Možnosti uplatnění digitálních technologií ve výuce přírodopisu
Archivní obsah
Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Odborný článek
Digitalizace ve vzdělávání
Možnosti uplatnění digitálních technologií ve výuce přírodopisu
3,7 (3 hodnocení)
Článek se zaměřuje na možnosti uplatňování digitálních technologií ve výuce přírodopisu a biologie. Hlavní částí textu jsou náměty na učební činnosti žáků v rámci různých fází badatelsky orientované výuky. Ta se zaměřuje především na získávání informací a dat, uchovávání informací a dat, vyhodnocování informací a dat, sdílení informací a dat.
Projekt PPUČ, financovaný z Evropských strukturálních a investičních fondů, podporuje pedagogy mateřských a základních škol v jejich snaze rozvíjet čtenářskou, matematickou a digitální gramotnost dětí a žáků. Jeho realizaci zajišťuje Národní pedagogický institut České republiky (NPI ČR).
Úvod
Vzdělávání by mělo reagovat na současný technologický pokrok a připravovat mladé lidi na jejich budoucí život ve světě, ve kterém se digitální technologie výrazně uplatňují ve stále více oblastech našeho života [1]. Velkou výzvou současných oborových didaktik je nejen hledání sdíleného porozumění tomu, co znamená být vzdělán v konkrétních oblastech školní výuky (tradičně předmětově orientované), ale také to, jaké metody a postupy vedou k efektivnímu osvojování znalostí a dovedností žáků. Přiměřená práce s digitálními technologiemi ve výuce je jedním z důležitých předpokladů k tomu, aby žáci dokázali vyhodnocovat možné výhody využívání technologií pro své učení ve škole, ale i v každodenním životě při řešení běžných situací.
Vzdělávání v přírodopise nabízí dobré možnosti pro uplatňování digitálních technologií zejména v oblasti práce s informacemi a daty, komunikace a spolupráce v digitálním prostředí
[2]. Ve výuce přírodopisu (obecně ve výuce přírodovědných předmětů) je vhodné uplatňovat badatelské přístupy [3]. Výše uvedené hlavní oblasti uplatňování digitálních technologií ve výuce lze přitom vztáhnout k práci s informacemi a zdroji v procesu aktivního učení a bádání. V rámci badatelsky orientované výuky žáci kladou otázky, formulují hypotézy, plánují postup jejich ověřování, provádějí pokusy, vyhledávají a třídí informace, vyhodnocují výsledky, formulují závěry, které nakonec sdílí s ostatními. Z tohoto pohledu lze vidět digitální technologie jako dobře využitelné především při:
(1) získávání informací a dat;
(2) uchovávání informací a dat;
(3) vyhodnocování informací a dat;
(4) sdílení informací a dat.
Digitální technologie ve výuce přírodopisu
Digitální technologie mohou nabízet příležitosti k inovativním a kreativním způsobům, jak ve výuce přírodopisu řešit konkrétní přírodovědné problémy. Přitom je důležité nezapomenout na fakt, že výuka přírodopisu by měla být zejména o poznávání a zkoumání přírody v přírodě. U jednotlivých oblastí uplatňování digitálních technologií ve výuce přírodopisu uvádím konkrétní náměty na učební činnosti, které se zaměřují na aktivní učení žáků, badatelsky zaměřenou výuku a přístup kombinující výuku ve třídě s výukou venku.
Získávání informací a dat
V této fázi badatelské činnosti žáci pomocí digitálních technologií vyhledávají informace o pozorovaných a zkoumaných organismech a porovnávají vyhledané informace s informacemi v učebnicích a encyklopediích, pod vedením učitele hodnotí obsah vyhledaných materiálů a srovnávají jej s vlastní zkušeností. Informace a data žáci získávají nejen při práci ve škole, ale rovněž při výuce v terénu, která žákům usnadňuje porozumění tomu, jak příroda funguje a na jakých principech stojí věda o přírodě [4]. K tomu mohou posloužit mobilní zařízení (chytré telefony, tablety, laptopy) [5]. s instalovanými volně dostupnými aplikacemi usnadňující bádání a měření vlastností prostředí.
Při pozorování přírody se nabízí použití fotoaparátu, kamery, digitální lupy či digitálního mikroskopu, který lze získat z tabletu či mobilního telefonu pomocí nástavců. Při práci v terénu se rovněž hodí například aplikace na měření hluku, vlhkosti a teploty vzduchu, směrů a sklonu horninových vrstev. Kromě toho se nabízí uplatnění experimentálních systémů opatřených senzory pro měření a analýzy dat (např. Vernier, Pasco). V současné době jsou běžně dostupná mobilní zařízení, která umožňují nejen efektivní vyhledávání informací o zkoumaných organismech, ale rovněž nabízí prostředek pro pořizování kvalitních zvukový a obrazových záznamů (makroskopických i mikroskopických) pro další zpracování s důrazem na práci v terénu.
Nabízí se možnost využívání on-line virtuálních prostředí a animací, které umožňují vizualizace a pozorování ve výuce jen těžko pozorovatelných jevů a biologických objektů (př. vnitřní geologické děje, vývoj populací organismů, buněčné struktury). Uplatnění nacházejí především interaktivní multimédia v podobě virtuálních laboratoří (Virtual Labs), jejichž výhodou je možnost ve výuce pracovat i s přístroji a zařízením, které je jinak nedostupné (např. se skenovacím elektronovým mikroskopem). Alternativou pro realizaci terénních exkurzí mohou být tzv. virtuální terénní cvičení (Virtual Field Trips), během nichž se žáci seznamují s danou biologickou tematikou v digitálním prostředí [6]. Dynamicky rozvíjející oblastí je virtuální realita, pomocí které se žáci mohou názorně seznamovat s anatomií lidského těla, stavbou buňky aj. Při práci s informacemi a daty je důležité, aby si žáci uvědomovali problematiku autorských práv a aby citovali používané zdroje.
Náměty na učební činnosti:
Využívání digitálních technologií k vyhledávání informací o rostlinách a živočiších, zaznamenávání výskytu rostlin či živočichů v okolí školy a bydliště s využitím nástroje Google Maps a technologie GPS v chytrém telefonu za účelem dalšího zpracování získaných informací a dat do podoby karet vybraných organismů. Ty budou obsahovat stručné a přehledně strukturované informace (např. vzhled, ekologické nároky, zajímavosti) a budou součástí třídního výzkumného deníku pro využití k dalšímu učení žáků.
Pozorování organismů v okolí školy spojené s určováním běžných zástupců rostlin a hub pomocí aplikací, které lze snadno dohledat v Google Play (pro Android) či App Store (pro iOS) například při zadání „plant identification app“ apod. a zdarma instalovat do chytrého telefonu či tabletu. Kromě toho je možné pracovat i s on-line dostupnými interaktivními klíči k určování rostlin, mechorostů, hmyzu, ptáků aj.
Pozorování chování organismů pomocí webové kamery a záznam životních projevů pozorovaných organismů v čase. Příkladem může být pozorování ptáků v době hnízdění a záznam, jak často přilétají rodiče, jak dlouho krmí svá mláďata apod. Obdobně je možné pozorovat a zaznamenávat chování ostatních živočichů. Jednoduché získávání dat pro další zpracování lze provádět pomocí on-line formulářů.
Vyhledávání informací k příčinám vymírání ohrožených druhů živočichů na Zemi způsobené vlivem člověka na životní prostředí (např. vymírání goril horských v souvislosti s výrobou mobilních telefonů). Sdílení získaných informací se spolužáky a učitelem prostřednictvím elektronické nástěnky např. v aplikaci Padlet, případně ve webovém prostředí padlet.com [7].
Využívání on-line dostupných virtuálních prostředí pro simulace průběhu přírodních jevů z oblasti ekologie, evoluce, buněčné biologie apod., které je obtížné sledovat v reálných podmínkách – např. simulace populační dynamiky organismů, geologických dějů (desková tektonika, svahové pohyby, …), šíření nemocí. Volně pro výuku využitelné zdroje a on-line prostředí (např. http://virtualbiologylab.org/) lze na webových prohlížečích dohledat při zadání klíčových slov Virtual Biology Lab, Virtual Simulations aj.
Vyhledávání informací o potravních řetězcích v přirozených i umělých ekosystémech, videí zaměřených na globální problémy a animace k danému tématu. Porovnávání získaných informací s obsahem učebnic a encyklopedií a vyhodnocení důvěryhodnosti používaných zdrojů [2].
Uchovávání informací a dat
Současné digitální technologie ve spojení s digitalizací dat přináší výhody především v možnostech přehledně a snadno třídit a uchovávat informace a data. Žáci třídí a řadí vyhledané informace a data podle obsahu ve vhodných formátech a aplikacích. Přitom využívají znalosti a dovednosti práce s běžnými kancelářskými aplikacemi (např. Excel, Word, Pages, Keynote, apod.), zároveň dokáží přenášet data z mobilních zařízení do cloudových uložišť (např. Google Drive, One Drive) nebo uložišť na pevném disku [2]. Zároveň je možné využívat databáze, které jsou určené různým typům biologických dat. Jedná se například o informační databáze (obsahují odborné publikace), databáze slučující výsledky pozorování a experimentů z různých oblastí biologie (taxonomické databáze, ekologické a biogeografické databáze, databáze k uchovávání informací o struktuře proteinů, genů apod.).
Přestože řada databází k uchovávání dat je spravována a využívána odbornou komunitou biologů, jejich uplatnění v biologickém vzdělávání pod vedením učitele je žádoucí z hlediska práce s důvěryhodnými zdroji informací. Žáci přitom nemusí využívat pouze data dostupná v těchto databázích, ale mohou svojí činností přispět i k rozšiřování databází o data pořízená při vlastní výzkumné činnosti žáků. Příkladem může být databáze v rámci mezinárodní encyklopedie rostlin, hub a živočichů BioLib.cz, nebo nálezové databáze spravované Agenturou pro ochranu přírody a krajiny ČR.
Náměty na učební činnosti:
Lokalizace a popis rostlin, živočichů a hub v terénu, pořizování fotografií a uložení získaných dat do mobilního zařízení a odesílání pořízených pozorování do databáze výskytu druhů pomocí vhodných aplikací. Příkladem je aplikace BioLog fungující jako digitální zápisník pozorování fauny a flóry na území ČR, která umožňuje lokalizovat a popsat pozorování druhů v terénu, přidání fotografie a případně i odeslání do databáze výskytu druhů spravované Agenturou pro ochranu přírody a krajiny ČR (AOPK). Tím je možné ve výuce pomáhat k mapování přírody.
Určování rostlin a živočichů v okolí školy, pořízení fotografií z pozorování a sdílení fotografií konkrétních rostlinných a živočišných druhů v obrázkových databázích spravovaných odbornou komunitou. Například taxonomická encyklopedie BioLib umožňuje po registraci sdílet vlastní fotografie rostlin, hub a živočichů s odbornou komunitou. Přitom se napomáhá k mapování výskytu vybraných organismů v české krajině.
Tvorba školní databáze obsahující například karty živočichů a rostlin z okolí školy, protokoly z laboratorních cvičení a pozorování v terénu, zápisy z exkurzí, referáty, virtuální modely a simulace. Využívání databází ve výuce jako jednoho ze zdrojů informací pro přípravu a realizaci dalších pozorování, které budou navazovat na data v databázích za účelem jejich dalšího prohlubování a upřesňování.
Zpracování projektu například na téma buňka, při kterém žáci při práci s texty, obrázky a videi pečlivě ukládají získané materiály a zároveň je třídí za účelem dalšího zpracování. To mohou dělat jednak při práci se složkami na pevném disku, nebo v rámci cloudového uložiště [2].
Vyhodnocování informací a dat
Získaná data je potřeba analyzovat a následně jim přiřadit konkrétní význam na základě jejich porovnání s dalšími zdroji a vlastní zkušeností žáků. Dovednost analyzovat a vyhodnocovat různé podoby dat a informací a vyvozovat z nich odpovídající vědecké závěry patří mezi základní cíle přírodovědného vzdělávání [8]. K tomuto účelu nachází uplatnění množství softwarů, které se liší svojí složitostí a způsobem využití. Pro základní analýzy lze dobře využít jednoduchých tabulkových procesorů (např. Excel, Tabulky Google, Minitab).
Analýza dat nachází uplatnění při práci s on-line dostupnými programy pro simulaci přírodních jevů (např. http://virtualbiologylab.org/), jejich součástí jsou i různá graficky zpracovaná data, jež je potřeba analyzovat a na základě toho vyhodnotit průběh simulovaných přírodních procesů. Tím se žáci ve výuce přibližují skutečné práci vědců, kteří na základě analýz dat hledají souvislosti a vztahy pro ověřování hypotéz a tvorbu závěrů na základě aktuálního stavu poznání. Pomocí vizualizací a animací biologických jevů a struktur je možné docílit u žáků snadnějšího porozumění často problematickým tématům výuky přírodopisu a biologie [9]. Mezi tato problematická témata z pohledu žáků i učitelů patří buňka (buněčné organely, buněčné procesy), mikroorganismy, vznik a vývoj života na Zemi atd. [10].
Náměty na učební činnosti:
Provádění jednoduchého grafického znázornění dat získaných z reálných pozorování a experimentů (např. data získaná při pozorování vybraných znaků chování konkrétního živočicha pomocí webové kamery, data z experimentu ke vlivu mykorhizy na růst rostlin). Přitom je důležité, aby žáci volili pro daný účel vhodné grafické vyjádření, ze kterého bude možné snadno vyčíst, co daná data znamenají a co prozrazují o daném pozorování či průběhu experimentu z hlediska vyvozování závěrů.
Využívání aplikací v mobilních zařízeních pro záznam a vyhodnocování zvuků v různých typech prostředí (les, okolí školy, park, centrum města, okolí dálnice atd.) a porovnávání různých prostředí z hlediska hlukového znečištění.
Měření vlastností prostředí nebo organismů pomocí komplexních výzkumných sad a systémů (u nás typicky výzkumné sady Vernier či Pasco). Příkladem je měření vlastností vzorků vody z různých vodních ploch v okolí školy v rámci environmentálně orientovaného projektu.
Záznam časosběrného videa jako nástroje sledování dlouhotrvajících přírodních dějů. Výstupem je zrychlený záznam sledovaného biologického děje typu klíčení rostlin, rozkvétání rostlin, usychání rostlin, líhnutí atd.
Sdílení informací a dat
Výzkumná práce není kompletní, dokud se nesdílí či nezveřejní její výsledky v podobě pro ostatní srozumitelných informací a dat. V této fázi výzkumné činnosti se výrazně uplatňuje dovednost komunikace a spolupráce v digitálním prostředí. Žáci se v této fázi zároveň stávají tvůrci digitálního obsahu v podobě článků, webových stránek (např. wordpress.com, weebly.com, wix.com), posterů, prezentací, videoklipů a jednoduchých elektronických nástěnek (padlet.com) pro komunikaci výsledků a průběhu vlastní badatelské činnosti. To vyžaduje dovednost vyhledané či výzkumně získané informace a data zpracovat do vhodné podoby pro jejich komunikaci a sdílení. Přitom je důležité respektovat autorství a uvádět, ze kterých zdrojů informace a data pochází.
Digitální technologie současnosti nabízí velké příležitosti pro komunikaci vlastní výzkumné činnosti s virtuální vzdělávací komunitou [11]. Jde především o to, že v této komunitě skupina žáků či jednotlivci mezi sebou komunikují pomocí on-line dostupných aplikací a webů s hlavním cílem spolupráce při sdílení vlastních poznatků a výměně zkušeností [12]. Tím získává výzkumná činnost rozměr vzájemně učící se komunity, která přesahuje hranice států a kontinentů, což má potenciál nejen výrazně prohlubovat poznávání, ale také motivovat žáky k dalšímu poznávání. Běžně se pro tento účel využívá sociálních sítí (Facebook aj.), prostředí učebny Google Classroom s využíváním aplikace Google Meet, Skype nebo jiných aplikací umožňujících jednoduše na dálku komunikovat prostřednictvím internetu. Velký potenciál pro komunikaci a sdílení nabízejí projekty založené na platformě eTwinning. Sdílení a komunikace v on-line prostředí se neoddělitelně pojí s potřebou bezpečného chování na internetu.
Náměty na učební činnosti:
Příprava scénáře (technického i bodového) pro natočení videoklipu na aktuální žáky zvolený výzkumný problém a téma. Zajištění technické stránky realizace videa, volba místa pro natáčení, realizace natáčení a postprodukce videa před jeho sdílením. Žáci by ve videu měli stručně představit výzkumný plán, postup při realizaci, průběh realizace a vlastní výsledky výzkumu. Přitom je vhodné následovat základní strukturu otázek – proč, jak, co, co to znamená. Video si kompletně připraví a zpracují žáci, kteří jej budou řešit na úrovně scénáře, technického zajištění natáčení, místa pro natáčení, realizace natáčení a postprodukce videa.
Tvorba sdíleného digitálního herbáře žáků formou sdílené prezentace (např. Google, Office 365) či webové prezentace (Weebly, Webnode aj.). Žák při tvorbě pracuje s pořízenými snímky rostlin, klíči k určování rostlin a aplikacemi na určování rostlin, které lze dohledat v Google Play (pro Android) či App Store (pro iOS) při zadání „plant identification app“. V herbáři žáci uvádějí důležité informace o snímku (datum pořízení, autor) a o samotné rostlině (místo výskytu, systematické zařazení, popis vzhledu, výskyt, zajímavosti) [13].
Skupinová tvorba animace s využitím různých technik (např. stop motion animace, plošková animace) na konkrétní žáky zvolené téma, které vnímají jako užitečné a reálné animovat – např. vznik a vývoj života na Zemi, vývoj vybraného hmyzu s proměnou dokonalou, průchod potravy trávicím systémem, pohyby kontinentů v historii Země.
Sdílení výsledků vlastní výzkumné práce o výskytu rostlin, živočichů a hub pomocí aplikace BioLog v rámci odborné komunity a jí tvořené nálezové databáze Agentury pro ochranu přírody a krajiny ČR (AOPK ČR), případně v rámci dalších platforem a databází, ve kterých se realizuje systematický sběr dat z pozorování a na kterých se podílí široká veřejnost.
Závěrem
Text nabízí obecný pohled toho, v čem je možné spatřovat hlavní přínos digitálních technologií pro výuku přírodopisu. Obsah a zaměření přírodovědného vzdělávání poskytuje dobré výchozí možnosti uplatňování digitálních technologií [6]. Pro cílené, smysluplné a kreativní uplatňování technologií se jeví jako zcela zásadní výuku zaměřovat na kritickou práci s informacemi, komunikaci a spolupráci v digitálním prostředí a tvorba digitálního obsahu. Přitom je důležité, aby se žáci při vhodných příležitostech seznamovali rovněž s principy bezpečného chování na internetu a při práci s informacemi uplatňovali právní a etické normy spojené s využíváním převzatých zdrojů.
V textu uvádím konkrétní náměty do výuky, které z mého pohledu poskytují příležitosti pro smysluplné využívání digitálních technologií ve výuce přírodopisu. Domnívám se, že pro učitele skutečně přínosná podpora spočívá především v setkávání učitelů s cílem sdílení námětů do výuky a výměny zkušeností s jejich realizací. To lze podpořit například v on-line prostředí na sociálních sítích (např. veřejná skupina učitelů přírodovědných předmětů na sociální síti Facebook), nicméně zcela zásadní je i osobní setkávání učitelů se zájmem o inspiraci do výuky přírodopisu. Ve spojení digitálních technologií a přírodních věd je zároveň důležité nezapomenout na skutečnost, že výuka o živé přírodě je nejefektivnější v podmínkách, ve kterých žáci mohou živou přírodu skutečně pozorovat a zkoumat. Přitom je důležité vždy zvažovat to, kdy digitální technologie podpoří učení žáků a kdy si vystačíme bez nich.
Zdroje
[1] - OECD (2015). Students, Computers and Learning. Making the Connection. Paris: OECD. Retrieved September 19, 2015.
[2] - Benediktová, L., Klubalová, E., Novotný, P., Skýbová, L. (2018). Analýza vzdělávacího oboru RVP ZV (ISCED 2), G a SOV z hlediska možností přirozeného rozvoje digitální gramotnosti – Přírodopis, Biologie. Projekt OP VVV Podpora rozvoje digitální gramotnosti.
[3] - Papáček, M., Čížková, V., Kubiatko, M., Petr, J., Závodská, R. (2015). Didaktika biologie: didaktika v rekonstrukci. In I. Stuchlíková & T. Janík (Eds.), Oborové didaktiky: vývoj – stav – perspektivy (s. 225–257). Brno: Masarykova univerzita.
[4] - Daniš, P. (2018). Tajemství školy za školou: Proč učení venku v přírodě zlepšuje vzdělávací výsledky, motivaci a chování žáků. Ministerstvo životního prostředí.
[5] - Pražák, D. (2018). Digitální technologie ve výuce biologie člověka. Diplomová práce. Univerzita Karlova, Pedagogická fakulta, Katedra biologie a environmentálních studií.
[7] - Skýbová, L. (bez data). Příčina vymírání goril v Africe. Databáze DVZ projektu Podpora rozvoje digitální gramotnosti. Dostupné z https://digigram.cz/dvz/.
[8] - Blažek, R., Příhodová, S. (2016). Mezinárodní šetření PISA 2015. Národní zpráva Přírodovědná gramotnost. Česká školní inspekce.
[9] - Odcházelová, T. (2016). Analýza využití multimédií ve výuce přírodopisu a biologie. Praha, 2016. Dizertační práce. Univerzita Karlova, Pedagogická fakulta.
[10] - Vágnerová, P., Benediktová, L., & Kout, J. (2018). Kritická místa ve výuce přírodopisu – jejich identifikace a příčiny. Arnica 9, 1, 39–50. Západočeská univerzita v Plzni, Plzeň.
