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.
Článek se věnuje možnostem rozvoje digitálních kompetencí žáků v rámci výuky přírodních věd. Předkládané informace jsou výsledkem analýzy odborných článků publikovaných na téma digitální kompetence v přírodovědném („science“, chemickém a biologickém) vzdělávání. Analyzované texty byly tříděny do kategorií podle svého zaměření. Jednotlivé obecné kategorie jsou autory doplněny konkrétními příklady použití technologií, které vychází z prostudovaných textů.
Česká republika se řadí k vyspělým zemím, jež vytvářejí jednotný propojený svět volného obchodu a snadné výměny informací. Žijeme v době, kdy jsou digitální technologie nedílnou součást našeho života, přičemž jejich rozvoj se výrazně promítá do způsobů mezilidské komunikace. Tím výrazně ovlivňuje naše životy po stránce sociální a profesní (Schleicher, 2015). To klade nové nároky na vzdělávání, které musí připravovat jedince na život v současném digitálním světě. V článku využíváme pojem digitální technologie, který je synonymem pro informační a komunikační technologie (ICT). V souvislosti se vzděláváním se jedná o široký soubor prostředků, nástrojů, prostředí a postupů pocházejících z oblasti počítačů a komunikace, které jsou využívány pro podporu učení, komunikace, spolupráce, vyjadřování či tvorby (MŠMT, 2014).
Z pohledu relevance působení školy (tj. výuky) bývají oblasti života děleny na tři úrovně: individuální, společenskou a pracovní (Stuckey, Hofstein, Mamlok-Naaman & Eilks, 2013). Všechny tyto tři úrovně je zapotřebí reflektovat. Prostředí, v němž budou příští generace žít, se zejména vlivem digitálních technologií zásadně mění a s touto změnou musí dojít i ke změně prostředí, ve kterém se budou příští generace vzdělávat (MŠMT, 2014).
K tomu, aby se mohly zvyšovat digitální kompetence žáků, je žádoucí, aby učitelé cíleně a promyšleně v rámci jednotlivých předmětů využívali možností, které současné digitální technologie nabízí. Přitom nejde o to, podřídit výuku přítomnosti digitálních technologií, ale o to, využívat digitálních technologií odpovědně a bezpečně s cílem obohatit žákovou vzdělávací zkušenost (Higgins, Xiao & Katsipataki 2012). To však klade nemalé nároky na práci učitele, který by měl disponovat takovou mírou digitálních kompetencí, jež mu umožní připravit žáky na svět protkaný digitálními technologiemi.
Tímto článkem navazujeme na článek Digitální technologie v didaktice přírodních věd, ve kterém jsou akcentovány tři oblasti uplatnění digitálních technologií s důrazem na podporu badatelsky orientované výuky:
Na základě analýzy odborných článků, které se zaměřují právě na propojení přírodovědného vzdělávání s možnostmi digitálních technologií, si klademe za cíl dále rozšířit téma didaktiky přírodních věd s využitím digitálních technologií s cílem podpory nejen badatelské výuky, ale především výuky, ve které je žák aktivním účastníkem vlastního vzdělávání.
V dalším textu se zaměříme na základní popis přístupu, který jsme zvolili pro analýzu článku. Hlavní část textu je ta, ve které na základě zjištění z analýzy odborných článků vymezujeme základní kategorie popisující v obecné rovině vliv digitálních technologií na didaktiku přírodních věd, a to z pohledu jejich zapojení do výuky. V této části čtenářům popisujeme zcela konkrétní příklady nástrojů patřících k dané kategorii dle využití ve výuce.
Dále je v textu zmíněn termín informační a komunikační technologie (ICT), který je v anglicky psané literatuře používán. V tomto textu jako synonymum ICT používáme digitální technologie.
K vyhledávání byly využity databáze Web of Science a SCOPUS jako dvě největší databáze zaručující kvalitu výstupů. Pro rešerši byla zvolena tato klíčová slova: digital technology; digital technologies; ICT; information and communication technology; digital literacy; computer literacy; information literacy; digital competence. (pozn. Deváté klíčové slovo „information and communication technologies“ vykazovalo stejné výsledky jako jeho singulár, proto není zařazeno.) Tyto pojmy byly jako celý soubor hledány společně s pojmy pro jednotlivé přírodovědné disciplíny (chemii a přírodopis, s ohledem na zahraniční prosředí i science) v kombinacích např. chemistry education, chemistry instruction, chemistry teaching a chemistry learning.
Výsledkem byly tyto počty textů: chemie 76, biologie 50, science 892. Z těch byly dále filtrovány pouze příspěvky v odborných časopisech a v konferenčních sbornících. Dalším krokem bylo odstranění duplicit uvnitř skupin, tj. pokud výběrem došlo k duplicitám např. u zadávání kombinací „ICT“ a „digital technology“ nebo např. „chemistry education“, resp. „biology education“, a zároveň v „science education“. S ohledem na zaměření studie byly dále mezi těmito texty vybírány pouze: a) texty v angličtině, b) výzkumně laděné texty, c) texty zaměřené na nižší a vyšší sekundární vzdělávání, tj. základní a střední školy. Analýze bylo podrobeno celkem 186 příspěvků, z toho 21 chemických, 9 biologických a 156 science.
Jako základ pro analýzu byly zvoleny kategorie volené výzkumníky v analýzách trendů výzkumu v přírodovědném vzdělávání (srov. Lin, Lin, & Tsai, 2014; Teo, Goh, & Yeo, 2014). Počty textů věnovaných jednotlivým tématům je uveden v tabulce 1.
Tabulka 1 Počty textů věnovaných tématům z přírodovědného vzdělávání
| Téma | Počet textů | |
| Výuka | 40 | |
| Učení – kontext třídy a charakteristiky žáků a učitelů | 38 | |
| Učení – pojetí ze strany žáků a učitelů, změny pojetí | 35 | |
| Kurikulární cíle a jejich hodnocení | 24 | |
| Kulturní, sociální a genderová problematika | 8 | |
| Informální vzdělávání | 8 | |
| Historie, filosofie a podstata přírodních věd | ||
Z Tabulky 1 vyplývá, že autoři se nejčastěji zabývají využitím digitálních technologií z pohledu učitele. Typicky se jedná o samotný přístup k začlenění digitálních technologií do výuky jako např. tvorbu a hodnocení efektivity simulací (Campbell, 2004; Gorghiu, Gorghiu, Dumitrescu, & Olteanu, 2011; Çetin, 2016), reflektováním postojů žáků k digitálním technologiím (Beauchamp & Parkinson, 2008; Šteblaj & Šorgo, 2008).
Další dvě nejpočetnější témata se věnují učení žáků. Autoři se jejich prostřednictvím zaměřují na vlastní předpoklady vzdělávání žáků s využitím digitálních technologií (Abersek, 2016) a bezpečné a smysluplné využívání digitálních technologií (Pifarré, Martorell, & Gòdia, 2006; Bertacchini, Bilotta, Bossio, & Pantano, 2010) a překážky v rozvoji digitální gramotnosti (Garyfallidou & Ioannidis, 2007; Colwell, Hunt-Barron, & Reinking, 2013).
Analýzou 186 odborných článků věnujících se propojení přírodovědného vzdělávání s digitálními technologiemi jsme mapovali vliv současných digitálních technologií na výuku přírodních věd. V dalším textu se zaměříme výhradně na popis obecných kategorií propojení digitálních technologií s přírodovědným vzděláváním.
Do této kategorie jsou přiřazeny články, které se zaměřují na obecné pedagogické znalosti a znalosti obsahu konkrétního oboru v oblasti přírodních věd. Patří sem také výukové strategie využívané učiteli při zapojení digitálních technologií do výuky (např. využívání názorných ukázek, kooperativního učení, heuristického a badatelského přístupu, modelů, obrázků apod.), výukové cíle z pohledu učitelů, jejich smýšlení o výuce a vnímání toho, jak má kvalitní výuka vypadat.
Texty spadající do této kategorie se zabývají metodikou zjišťování žákovského i učitelova pojetí výuky a pochopení obsahu i principů, žákovských alternativních koncepcí. Dále bylo zkoumáno, které metody a formy využívané při zapojení digitálních technologií do výuky přírodovědných předmětů vedou k lepšímu pochopení učiva ze strany žáků či vývoji a změně jejich představ o přírodovědných jevech
Do této kategorie se řadí články věnující se především motivaci žáků k učení, individuálním rozdílům mezi žáky (např. nadaní žáci, žáci z různých socioekonomických skupin) a interakci mezi žáky i mezi žáky a učitelem. Tyto faktory mají zásadní vliv na samotnou efektivitu metod využívajících digitální technologie ve výuce.
Do této kategorie spadají texty věnující se kurikulu, jeho změnám, realizaci, šíření a hodnocení a metodickým doporučením. Dále jsou zde zahrnuty články zabývající se rozdílnými způsoby hodnocení žáků a učitelů, měření efektivity výuky, rozpoznání kvalitních škol s efektivní výukou apod.
Kategorie sdružuje články na téma multikulturní, dvoujazyčné, sociální a genderové problematiky. Dále jsou zde zařazeny srovnávací studie na zmíněná témata a na problematiku různorodosti při výuce přírodních věd.
Texty zařazené do dané kategorie se věnují dějinám přírodních věd, poznávání, metodologii a filozofii vědy a etickým a morálním otázkám, které jsou s přírodními vědami spojené. Také sem spadají texty zabývající se podstatou přírodních věd (nature of science), tedy základními vědeckými principy a myšlenkami, které žákům zprostředkovávají přírodní vědy jako způsob myšlení.
Tato kategorie zahrnuje informální a neformální přírodovědné vzdělávání, tedy vzdělávání v jiném než školním kontextu, jako je samovzdělávání včetně nezamýšleného vzdělávání, resp. vzdělávání ve veřejných prostorách a veřejně přístupných institucích s využitím digitálních technologií.
Články, které se věnovaly vzdělávacím technologiím, byly zaměřené buď obecněji na zapojení informačních a komunikačních technologií do vzdělávacího procesu, hodnocení vlivu těchto technologií a postojů k nim, nebo na konkrétní typy informačních a komunikačních technologií, viz níže.
Konkrétní vzdělávací technologie
Ve druhé části analýzy jsme se zaměřili právě na oblasti využití vzdělávacích technologií ve výuce přírodních věd. Počty jednotlivých článků uvádíme v tabulce 1.
Varianta tří kategorií
Pro účely tohoto textu byla původní témata vzdělávacích technologií přiřazena třem šířeji vymezeným kategoriím témat:
Počty textů v těchto kategoriích uvádí tabulka 2.
Tabulka 2 Počty textů věnovaných tématům tří podkategorií vzdělávacích technologií
| Kategorie témat | Počet textů | |
| Oblasti využití digitálních technologií | Interaktivní multimédia | 116 |
| Integrace digitálních technologií do vzdělávání a do přípravy učitelů | 78 | |
| Učení a hodnocení učení s využitím digitálních technologií | 73 |
Pro přehlednost jsou uvedena původní témata, která byla sdružena do souhrnných kategorií témat:
Tato kategorie textů obsahuje články zaměřené na interaktivní multimédia obecně. Již výše byla uvedena jednotlivá podtémata. Z nich vybraná jsou specifická pro výuku přírodovědných předmětů. Těmto je dále v textu věnována pozornost.
Jedním z příkladů virtuálních laboratoří může být virtuální mikroskopická laboratoř (Kumar et al., 2014). Výhodou je, že žákům umožní pracovat i s přístroji a zařízením, které jsou jinak nedostupné, například se scanovacím elektronovým mikroskopem (Hunt, 2007). I když se studie zabývaly zejména vysokoškolskými studenty, ukázaly, že virtuální mikroskopie je přijímána kladně a je i hojně využívána při samostudiu (Harris et al., 2001; Merk, Knuechel, & Perez-Bouza, 2010). Zároveň bylo ukázáno, že znalosti jsou srovnatelné při použití virtuální i klasické mikroskopie (Scoville & Buskirk, 2007; Triola & Holloway, 2011), nicméně je fakt, že klasické mikroskopování rozvíjí i další dovednosti žáků.
Efekt zřízení nízkonákladové digitální laboratoře dokládají Calderon a kol. (2015). Abdulwahed a Nagy (2013) popisují tvorbu TriLab coby modelu virtuální laboratoře. Achuthan a kol. (2014) dokládají nutné náležitosti efektivního využívání virtuálních laboratoří: mj. odpovědnost každého učitele, jeho hlubokou znalost využívání technologií i znalost daného tématu, v neposlední řadě samozřejmě odpovídající vybavení.
Další možností využití digitálních technologií je přiblížení práce žáků práci vědců. Ta se v případě biologie v dnešní době z velké části odehrává před monitory počítačů, protože je nutné analyzovat velké objemy dat. Vznikl tak celý nový obor bioinformatika, který se velmi dynamicky rozvíjí. Zároveň existují náměty pro využití bioinformatiky při výuce na středních školách (Wood & Gebhardt, 2013).
Problematiku využívání technologií ve vzdělávání z pohledu digitální gramotnosti žáků, tzv. digitálních domorodců, zkoumali například Aberšek (2016) a (Aberšek, Dolenc, Flogie, & Koritnik, 2015). Početnou skupinou textů zařazených do této kategorie jsou články zaměřené na postoje jednotlivých aktérů edukačního procesu. Změnou postojů žáků k přírodovědným předmětům při přechodu z bohatě vybavené základní školy na průměrně vybavenou střední školu zkoumal Beauchamp (2008). Výsledky naznačují, že využití digitálních technologií vedlo ke zvýšení zájmu o přírodovědné fenomény, nicméně po přechodu na střední školu postoje k přírodovědným předmětům nejsou ovlivněny využitými technologiemi.
Elliot, Wilson, a Boyle (2014) předkládají výsledky své studie zaměřené na vliv e-learningového portálu. Závěrem jejich šetření je konstatování, že je zapotřebí zajistit nejen odbornou složku přípravy učitelů, ale i jejich schopnost volit vhodné vzdělávací strategie v prostředí bohatém na digitální technologie. Vyšší autenticitu vzdělávacího obsahu vnímanou žáky při zapojení virtuálního experimentu do výuky dokládají Gorghiu a kol. (2011).
Velkou část textů zaměřených na integraci digitálních technologií do vzdělávání představují příspěvky věnované m-learningu. Efektivitou učení, především vyšší oblibě, množství nabytých informací i zvýšení pozorovacích schopností zjištěných při využívání m-learningového systému vyvinutého akademiky ve spolupráci s komerčním sektorem při terénním výzkumu se zabývali Leo a Chan (2011).
Možnosti podpory žáků (scaffolding) při badatelsky orientovaném vyučování prostřednictvím blogů, templátů prezentací v Google-Sites a předformátovaného prostředí Wiki popisují Kukkonen, Kärkkäinen, Hartikainen-Ahia, a Keinonen (2013). Ve všech případech uvádějí budoucí učitelé, kteří tři uvedené opory využívali jako přínos pro vedení takto koncipované výuky. Ahmed a Parson (2013) zaměřili výzkum na využívání mobilní aplikace „ThinknLearn“ k tvorbě hypotéz při badatelsky orientovaném vyučování. Výsledky skupiny žáků, kteří se učili s využitím zmíněné aplikace, byly významně lepší v testu zadaném ihned po zkoumané aktivitě (post-test) i s odstupem času (retenční test).
Ukázalo se, že online platformy měly vliv na sdílení postojů žáků z různých zemí k environmentálním otázkám. Tento přístup se pozitivně projevil ve schopnosti žáků argumentovat (Morin, Simonneaux, Simonneaux & Tytler, 2013). Nadto dokládají, že mezioborové diskuse v online prostředí napomáhají podporovat porozumění komplexním situacím.
Výsledky studie autorů Park, Khan, a Petrina (2009) naznačují, že skupina respondentů s nejnižší školní úspěšností vykazovala největší zlepšení po implementaci CAI (computer assisted instruction) do výuky. Zlepšení výsledků žáků v přírodovědných předmětech významně zlepšilo jejich postoje k nim, výsledky chlapců ve výuce podporované CAI jsou lepší než výsledky dívek.
Seixas, Dove, Ueberschär, a Bostock (2015) se věnovali e-learningu a hodnocení jeho využití učiteli. Z výsledků vyplývá, že pouze malá část učitelů se vyzná v možnostech, které e-learning nabízí, což se projevuje na jejich sebejistotě při práci s ním. Žáci zapojení do studie hodnotí e-learning jako zajímavou oporu výuky a uvítali by její častější zapojení.
Jak vyplynulo z analýzy odborných článků, nejvíce textů zaměřených na digitální technologie ve výuce přírodovědných předmětů („science“, biologie a chemie) se věnovalo vzdělávacím technologiím. Výsledky výzkumů ukazují, že promyšlené využívání digitálních technologií při výuce přírodovědných předmětů má značný potenciál a může usnadnit dosažení stanoveného výukového cíle. Závěrem lze shrnout, že analyzované odborné články poukazují na možný přínos smysluplně a promyšleně využívaných digitálních technologií pro kvalitu přírodovědného vzdělávání. Ten spočívá zejména ve zvýšení zájmu žáků o přírodovědné jevy, zlepšení komunikačních a argumentačních schopností, které souvisí s lepší orientací v komplexních situacích, formulování vědeckých hypotéz aj. Nutnou podmínkou je samozřejmě volba vhodných metod a forem výuky a s tím související příprava pedagogů a jejich další podpora v dané oblasti. Z analýz také vyplynulo, že velká část učitelů se dostatečně neorientuje v možnostech, které digitální technologie pro výuku přírodovědných předmětů nabízí.
Tento materiál je publikován pod licencí Creative Commons – Uveďte původ – Neužívejte komerčně – Nezpracovávejte 3.0 ČR.
| Oblasti využití digitálních technologií | Integrace technologií do vzdělávání | 51 |
| On-line materiály a podpora výuky (WebQuest, e-kurzy apod.) | 32 |
| Počítače a počítačová gramotnost | 28 |
| Virtuální experiment / simulace | 23 |
| Zobrazovací technologie, virtuální prostředí, modely | 21 |
| Učení a hodnocení s využitím digitálních technologií | 16 |
| Interaktivní multimédia | 15 |
| Hodnocení vlivu digitálních technologií ve výuce | 13 |
| Postoje k digitálním technologiím | 11 |
