Pojem badatelsky orientovaná výuka se v českém vzdělávacím systému objevuje v posledním desetiletí stále častěji. Tento český termín vychází z anglického názvu Inquiry-based Science Education, který označuje inovativní vzdělávací přístup uplatňovaný především ve výuce přírodovědných předmětů. Jeho základem je aktivní zapojení žáka do vzdělávacího procesu. Mění se také role učitele, který stává spíše průvodcem nebo rádcem; jeho dominantní role „přenašeče“ vědomostí je potlačena. Kromě změny stylu výuky se mění i vzdělávací cíle. Důraz je kladen na rozvoj kompetencí žáků, které odpovídají novým požadavkům, kompetencím pro 21. století (Bybee, Carlson-Powell, & Trowbridge, 2010).
Podle výsledků výzkumů (např. Trna & Trnová, 2015; Dostál, 2015; Kireš et al., 2016) badatelsky orientovaná výuka (dále BOV) motivuje žáky ke studiu přírodovědných předmětů a vede ke kvalitním vzdělávacím výstupům. Na základě těchto zjištění se zdá, že bychom mohli konstatovat, že se konečně našel lék na nezájem žáků o přírodovědné předměty. Paralela s lékem však napovídá, že je nutné umět BOV vhodně aplikovat a že může mít „vedlejší účinky“. Protože se jedná o rozsáhlé téma, v tomto článku se zaměříme na experimenty, které mají pro výuku přírodovědných předmětů zásadní význam a obvykle tvoří jádro BOV.
Nejčastěji zmiňovaným přínosem BOV je motivace žáků. K té však nedochází automaticky. Je nutné vědět, co žáky motivuje. Především je to jejich aktivita. Jak napovídá termín badatelsky orientovaná výuka, je hlavní náplní bádání žáků, které Stuchlíková (2010, s. 130) výstižně popisuje jako „cílevědomý proces formulování problémů, kritického experimentování, posuzování alternativ, plánování zkoumání a ověřování, vyvozování závěrů, vyhledávání informací, vytváření modelů studovaných dějů, rozpravy s ostatními a formování koherentních argumentů“. Při správné realizaci bádání žáci pasivně nepřijímají informace, ale podobně jako vědci zkoumají a docházejí k závěrům. Je ale mylné předpokládat, že všichni žáci budou bádat od prvopočátku zcela nezávisle na učiteli. Banchi a Bell (2008) definovali podle podílu vedení ze strany učitele (pomoc při postupu, kladení návodných otázek a formulace očekávaných výsledků) čtyři úrovně bádání, a to potvrzující, strukturované, nasměrované a otevřené (viz tab. 1). Tyto úrovně bádání, potažmo BOV, učitelům poskytují prostor k diferenciaci náročnosti v rámci výuky a žákům umožňují zapojení podle jejich schopností.
Tabulka 1
Čtyři úrovně BOV
|
Úroveň BOV |
Otázky stanovené učitelem |
Postup stanovený učitelem |
Řešení stanovené učitelem |
|
1. Potvrzující (confirmation) |
ano |
ano |
ano |
|
2. Strukturované (structured) |
ano |
ano |
ne |
|
3. Nasměrované (guided) |
částečně |
ne |
ne |
|
4. Otevřené (open) |
ne |
ne |
ne |
Základem přírodovědného bádání je obvykle experimentování, s úrovní bádání tedy úzce souvisí různá úroveň realizace experimentů. Aby experimentování bylo skutečně bádáním, ne pouze „manipulací“, žáci musí mít nejen potřebné dovednosti, ale také vědomosti. Úspěch BOV je podmíněn schopností učitele vhodně zvolit nejen téma, ale také úroveň bádání adekvátní schopnostem žáků. Možnost realizovat experimenty zabývající se stejnou problematikou na různé úrovni bádání odpovídající schopnostem jednotlivých žáků umožňuje individualizaci výuky v heterogenní skupině.
V následujícím textu se pokusíme na popisu konkrétních experimentů zabývajících se stejnou problematikou vysvětlit rozdíly mezi jednotlivými úrovněmi bádání. Bylo zvoleno téma související s plováním těles, které je lehce pochopitelné i pro „nefyziky“.
Potvrzující bádání
Při potvrzujícím bádání jde o jednoduché deduktivní potvrzení nebo ověření známých přírodních zákonů. Cílem tohoto typu bádání tedy není objevení nové zákonitosti žákem, ale její potvrzení. Někteří autoři proto potvrzující bádání považují jen za „nultou“ úroveň skutečného bádání. Přesto má tato úroveň bádání svůj nemalý význam, zejména v oblasti žákovského experimentování, kdy si učitel klade za cíl vytvořit a rozvinout zejména pozorovací a experimentální dovednosti žáků. Žáci by měli získat praxi v experimentování a osvojit si příslušné badatelské dovednosti, ke kterým patří např. sestavování aparatur, měření veličin, zaznamenávání a zpracování dat. Význam má také pro pochopení a fixaci poznatků, které si žák během bádání ověřuje.
Pro experimenty této první úrovně BOV je charakteristické, že výsledky prováděných experimentů jsou žákům předem známy, jde tedy o deduktivní badatelský přístup. Žáci postupují při experimentování podle učitelem stanovené badatelské otázky, v souladu s detailním návodem učitele a pod jeho přímým vedením. Takovéto žákovské experimentování je vhodné především pro žáky nižšího školního věku (první stupeň základní školy), ale je použitelné ve vhodných případech (např. složité jevy) i pro starší žáky. Jako příklad potvrzujícího bádání je možno uvést následující experiment:
Plování, vznášení a potápění těles v kapalinách (potvrzující experiment)
Jde o potvrzující experiment, který je zařazen v rámci expozice (případně i fixace) zákonitosti chování tělesa v kapalině, kde je toto chování závislé na poměru hustoty kapaliny a průměrné hustoty tělesa. Žáci při experimentu postupují podle návodu (pracovního listu), ve kterém jsou uvedeny pomůcky i jednotlivé kroky experimentu. Jádrem návodu je tabulka 2.
Tabulka 2
Potvrzující experiment – tabulka z pracovního listu
|
Předmět |
Látka |
Hustota látky |
Chování tělesa ve vodě o hustotě: 1,0 g/cm3 |
|
|
1 |
železná kulička |
železo |
7,8 g/cm3 |
potápění |
|
2 |
plastová kulička |
plast |
1,0 g/cm3 |
vznášení |
|
3 |
polystyrenová kulička |
pěnový polystyren |
0,03 g/cm3 |
plování |
Učitel na úvod zřetelně uvede badatelskou otázku (úkol) v podobě:
„Potvrď experimentem, že chování tělesa v kapalině závisí na jeho hustotě!“
Učitel žáky v úvodu experimentu informuje o významu srovnání hustoty kapaliny a příslušné látky, popíše a zdůvodní žákům rozdílnosti v chování těles při ponoření do kapaliny. Následně žáci potvrzují chování těles různých hustot jejich postupným vkládáním do vody ve sklenici: potápění (železná kulička), vznášení se (plastová kulička) a plování (polystyrénová kulička). Žáci frontálně provádějí experiment se sklenicí s vodou. Do vody postupně vkládají rukou jednotlivé homogenní předměty bez dutin (kostky, kuličky apod.), které jsou vyrobeny z látek o známé hustotě (viz obr. 1). Návod obsahuje tabulku (viz tab. 2) s uvedenými konkrétními předměty, označením příslušné látky a údajem o hustotě těchto látek. Z důvodu snazšího porozumění jevu je vhodné, aby tělesa měla stejný tvar i objem (fixace dalších proměnných/veličin při experimentu). Žáci pozorují průběh experimentu. Svá pozorování srovnávají s výsledky v předepsané tabulce (tab. 2). Na tomto experimentálním základě jednoduše potvrzují příslušnou teorii plování těles.
Obrázek 1. Potvrzující experiment: sklenice s vodou; železná, plastová a polystyrénová kulička.
Strukturované bádání
Na druhé úrovni BOV při strukturovaném žákovském bádání učitel stále ještě podstatně ovlivňuje aktivity žáků, a to zejména tím, že klade badatelské otázky (úkoly) a stanovuje cestu tohoto bádání. Žáci následně hledají řešení (odpovědi) pomocí svého vlastního bádání a sbírají důkazy pro svá vysvětlení a závěry, které shromáždili. Postup žákovského experimentování je učitelem relativně podrobně stanoven, ale řešení není předem známo. Žáci projevují svoje badatelské schopnosti při objevování příslušných zákonitostí. Jde tedy o induktivní přístup. Bádání žáků je však stále výrazně regulováno a podporováno učitelovými instrukcemi. Strukturované bádání rozvíjí kromě experimentálních dovedností i myšlenkové operace žáků, jako je stanovování a ověřování jednoduchých hypotéz, analyticko-syntetický přístup aj. Tato druhá úroveň bádání je velmi důležitá jako předpoklad pro rozvoj schopnosti žáků řešit úlohy na vyšší úrovni bádání. Jako příklad strukturovaného experimentu je možno uvést následující experiment.
Plování, vznášení a potápění těles v kapalinách (strukturovaný experiment)
Jde o induktivní objevný žákovský experiment, který je zařazen v rámci expozice učiva o plování těles. Žáci hledají faktory (veličiny) ovlivňující chování tělesa v kapalině, kde je toto chování závislé na poměru hustoty kapaliny a průměrné hustoty tělesa. Žáci provádějí experiment frontálně nebo skupinově, kdy experimentují se sadou učitelem vybraných pomůcek a podle dodaného návodu v pracovním listu s tabulkou (viz tab. 3).
Tabulka 3
Strukturovaný experiment – tabulka z pracovního listu
|
Látka |
Hustota látky |
Chování tělesa ve vodě o hustotě: 1,0 g/cm3: (potápění, vznášení, plování) |
|
|
1 |
železo |
7,8 g/cm3 |
|
|
2 |
hliník |
2,7 g/cm3 |
|
|
3 |
sklo |
2,5 g/cm3 |
|
|
4 |
plast |
1,0 g/cm3 |
|
|
5 |
led |
0,92 g/cm3 |
|
|
6 |
smrkové suché dřevo |
0,33 g/cm3 |
|
|
7 |
pěnový polystyren |
0,03 g/cm3 |
Badatelská otázka (úkol), stanovená učitelem, má v tomto experimentu podobu:
„Zjisti, jak závisí chování tělesa v kapalině na jeho hustotě a hustotě kapaliny!“
Součástí návodu v pracovním listu je také seznam pomůcek a stručný postup provedení experimentu (viz obr. 2). Učitel individuálně, případně hromadně, žákům pomáhá návodnými otázkami a pomocnými instrukcemi k realizaci správného postupu experimentu. Žáci vkládají do vody ve sklenici rukou jednotlivé homogenní předměty (např. kuličky), které jsou vyrobené z látek o známé hustotě uvedené v tabulce pracovního listu. Do tabulky 3 zapisují chování příslušného tělesa v kapalině (potápí se, vznáší se, plove). Závěrečnou analýzou hodnot hustot těles dospějí k závěru, že chování těchto těles závisí právě na jejich hustotě ve srovnání s hustotou kapaliny (zde vody), kterou předem znají. Cílem tohoto experimentování je, aby žáci sami objevili příslušnou zákonitost plování těles v kapalině.
Obrázek 2. Tělesa různé hustoty.
Ve třetí nasměrované úrovni BOV se výrazně mění úloha učitele, který se stává průvodcem relativně samostatného induktivního žákovského bádání. Učitel se pouze podílí na stanovení badatelské otázky a poskytuje rady při plánování postupu bádání i vlastní realizaci experimentování. Žáci tedy již samostatně navrhují postupy při řešení badatelských otázek. Specifické pro tuto úroveň BOV je, že žáci jsou učitelem vedeni a podporováni výrazně méně než v předchozích dvou úrovních BOV, zásadně se tak zvyšuje míra jejich samostatnosti. Žáci by měli mít již osvojené experimentální dovednosti a získané zkušenosti z předchozích nižších úrovní bádání, aby byli schopni takto samostatně experimentovat. Jako příklad nasměrovaného experimentu je možno uvést následující experiment:
Plování, vznášení a potápění těles v kapalinách (nasměrovaný experiment)
Jde o induktivní objevný experiment (soubor dílčích experimentů), který je zařazen do expozice chování tělesa v kapalině. Žáci provádějí experiment většinou skupinově či individuálně, dokonce i v domácí přípravě. Žáci společně s učitelem stanoví badatelskou otázku, nemají tedy navrženy pomůcky ani postup experimentu. Základní obecná badatelská otázka (úkol) může mít podobu:
„Zjisti, na čem závisí chování tělesa v kapalině!“
Žáci sami hledají vhodný postup experimentu i potřebné pomůcky. Učitel vystupuje ve funkci usměrňujícího moderátora a poradce. Na této úrovni BOV jsou vhodné návodné doplňující badatelské otázky (které může případně iniciovat učitel) typu:
„Které vlastnosti těles mohou rozhodovat o jejich chování v kapalině (tvar, objem, hustota aj.; viz obr. 3, 4, 5)?“
Obrázek 3. Tělesa odlišná jen tvarem.
Obrázek 4. Tělesa odlišná jen objemem.
Obrázek 5. Tělesa odlišná jen hustotou.
Nasměrované bádání je velmi efektivní také ve fixační a aplikační fázi výuky. Zde se uplatní návodné doplňující badatelské otázky (opět případně iniciované učitelem) jako:
„Může ve vodě plovat těleso, vyrobené z látky o velké hustotě? Může těleso plovat v kapalině menšího objemu, než má samo těleso? Mění se chování těles v kapalině při změně její teploty? Vysvětli funkci Galileova teploměru a karteziánského potápěče!“
Žáci sami vytvářejí a ověřují dílčí hypotézy vedoucí k řešení hlavního problému stanoveného na počátku učitelem. Provádějí pomocné experimenty a měření (viz obr. 6, 7). V závěru syntetizují svá bádání a objevují vlastní cestu řešení problému.
Obrázek 6. Galileův teploměr.
Obrázek 7. Plovoucí dutá kovová koule.
Otevřené bádání
Tato nejvyšší úroveň BOV navazuje na předchozí tři úrovně bádání a je nejblíže skutečnému vědeckému výzkumu. Žáci by již měli být schopni na této úrovni BOV samostatně sestavit badatelské otázky, způsob a postup bádání, zaznamenávat a analyzovat data a vyvozovat závěry z důkazů, které shromáždili. Žáci nemají učitelem explicitně stanovenou badatelskou otázku (problém), pomůcky a experimenty. Činnost učitele je již zcela minimalizována a soustřeďuje se na roli partnera-poradce. Je zřejmé, že příčinou aktivního bádání je motivace žáků k řešení problémů, které vycházejí z jejich zájmu či dalších poznávacích, ale i sociálních a výkonových potřeb. Žáci jsou téměř zcela samostatní, provádějí experimenty většinou skupinově či zcela individuálně (typické u nadaných). Tyto žákovské aktivity předpokládají vysokou úroveň dovedností žáků a kladou na ně nemalé kognitivní požadavky, proto je otevřené bádání použitelné pro nejvyšší věkové kategorie (střední školy) a nadané žáky nižších stupňů škol. Tato úroveň bádání je velmi obtížně realizovatelná v současných podmínkách našich škol. Jako příklad otevřeného experimentu je možno uvést následující experiment.
Plování, vznášení a potápění těles v kapalinách (otevřený experiment)
Jde o induktivní objevný experiment (soubor dílčích experimentů), který může být zařazen do různých fází výuky, kromě základní expoziční fáze také do fáze aplikační a motivační. Učitel může v tomto experimentu využít k motivaci žáků techniky jako: aplikace fyziky v denním životě (fyzikální zákonitosti plavání a potápění, vodní sporty); technické aplikace (vodní a letecká doprava, vodní stavby, vodní živočichové); historie objevů (Archimédes) apod. Základem tohoto bádání je tvorba vlastních či upravených experimentů. K rozvoji fyzikálního myšlení mohou přispět více-jevové experimenty, ve kterých se projevuje současně (i protichůdně) několik různých jevů. Patří sem např. plování tající kostky ledu v nádobě s teplou vodou (viz obr. 8). Žáci mohou sestavovat varianty tohoto experimentu se zdůrazněním jednotlivých jevů: teplotní roztažnost ledu, vody a nádoby, odpařování vody atd. Žáci sami vytvářejí a ověřuji hypotézy vedoucí k řešení problémů, které si stanoví v diskusi ve skupině nebo s učitelem. Závěrečná syntéza výsledků samostatného bádání vede k řešení problémů.
Obrázek 8. Sklenice s teplou vodou a tajícím ledem.
Na této úrovni bádání je vhodné řešit i mezioborové problémy, v tomto případě např. spojené s táním ledovců kvůli globálnímu oteplování, které vyvolává riziko zpomalení či zastavení oceánských vodních proudů (teplý Golfský proud) a následky v podobě další malé doby ledové v Evropě atd.
Jak již bylo uvedeno, různé úrovně bádání umožňují uplatňovat individualizaci výuky. V předchozím textu byly uvedeny varianty experimentů se stejným vzdělávacím obsahem. V následujícím textu je uvedena ukázka různých variant pracovních listů pro odlišné skupiny žáků – nadané, intaktní a žáky s SPU. Jedná se o téma voda, které je určené pro žáky 7.–8. tříd. Pro zvýšení motivace žáků řešit badatelský problém je využíván krátký text.
Bádání pro skupinu nadaných žáků
Úkol: Ověřte vliv saponátu na povrchové napětí vody.
Text: Odborníci uvádějí, že pro praní je nejvhodnější měkká voda. Problémy s praním prádla však nesouvisí pouze s tím, jaký typ vody a prášku používáte, ale také s vlastností vody, které se říká povrchové napětí. Víte, proč si myjeme ruce mýdlem a proč při mytí nádobí používáme jar? Zkuste najít odpověď pomocí následujícího experimentu.
Experiment: Důkaz povrchového napětí vody a jeho změny po přidání saponátu
Pomůcky: byrety (3 ks), odměrná zkumavka nebo válec
Chemikálie: voda, mýdlo, saponát
Postup:
Pozorování:
Závěry:
Otázka: Jak se změní povrchové napětí vody přidáním mýdla nebo saponátu? Zmenší se, nebo se zvětší? A jak to zdůvodníte?
Odpověď:
Bádání pro skupinu intaktních žáků
Úkol: Ověřte vliv saponátu na povrchové napětí vody.
Text: Odborníci uvádějí, že pro praní je nejvhodnější měkká voda. Problémy s praním prádla však nesouvisí pouze s tím, jaký typ vody a prášku používáte, ale také s vlastností vody, které se říká povrchové napětí. Víte, proč si myjeme ruce mýdlem a proč při mytí nádobí používáme jar? Zkuste najít odpověď pomocí následujícího experimentu.
Experiment: Změna povrchového napětí vody
Pomůcky: Petriho misky (3 ks), tyčinka s vatou na konci, drobná mince
Chemikálie: voda, saponát, majoránka
Postup:
Pozorování:
Závěry:
Otázka: Jak se změnilo povrchové napětí po přidání jaru? Snížilo se, nebo zvýšilo?
Odpověď:
Bádání pro skupinu žáků s SPU
Úkol: Ověřte vliv saponátu na povrchové napětí vody
Text: Problémy s praním prádla nesouvisí pouze s tím, jaký typ vody a prášku používáte, ale také s vlastností vody, které se říká povrchové napětí. Už jste jistě viděli, jak bruslařka či jiný hmyz stojí na hladině vody a ta se pod ním prohýbá, ale hmyz se „neproboří“. Teď si to vyzkoušíte.
Experiment: Důkaz povrchového napětí vody
Pomůcky: Petriho miska, upravená kancelářská sponka, padesátník (jiný plochý předmět), malé závaží, pinzeta
Chemikálie: voda
Postup:
Obrázek 9: Speciálně upravená kancelářská sponka.
Ve všech případech ukázek bádání žáci na závěr diskutují o svých zjištěních, čímž je zajištěno, že si žáci nezafixují nesprávné poznatky. V případě, že realizují různé pokusy, se navzájem obohacují.
Závěrem
V úvodu článku byla zmíněna paralela aplikace BOV s aplikací léku. Budeme-li v ní pokračovat, je potřeba zmínit „nežádoucí účinky“. Nejčastěji zmiňovaným nedostatkem BOV je časová náročnost, a to jak na přípravu učitele, tak na realizaci bádání. Náročnost přípravy učitele lze eliminovat tím, že učitel kvalitně připravenou výuku založenou na bádání může realizovat opakovaně pouze s malými úpravami. Časová náročnost bádání je vyvážena motivací žáků, kvalitou a trvanlivostí osvojených poznatků. Každý zkušený učitel ví, že neplatí, že všechno, co žáci slyšeli, si pamatují! Je však nutné si uvědomit, že obdobně jako lékař volí vhodný lék dle různých indikátorů, stejně tak musí učitel zvolit vhodnou formu bádání dle věku, schopností žáků a dalších faktorů, aby bádání vedlo k deklarovaným kvalitním vzdělávacím cílům. I když žáci při výzkumech realizovaných v různých zemích shodně uvádějí, že rádi „dělají pokusy“, při bližším zkoumání se ukazuje, že je motivují pokusy, které zvládají, kdy vědí, co a proč dělají. Naopak pokusy, kdy pracují podle návodu jako podle kuchařské knížky bez hlubšího porozumění, je mohou i demotivovat. Je to v případě, kdy učitel zvolí příliš jednoduché bádání (např. pro nadané žáky), nebo naopak příliš náročné (např. pro žáky s SPU). Cílem tohoto článku bylo ukázat, že není nutné realizovat s celou třídou stejné bádání, ale je možné je diferencovat dle potřeb a schopností žáků, což je motivující pro všechny žáky, a tedy i pro učitele.
Literatura
Banchi, H., & Bell, R. (2008). The Many Levels of Inquiry. Science and Children, 46(2), 26–29.
Bybee, R. W., Carlson-Powell, J., & Trowbridge, L. W. (2008). Teaching secondary school science: Strategies for developing scientific literacy. Pearson/Merrill/Prentice Hall.
Dostál, J. (2015). Badatelsky orientovaná výuka. Pojetí, podstata, význam a přínosy. Olomouc: Univerzita Palackého.
Kireš, M., Ješková, Z., Ganajová, M., & Kimáková, K. (2016). Bádatelské aktivity v prírodovednom vzdelávaní. Čast A. Bratislava: ŠPÚ.
Trna, J., & Trnová, E. (2015). Moduly s experimenty v badatelsky orientovaném přírodovědném vzdělávání. Brno: Masarykova univerzita.
Stuchlíková, I. (2010). O badatelsky orientovaném vyučování. In M. Papáček (Ed.), Didaktika biologie v České republice 2010 a badatelsky orientované vyučování. DiBi.
doc. RNDr. Eva Trnová, PhD.
vystudovala Přírodovědeckou fakultu Masarykovy univerzity, obor učitelství biologie a chemie. Učila 18 let na základní škole v Lysicích a 12 let na gymnáziu v Boskovicích. V současné době působí na katedře pedagogiky na Pedagogické fakultě Masarykovy univerzity, kde uplatňuje své zkušenosti z praxe a ze spolupráce se zahraničními odborníky. Dlouhodobě se zabývá výzkumem nadání a problematikou motivace ve výuce přírodovědných předmětů. Vedle těchto oblastí se věnuje především inovativním výukovým metodám v přírodovědném vzdělávání, jako je např. badatelsky orientovaná výuka (Inquiry-Based Science Education). K těmto tématům se nejvíce vztahují i její publikace.
Kontakt: trnova@ped.muni.cz
Zvládání chování žáků se z mezinárodních výzkumů dlouhodobě ukazuje jako jedna z nejnáročnějších činností v rámci výuky jak pro studenty učitelství, tak pro začínající i pokročilé učitele (Paramita, Anderson & Sharma, 2020; OECD, 2019). Výzkum v České republice potvrdil, že přes 50 % začínajících učitelů považuje zvládání chování žáků za oblast, kde by potřebovali největší podporu (Juhaňák a kol., 2018).
(Vyšlo v časopise Komenský 148/1)
Článek pojednává o iniciativě, kterou zaměřujeme na podporu absolventů Pedagogické fakulty UK v jejich adaptační fázi pedagogické kariéry.
(Vyšlo v časopise Komenský 148/1)