Projektová výuka v předmětu fyzika ve střední škole

Několik let jsem pracoval v řízení lidských zdrojů ve firmách, kde panovala tvrdě výkonová kritéria. Nejprve jako technik a obchodní ředitel, pak jako trenér manažerských a obchodních dovedností u zahraniční firmy. Rukama mi prošly stovky životopisů uchazečů o zaměstnání, s desítkami z nich jsem vedl výběrové pohovory, ty úspěšné jsem po nástupu dále školil. Byla mezi nimi i řada čerstvých absolventů. To, co odlišuje úspěšné uchazeče od neúspěšných, je:

1. Sebejisté a přitom skromné vystupování – umí prodat svoje kvality.
2. Mimoškolní aktivity (stáže, projekty, zájmová sdružení) – umí se o sebe postarat, je podnikavý, nečeká, co mu kdo dá.
3. Prospěch – je cílevědomý, má vůli učit se a překonávat pohodlnost.
4. Pracovitost.
5. Loajalita.

U žáků je tedy potřebné budovat:

• Zdravé sebevědomí a sebeuvědomění.
• Schopnost vyhledávat příležitosti.
• Ochotu převzít osobní odpovědnost za sebe i druhé.
• Loajalitu k týmu.
• Úctu k druhým lidem.
• Vůdčí schopnosti.
• Schopnost dohodového asertivního vyjednávání.
• Ambice být nejlepší.
• Připravenost na stálé změny.

Tyto kompetence se obtížně osvojují ve školních pětačtyřicetiminutovkách. Nejlépe by bylo propojit výuku žáků s praxí ve výrobních firmách. Při desetiprocentní nezaměstnanosti je však organizování samotné praxe žáků velmi obtížné. Nezbývá než pro život důležité kompetence získávat při projektové výuce s vysokou mírou autonomie a samořízení žákovských týmů. Učitel pak působí jako poradce, koordinátor, poskytovatel zpětné vazby a hodnocení. Od učitele to vyžaduje jednu velkou změnu – změnu stylu vedení. Jako manažer musí chápat, že odpovědnost nelze nařídit. Buď ji žák cítí a přijímá dobrovolně a jde tvořivě a rád za svěřenými cíli, nebo plní úkoly z donucení, nerad a často špatně. Nejčastější alibi učitelů, kteří setrvačně zůstávají v tvrdé direktivě je: „Nemůžu se na ně spolehnout, raději na všechno dohlédnu, budu jim říkat co mají dělat a co ne." To říkají ale jen ti, kteří nechápou, že výchova k odpovědnosti je promyšlený a časově náročný proces a z neznalosti jdou ode zdi ke zdi – od direktivy k úplné volnosti a zpět k ještě tvrdší direktivě. Pochopitelně, že pak žáci selžou. Když takoví absolventi přijdou do prvního zaměstnání, budou od svého šéfa také očekávat, že jim dál bude říkat, co mají dělat a co ne a chyby budou hledat ne u sebe, ale jinde.

Pro život v dnešním rychle se měnícím světě, kde dnes má člověk dobré místo, ale zítra je nezaměstnaný, je ale spolehlivější být strůjcem svého štěstí. Troufám si tvrdit, že pro cestu nezávislosti, podnikavosti a aktivního hledání nových příležitostí je dobře připravená a správně vedená projektová výuka ideální přípravou.

Výzkum byl realizován celý školní rok 2008/2009 při hodinách fyziky. Dotace hodin byla pro 1. ročník 2 hodiny týdně a pro 2. ročník také 2 hodiny týdně. Způsob zkoušení se v experimentálních třídách realizoval formou didaktických testů. Při výkladě nového učiva se projektové úlohy z fyziky řešily společně s učitelem, který zadával úkol na tabuli. Úlohy žáci řešili přímo ve vyučovací hodině a také za domácí úlohu. Učitel vyučující v experimentálních a v kontrolních třídách učil na základě učebných osnov. Osvojování nového učiva se prováděla prezentací domácího projektu ze strany žáků (cca 15 až 20 minut), kterou doplňoval také učitel svým výkladem. V příloze uvádím záznamový list  z výuky v experimentální třídě, příklady projektových úloh, fotografie některých výrobků a příklad didaktického testu pro třídu 2. A.

Výzkum potvrdil platnost těchto hypotéz:

Žáci vyučovaní projektovou výukou dosáhli na konci experimentálního vyučování v didaktickém testu statisticky vyšší výkon v oblasti zapamatování vědomostí, dále vyšší výkon v oblasti porozumění než studenti vyučovaní tradičně. Žáci vyučovaní projektovou výukou dosáhli na konci experimentálního vyučování v didaktickém testu vyšší výkon v oblasti specifického transferu (řešení problémových úloh) i v oblasti nespecifického transferu než žáci vyučovaní tradičně v kontrolní třídě.

Závěry z aplikace projektové výuky ve vyučovacích hodinách nelze široce zobecňovat. Netvoří totiž reprezentativní vzorek výuky fyziky na gymnáziích. Na druhé straně mohu ale říci, že jsem měl možnost sledovat konkrétní výstupy žáků v rámci projektové výuky v experimentální třídě a porovnat je s výsledky výuky v kontrolní třídě, kde se vyučovalo tradičně.

Data získaná při výzkumu byla zpracována statistickými metodami, které byly přiměřené zkoumané hypotéze (aritmetický průměr, modus, analýza rozptylu, F-test, chí kvadrát, Cramerův koeficient, Pearsonův koeficient korelace, Cronbachův vztah). Jednalo se totiž, jak již bylo zmíněno, z finančních a časových důvodů o nereprezentativní vzorek žáků a tříd.

Co se týká validity, tak bylo dosaženo uspokojivě vysoké obsahové validity vstupních didaktických testů jako Pearsonova koeficientu korelace s hodnocením žáků z fyziky na konci školního roku 2007/2008.

Taky byl potvrzen pozitivní efekt projektové výuky fyziky.

Reliabilita je ukazatel spolehlivosti, přesnosti měření. Protože didaktické testy byly složeně skórované, spolehlivost didaktických testů byla ověřena Cronbachovým vztahem a reliabilita nestandardizovaných testů potvrzena.

Validitu a reliabilitu experimentu jsem zabezpečoval i tím, že všechny čtyři třídy, experimentální (E1, E2) i kontrolní (K1, K2), vyučoval stejný učitel, ve stejné místnosti (odborná učebna fyziky), ve třídách E1, K1 se probíralo stejné učivo (mechanika hmotného bodu, tuhého tělesa, kapalin a plynů, kmitání mechanického oscilátoru, mechanické vlnění, astrofyzika), a také ve třídách E2, K2 (optika, fotometrie, kvantová optika, jaderná fyzika). Dotazníky a didaktické testy byly rozmnožovány na zařízeních školy, a také na její náklady. Lavice ve třídě byly stejně rozmístěny a byly využity stejné učební pomůcky.

Vliv intervenujících proměnných jsem eliminoval následovně:

• učivo mělo stejný rozsah a bylo stejné v obou skupinách
• specifické cíle výuky byly stejné v obou skupinách
• didaktické testy byly stejné pro obě skupiny
• obsah i vyhodnocování testů bylo stejné pro obě skupiny
• výuka byla realizována stejným učitelem pro kontrolní i experimentální skupinu
  v rámci stejného předmětu
• výběr respondentů byl dostupným výběrem
• vliv prostředí – vytvořil jsem podmínky na dodržování ergonomických a hygienických požadavků v obou skupinách

Pro zlepšení vyučovacího procesu prostřednictvím projektové výuky jsem se opíral o čtyři navzájem související prvky managementu kvality TQM (Total Quality Management):

1. Orientace na osobnost žáků.
2. Orientace na vyučovací proces.
3. Nepřetržité zlepšování vyučovacího procesu.
4. Vytvoření příznivého školního klimatu.

O prvky TQM jsem se opíral proto, že kladu důraz na vzdělání, které je blízké praxi a má vztah ke konkrétní profesi, podporuje aktivní učební procesy, nabízí účinné podpůrné procesy a poskytuje možnosti nástupu kariéry i dalšího rozvoje po ukončení studia.

Aby bylo možno tyto potřeby respektovat, navazuji kontakty s regionálními podniky, například zprostředkováním praxe, zveřejňováním nabídek pracovních míst, ale také poradenstvím uchazečům o pracovní místa, představováním firem v prostorách školy apod.

Didaktický cyklus běžné vyučovací hodiny v experimentálních třídách probíhal tak, aby byly splněny všechny čtyři požadavky.

Žáci se pravidelně (ale ne po každé hodině) ve stručném anonymním dotazníku vyjádřili, jak byli s výukou spokojeni. Na základě analýzy jsem operativně upravoval své vyučovací postupy. Tak se naplnil první požadavek – orientace na osobnost žáků.

Druhý požadavek – orientace na vyučovací proces se naplnil tak, že jsem pečlivě plánoval výuku. Měla důkladnou přípravu – specifické cíle, motivace žáků, zpětná vazba, kterou jsem v hodině realizoval. Na začátku hodiny jsem žáky motivoval, řekl jim cíle hodiny, průběžně měl zpětnou vazbu, na konci hodiny dal žákům didaktický test z nového učiva. Domácí úlohu jsem zadával diferencovaně (nejlehčí, průměrná, nejtěžší úloha). Po každém tematickém celku jsem dal výstupní didaktický test. Prostřednictvím průběžných didaktických testů se dosahoval vzestupný trend růstu vědomostí a zručností žáků v experimentálních třídách. Pro žáky, kteří nedosáhli 60 % úspěšnost, jsem zorganizoval doučování, které bylo založeno na dobrovolnosti.

Třetí požadavek – nepřetržité zlepšování vyučovacího procesu se naplnil tak, že jsem zjistil pomocí dotazníku požadavky a potřeby žáků na výuku fyziky. Po zjištění představ žáků s výukou fyziky jsem zařadil jejich požadavky do vyučovacího postupu.

Čtvrtý požadavek – vytvoření příznivého školního klimatu. Nejdůležitější bylo docílit, aby se žáci nebáli, cítili se dobře, měli dobré vztahy mezi sebou i k učiteli. Pravidelně (ale ne v každé hodině) se zadával dotazník na hodnocení klimatu ve třídě.

Model běžné vyučovací hodiny v experimentálních třídách (E1, E2):

• zápis do třídní knihy
• motivace žáků na začátku vyučovací hodiny
• seznámení žáků s cíly vyučovacího procesu
• zopakování dříve osvojovaného učiva, které má souvislost s novým učivem
• osvojování nového učiva (prezentace domácího projektu)
• didaktický test na konci vyučovací hodiny z nového učiva
• zadání domácího projektu (lehký, těžší, nejtěžší)

Zpětná průběžná kontrola, kterou jsem realizoval krátkým didaktickým testem zadávaným na konci vyučovací hodiny z nového učiva, byla pro mne spolehlivým základem pro korekci jeho dalšího postupu. Získal jsem tak velmi rychle přehledný obraz o tom, kolik žáků si nové učivo osvojilo a kolik ne. Zároveň tento způsob zpětné vazby přinášel i žákům informaci o tom, jak učivo pochopili.

Při zadávání domácích projektů jsem dodržoval tyto požadavky:

• společně s žáky jsem stanovil požadavky na domácí projekt, aby každému žákovi (nebo skupině žáků) bylo jasné, co má doma dělat, proč to má udělat a co má být výsledkem jeho (jejich) domácího projektu
• projekty se zadávaly diferencovaně v třech variantách (těžký, průměrný, lehký)
  a žáci si vybrali ten, na který si troufali
• při zadávání domácích projektů jsem respektoval Niemerkovu taxonomii cílů na zapamatování, porozumění, specifický a nespecifický transfer

Domácí projekt obsahoval dvě části:

1. teoretickou: postup výroby, měření či pozorování, obrázek s popisem nebo technický výkres výrobku, zápis pozorování či měření, vysvětlení pozorovaného fyzikálního jevu, funkce pomůcky, využití v praxi, závěry
2. praktickou: pokud možno zhotovit funkční zařízení (přístroj), popřípadě model dle typu úlohy, vlastní pozorování, měření, experimenty

Náměty k projektovým pracím jsem většinou navrhoval společně se žáky. Mnohdy jsme se nechali inspirovat nápady žáků z jiných tříd a kolegů, se kterými si vyměňujeme zkušenosti individuálně či na různých setkáních a akcích pro učitele.

Žáci do určeného termínu donesli písemné zpracování teoretické části a výrobek (nebo zápis pozorování či měření). Do další vyučovací hodiny jsem všechny práce prostudoval a předběžně ohodnotil. Zvlášť jsem hodnotil úroveň a správnost teoretické části a zvlášť úroveň výrobku (popřípadě správnost pozorování či měření). V následujících cca 2 vyučovacích hodinách žáci prezentovali své práce, vysvětlovali pracovní postup a předváděli funkčnost svých výrobků (nebo obhajovali svá měření a pozorování). Po výstupu žáků před třídou a zodpovězení dotazů jsem uzavíral klasifikaci. Obvykle jednou známkou jsem hodnotil písemné zpracování a znalost sledovaného jevu. Druhou známkou jsem hodnotil znalost výroby, funkce výrobku a způsob prezentace.

Projektové práce jsem zadával:

• jako práce jednotlivců
• jako práce dvoučlenných až tříčlenných skupin
• jen velmi zřídka volím vícečlenné skupiny

Model vyučovací hodiny v kontrolních třídách (K1, K2):

• zápis do třídní knihy
• individuální nebo hromadné zkoušení žáků
• výklad nového učiva
• shrnutí učiva
• zadání domácí práce žákům

Z pohledu učitele hodnotím experimentální způsob výuky takto:

• Příprava na projekt je časově velmi náročná.
• Tím, že je projektová výuka nesystematická, vyvolává dojem nesplnění vzdělávacího obsahu platného kurikula.
• Může se objevovat únava, pokles zájmu i ztráta motivace učitele.
• Mnohdy se učiteli nedostává podpory kolegů, vedení školy, rodičů i okolí a učitel zůstává ve svých inovativních snahách osamocen.
• Projektová výuka vyžaduje nejen teoretickou vybavenost učitele, ale i jeho praktické zkušenosti s projekty.
• Projektová výuka klade vysoké nároky na flexibilitu učitele v průběhu realizace projektu.

Aby se pozitivní poznatky a zkušenosti, ke kterým jsem ve výzkumu dospěl, mohly využít i v budoucnu a v jiných školách, doporučuji realizovat tato opatření:

• Pokračovat v experimentálním ověřování efektivnosti projektové výuky.
• Vytvořit a legislativně zakotvit české standardy pro začínající učitele přírodovědných předmětů ve středních školách zaměřené na projektovou výuku.
• Legislativně zakotvit povinnost získání pedagogické způsobilosti zaměřené na projektovou výuku i pro učitele na vysokých školách.
• Vytvořit a experimentálně ověřit české moduly vzdělávání učitelů za účelem získání pedagogické způsobilosti pro projektovou výuku.
• Zahrnout projektovou výuku do ŠVP jednotlivých středních škol, a v návaznosti na to rozpracovat tematické plány výuky.
• Napsat kvalitní učební texty s uvedením témat projektů, ze kterých by si žáci mohli vybrat vhodné témata.
• Výše uvedené doporučuji realizovat také v rámci mezinárodního výzkumu.

Reflexe

Co se týká výuky fyziky v gymnáziu, velmi frekventovanými parametry její kvality byly právě výstupy obsažené v projektové výuce. Např. provádění fyzikálních experimentů (včetně rozboru a vysvětlení), umožňování žákům proniknout do podstatných problémů, které řeší fyzika, a to i za cenu zmenšení objemu učiva a za cenu zjednodušování fyzikálních problémů, řešení aplikačních úloh, podpora pozitivního citového vztahu žáků k fyzice ze strany učitele (humanizace fyziky), věnování se všem žákům (nejen nadaným), umožňovat nahlédnout skrze fyziku do obecných zákonitostí přírody, rozvíjení intelektu žáků, komplexnost řešených problémů, logičnost, propojování analytických a syntetických postupů, probouzení a podpora kritického myšlení, pěstování abstraktní představivosti, používání přiměřených matematických prostředků, objevování fyzikálních poznatků, zautomatizování nejjednodušších operací u žáků a samostatná práce žáků s pomůckami (v rámci laboratorních i domácích prací).