní Břežany v rámci projektu uspořádala. Škola připravila (ve spolupráci s organizací Věda nás baví o.p.s.) 12 stanovišť, na nichž byly realizovány vždy jeden či dva experimenty, zaměřené na demonstrace fyzikálních zákonitostí „z ruky“. Děti z okolních ZŠ a MŠ (a návštěvníci z řad široké veřejnosti) se rozdělili do skupin po 4 – 5, a měli za úkol odpovídat na stanovištích na otázky týkající se daného pokusu (otázky se lišily v závislosti na věku dětí). Pokusy byly zaměřeny tak, aby si je každý mohl vyzkoušet „na vlastní kůži“. Tyto pokusy děti z „hostitelské školy“ doplnily vhodně zvoleným počítačovým měřením. Tak např. stanoviště zaměřené na magnetismus, kde byla levitující sponka a zobrazené magnetické siločáry ze železných pilin, bylo doplněno senzorem magnetického pole s měřením jeho intenzity. Stanoviště s demonstrací větrného mlýna bylo doplněno senzorem počasí s anemometrem, u vystavených ladiček a modelu reproduktoru byl umístěn senzor na frekvenční analýzu zvuku, u stanoviště s ebonitovou tyčí a liščím ohonem byl počítač se senzorem elektrického náboje, u stanoviště, na kterém se přeléval CO2 (a vedle pod poklopem byla svíčka požírající kyslík), byly senzory plynného kyslíku a oxidu uhličitého. Nejkrásnější na těchto „jarmarečních“ úlohách však byla skutečnost, že (díky zásluze pana učitele Nádvorníka, který děti se softwarem seznámil) je tvořily děti sami!

Dětští tvůrci tedy v tomto případě zpracovávali stejnou (jen rozsahem vhodně zkrácenou) úlohovou šablonou, jako je ta, ve které pro ně předtím připravovali pokusy jejich učitelé (o struktuře šablony a její funkci v hodině jsme pojednali minule). Původní záměr vytvářet experimenty pro dětská bádání byl tak navýšen o jednu, v cílích projektu nevytýčenou dimenzi. Výsledkem jsou pak skutečně velmi pěkné úlohy, obsahující neotřelé nápady, které vytvořili deváťáci pro své mladší spolužáky!

To, že starší spolužáci sami (a velice ochotně) dokázali zastat role učitelů, vedlo také k tomu, že experimenty upoutaly též pozornost mladších dětí (3. a 4. ročníků), které sami dosud s podobným stylem výuky do styku nepřišly. Možnost tvorby vlastních přírodovědných příběhů a experimentů je také vynikajícím prostředkem, kterak upoutat pozornost nadaných žáků, kterým úloha, již připravil učitel pro jejich spolužáky, připadá triviální! Tyto úlohy také naleznete na webových stránkách projektu, včetně fotografií.

Poznámky k časové dotaci. Praktická realizace vytvořených úloh přímo ve výuce ukázala, že děti základních škol zcela bez problémů zvládají dvouhodinovku (2 x 45 minut) strávenou přírodovědným badatelským experimentováním metodou POGIL. Původní námitky některých kantorů, že děti po tuto dobu neudrží pozornost, se tak nepotvrdily. Přesto jsou některé z úloh koncipovány tak, aby je bylo možno stihnout v jedné vyučovací hodině. Důvody jsou pragmatické. I když by tento činnostní způsob výuky jistě zasluhoval vyšší časovou dotaci, není lehké vytvořit pro něj prostor s ohledem na rozvrh celé školy (přesouvání hodin, suplování atd.). Takovýto požadavek tedy zřejmě musí být řešen širší, rámcovou změnou ŠVP. Touto změnou se vedení školy nyní skutečně intenzivně zabývá, a sice ve formě plánovaného rozšíření výuky přírodovědných předmětů.

(O konkrétních úskalích snah vtěsnat POGIL úlohy do 45 minut je pojednáno v minulém čísle.)

S problematikou časového rozvržení úzce souvisí také poslední metodická poznámka k rytmu hodiny. Zkušební hodiny s metodou POGIL jasně ukázaly, že tento způsob vyučování přeje žákovské práci „vlastním tempem“.

Zpočátku (a téměř výhradně v pokusech s časovou dotací 45 minut) bylo využíváno interaktivní tabule, pomocí níž se děti mohly zorientovat, kde se zrovna v úloze nacházejí. Tento „metronom“ byl však využíván hlavně tehdy, kdy učitel potřeboval tempo dětí v hodině ovládat. Na žácích sice bylo, jak se s výzvami úlohy vypořádají, avšak kapitoly experimentu v rámci třídy „lícovaly“. V rámci krátkého času není vhodné, aby např. dvě skupinky ještě měřily, zatímco další tři již data vyhodnocují. I v tomto stylu má sice práce vlastním tempem své místo, jak je však již výše psáno – pouze v rámcích jednotlivých kapitol. Postupem času však děti zvládaly samy i vlastní organizaci kompletně celého experimentu, tj. i sled jeho jednotlivých kapitol, a úlohy měřily zcela ve svém rytmu. Některé úlohy (viz např. ukázku z fyziky či biologie) dokonce realizovaly tak, že jednotlivá badatelská hnízda záměrně plnila zcela jiné, s tematikou spojené úkoly. (Ve fyzice část zkoumala závislost indukovaného proudu na počtu závitů, část na rychlosti pohybu magnetu, v biologii některé týmy sledovaly navyšující se koncentraci CO2, zatímco jiné podrobovaly kvasinky výzkumu pod mikroskopem.)

Jedno z posledních kritérií, které jsme chtěli v rámci projektu ověřit, je otázka počtu žáků ve třídě, resp. poměr ve vyučování přítomných učitelů a žáků. V počátcích projektu byl vždy ve třídě vedle učitele, kterého žáci na daný předmět mají, také asistent. Jeho původně zamýšlenou hlavní funkcí bylo pomoci dětem zorientovat se v postupu experimentu a pomoci jim zvyknout si na experimenty ve formě elektronických příprav. Postupující praxe pak ukázala, že nešlo ani tak o rozptýlení ostychu dětí, jako spíše učitelů. Žáci si na tempo i styl hodiny velice rychle zvykli a v dalších hodinách již žádných větších pomocí nevyžadovali. Role asistenta se tak vbrzku omezila na jakéhosi pomocníka s IT v případech (které se bohužel stávaly), kdy se technika „kousla“ a odmítala poslušnost. V tomto případě je skutečně neocenitelné, je-li ve třídě někdo, kdo pomůže v postiženém hnízdě problém vyřešit, zatímco učitelova pozornost může zůstat soustředěna na výuku zbytku třídy.

Projekt zaváděl nový styl výuky do dvou základních škol. Na jedné „klasické“ se počet dětí ve třídě často blížil k 30 a pracovalo se zde vždy minimálně v 8 badatelských týmech o počtu 3 žáků. Druhá ZŠ je školou „soukromou“, s vyšší měrou individualizace výuky, počty žáků ve třídách pak byly poloviční. Do projektu jsme vstupovali s hypotézou, že větší míra individualizace ve třídách s nižšími počty žáků povede k lepším výsledkům výuky metodou POGIL. Předpokládali jsme, že učitel bude mít s menším počtem badatelských hnízd svou práci také „méně náročnou“. I přes vědomí skutečnosti, že kritérium „náročná výuka“ je velice subjektivní a záleží na osobě učitele, lze z provedených hospitací vyvodit závěr, že počet dětí, které úlohou procházejí, nehraje tak významnou roli v nárocích kladených na pedagoga, jak jsme původně předpokládali.

Lapidárně řečeno, bylo de facto lhostejno, zda úlohu provádí třída o třiceti či patnácti žácích. V obou případech se rozdělila na samostatné badatelské buňky, které dokázaly více či méně samostatně pracovat dle zásad pedagogických programů, které pro ně učitelé připravili. Užitečnost asistentovy přítomnosti (z výše zmíněných důvodů) nezpochybňuje nikdo ze zúčastněných pedagogů v obou zmíněných školách. Očekávané výrazné ztížení pedagogické práce touto metodou při výuce vyššího počtu bádajících žáků se však nenaplnilo.

Závěrem bych chtěl ještě jednou poděkovat všem, kteří se na realizaci projektu podíleli. Zejména všem učitelkám a učitelům zúčastněných škol za zpracování experimentů, jejich implementaci do svého učebního plánu, trpělivost při zavádění nových forem výuky a odvahu, s níž vykročili mimo svou zavedenou školní praxi.

Děkuji jim za to, že byli ochotni snášet vrtochy počítačů a měřicí techniky, a přes všechny překážky ve směru nastoleném projektem pokračovali a pokračují. Děkuji jim za jejich připomínky a poznatky, o něž se v rámci projektu dělili.

Pevně věřím, že projektem nabyté zkušenosti, metody a postupy nezůstanou uvězněny pouze v časových hranicích jeho realizace. Věřím, že se na obou zúčastněných školách stanou normální a každodenní pedagogickou praxí. Všem dětem, které se takto zajímavého vyučování pod vedením těchto učitelů zúčastní, jejich hodiny fyziky, chemie, přírodopisu a zeměpisu malinko závidím… ale ze srdce jim to přeji.

Možná, že i tento náš projekt přispěje k tomu, že přestanou výuku přírodních věd brát jako nudnou a suchopárnou povinnost školní docházky, ale jako zajímavou životní zkušenost. To bylo hlavním cílem všech aktivit „ŽIVOT JE VĚDA“. Jsem přesvědčen, že naši žáci se alespoň trošku naučí „v životě“ rozhlížet „vědeckýma očima“, stejně jako že pochopí, že „věda“ sama je „živoucím“ fenoménem.

Miroslav Staněk, Ph. D., Metodik ZŠ Dolní Břežany, stanek@skolabrezany.cz

Snímky úlohy jež vznikla v rámci projektu Zákony přírody na dosah žákům – Badatelský způsob výuky na ZŠ, registrační číslo CZ.1.07/1.1.32/02.0029, Základní škola a Mateřská škola Dolní Břežany, Na Vršku 290, PSČ 252

41. Hotové materiály si budete moci již brzy stáhnout na projektovém webu WWW.ZIVOTJEVEDA.CZ nebo na portálu WWW.EXPERIMENTUJME.CZ v sekci projekty.