příspěvek k vizualizaci chemického experimentu

PŘÍSPĚVEK K VIZUALIZACI CHEMICKÉHO EXPERIMENTU
Autori: Jiří Rychtera, Martin Bílek, Karel Myška
Abstrakt:
Přs pozitivní vývoj technických prostředků, především videotechniky, je možné konstatovat, že interpretaci
chemického experimentu lze v mnoha případech stále považovat za neefektivní. V příspěvku jsou naznačeny
vybrané možnosti řešení tohto problému.
Klíčová slova: interpretace chemického experimentu, specifikace informací, uzavřený televizní okruh,
vizualizace
CONTRIBUTION TO VISUALIZATION OF CHEMICAL EXPERIMENTS
Abstract :
Over positive progress of technicals mediums, first of video technology, is possible submit, so
interpretation of chemical experiment can be in by many instances always treat uneconomical. In contribution is
insimated some possibilites resolution here of problem.
Key Words: interpretation of chemical experiment, specifikations of informations, recluse television circle,
visualization
1. Úvod
Jednou z nejobecnějších zásad teorie řízení je předpoklad, že jednoznačně účinný systém
řízení nějakého procesu lze vytvořit především tam, kde dobře známe jeho zákonitosti, kde
existuje obecně platná teorie tohoto jevu [1]. Ve smyslu tohoto předpokladu je nezbytné
nahlížet i na analýzu procesů spojených s efektivní interpretací chemického experimentu.
2. Cílené řízení percepčních procesů
Chemický experiment je, jak je všeobecně známo, jedním ze základních prostředků
poznávání. Tuto funkci plní proto, že je pro poznávající subjekt zdrojem informací
nezbytných pro aktivní percepci, která je považována za nezbytnou součást poznávacího
procesu. Zvolský definuje percepci „jako proces organizace a interpretace senzorických dat a
to na základě jejich kombinací s výsledky předchozích zkušeností“. Zdůrazňuje, že „nejde o
statický děj, ale o děj aktivní, spojený s činností seřazovací, pozorovací, vyhodnocováním
podnětů z analyzátoru za pomoci paměti“[2]. Zmiňovaný proces organizace a interpretace
senzorických dat je vázán, jak je patrné z definice, na předchozí zkušenosti a logicky také
souvisí s množstvím informací, které senzorický prostor subjektu spoluvytvářejí. Lze
předpokládat, že žák základní školy, který s chemií začíná, vnímá stejné situace jinak než
pokročilý student. Výběr a vyhodnocování vnímaného souboru informací žákem nemůže být
v takovém případě bezprostřední, samovolné, ale je třeba jej cíleně řídit, případně regulovat.
Samozřejmostí pro takovéto řízení je nenásilná a citlivá organizace percepční činnosti,
protože v opačném případě zcela paradoxně efektivita klesá. Kulič [1] k této problematice
uvádí soubor základních charakteristik podnětů a jejich časoprostorové vztahy, které mají být
předpokladem efektivního poznávání. „Jsou to např. síla (intenzita) podnětu, některé jeho
kvalitativní vlastnosti (barva, vůně, tvar, zabarvení hlasu) i jejich kombinace a vzájemný
vztah - především známe kategorie podobnosti a kontrastu. Účinnost podnětu souvisí také
s jeho novostí a „zvláštností“ , ale také závisí na motivačním a citovém působení na žáka.
V neposlední řadě o účinnosti podnětových situací rozhoduje jejich časoprostorové
uspořádání, jejich organizace v prostoru a čase zvláště z hlediska možnosti dotyku, tj.
současného, případně blízkého výskytu“[1].
3. Chemický experiment jako zdroj informací
Přes obtížnou postižitelnost průběhu percepčních procesů je známa celá řada pravidel,
z nichž některá jsou citována i v tomto příspěvku, která zefektivňují poznávací činnost žáka.
Pravidla uváděná v obecné rovině mají svoji platnost i při řízení učebních činností
v jednotlivých vyučovacích předmětech. Tím se dostáváme k problematice nastíněné v názvu
příspěvku.
Chemický experiment, považovaný za základní prostředek poznávání, za základní zdroj
informací, je v souladu s výše uváděnými poznatky na informace bohatý. V zájmu efektivity
percepčních procesů je třeba celý proces interpretace experimentu řídit, aby žák odlišil
informace podstatné od nepodstatných a byl tak schopen objevovat principy zkoumaných
dějů, odrážejících se následně v praktické aplikaci poznaného. Je všeobecně známo, že
interpretace experimentu je po stránce metodické dostatečně rozpracovaná a spočívá ve
vymezení cíle experimentu, v realizaci přípravné fáze jak po stránce technické tak didaktické,
ve vlastním provedení experimentu a vyvození závěrů. S ohledem na řízení percepčních
procesů je však třeba, v průběhu vlastní interpretace, vymezit tzv. informační centrum.
Informačním centrem rozumíme tu část aparatury nebo senzorického prostoru poznávajícího
subjektu, kde se odehrávají podstatné změny, nezbytné pro pochopení principů zkoumaného
děje. Přímé vymezení informačního centra provádíme zpravidla slovně, prostřednictvím
didaktické techniky, případně neverbální cestou např. ukážeme apod. Z hlediska pedagogické
efektivity je však vhodnější nepřímé vymezení informačního centra. Spočívá ve výběru
návodných otázek, které vedou poznávající subjekt k samostatnému objevení a vymezení
centra informací. Vlastní proces vymezování popisovaného centra uskutečňujeme zpravidla
v průběhu přípravné fáze interpretace experimentu. Celý proces lze pak označit jako přímou
nebo nepřímou specifikaci informací.
4. Výzkum efektivity interpretace chemického experimentu
V rámci pregraduální přípravy studentů učitelského studia je do učebních plánů
zařazováno několik disciplín, které jsou zaměřeny na řešení problematiky spojené s efektivní
interpretací chemického experimentu. Jedná se především o dvousemestrální předmět
„Technika a didaktika školních pokusů“, významnou roli v přípravě však sehrávají i ostatní
didakticky orientované disciplíny jako „Obecná didaktika chemie“, „Didaktika organické
chemie a biochemie“, „Chemický experiment v mikrovýstupové praxi“ apod. Cíle
uvedených disciplín korespondují s výše analyzovanou problematikou a jsou nastaveny
takovým způsobem, aby absolventi studia zvládali proces interpretace pokusů nejen po
stránce teoretické, ale především po stránce praktické.
Vzhledem k tomu, že problematice interpretace chemického experimentu je v průběhu studia
věnována značná pozornost, zajímalo nás, jak se tato skutečnost odráží v připravenosti
začínajících učitelů. Na základě výzkumu uskutečněného z analýzy videozáznamů pořízených
při hodinách chemie v rámci průběžné pedagogické praxe jsme získali některé relevantní
informace nejen o frekvenci experimentální činnosti, ale především o průběhu vlastní
interpretace experimentu. Podrobné výsledky jsou publikovány v [5] a my si zde
povšimneme té složky experimentování, která koresponduje s cíleným řízením percepční
činnosti, tj. nahlédneme především do tak často podceňované „přípravné fáze“
experimentování. Společně s autorkou práce se zaměříme podrobněji především na
„viditelnost aparatury“ při experimentování a na „proces řízení percepční činnosti žáků
učitelem“, protože tyto dva aspekty významně ovlivňují efektivnost získávání informací
z realizovaného pokusu.
Aspekt „viditelnosti aparatury“ byl posuzován na základě vyhodnocení rozměrů aparatury,
jejího umístění na demonstračním stole, využívání kontrastního pozadí, natočení aparatury
(směrem k žákům nebo vyučujícímu?), umístění dalších nepoužívaných pomůcek a součástí
aparatur apod. Vlastní proces vyhodnocování komplikovalo zkreslení obrazu způsobené
odlišností pohledu kamery na experimentální činnost a používání přiblížení detailů
prostřednictvím zoomu, nezanedbatelnou roli je třeba spatřovat i ve výrazné míře
subjektivizmu hodnotitelky. Na třístupňové škále ( 3 – často, 2 – občas, 1 – téměř nikdy )
byly přiřazeny tři body 51,3% případů, dva body 35,9% pokusů a jeden bod 12,8%
z analyzovaných 39 experimentů. Sledovaný aspekt lze částečně zefektivnit vhodnou
organizací řízení percepční činnosti žáků. Verbální i neverbální podpora experimentování,
vedoucí k odhalení „informačního centra“ může nahradit některé nedostatky plynoucí
z nedostatečné vizualizace. Dle téhož zdroje [5], řídí percepční procesy odpovídajícím
způsobem (stupeň 3) 61,5% začínajících učitelů, 30,8% začínajících učitelů na pedagogické
praxi realizuje řízení s rezervami a v 7,7% případů je pozorování žáků ponechána naprostá
volnost.
Po rozboru výsledků z uváděného výzkumu lze mj. konstatovat, že většina položek, které jsou
evidovány pod stupněm 2 a 1 má příčiny subjektivního charakteru. Souvisejí v převažující
míře s nervozitou a stresem začínajícího adepta učitelství, mohou souviset s nadměrným
množstvím podnětů, které musí učitel v průběhu vyučovacího procesu řešit, v řadě případů to
může být neznalost, ať už se jedná o neznalost didakticky či odborně orientovanou. Výčet
příčin nelze považovat za úplný a v našem případě se domníváme, že není nutné hledat
všechny problematické jednotlivosti. Co je však nezbytné, je odstranění příčin objektivních a
jednou z nich je možné nasazení didaktické techniky ve prospěch zefektivnění vizualizace
experimentální činnosti.
5. Uzavřený televizní okruh a specifikace informací
„Z hlediska teorie informace je učební pomůcka chápána jako množina signálů, nesoucích
zprávy o obsahu a cíli etapy učení, aby ovlivnila žákovo rozhodování o výběru a zpracování
informací z těchto zpráv“ [6]. Dle uvedené definice lze spatřovat podstatné analogie mezi
interpretací učební pomůcky a interpretací reálného experimentu. Zvláště když ještě
využijeme následné specifikace z [6] „2. pomůcky k materiálním operacím (funkční modely,
pokusné soupravy, zobrazení a znázornění), které slouží k seznamování s vlastnostmi,
strukturou nebo funkcí zkoumané věci, k vyvolávání jevů…..“, pak již není pochyb o blízké
analogii analyzovaných termínů. To také znamená, že jedno z kriterií klasifikace učebních
pomůcek lze využit i jako klasifikační kriterium pro reálné experimenty. Je to klasifikace, kde
třídícím kriteriem je nasazení didaktické techniky a vyplývá z ní, že mezi experimenty
najdeme takové, které vyžadují k prezentaci didaktickou techniku a takové, které ji
nevyžadují. Problém nelze spatřovat v nalezení experimentů, jež lze řadit do jedné i druhé
skupiny, je však nesporné, že při prezentaci některých experimentů bez didaktické techniky
musí učitel volit náhradní postupy, aby zabezpečil „přenos zpráv o obsahu a cíli“ jak se praví
v definici. Těmito postupy jsou např. posílání pomůcek po lavicích, obcházení třídy učitelem
s výsledky experimentu, zvaní žáků k demonstračnímu stolu apod.
Abychom odstranili zastaralé a mnohdy neefektivní postupy byla provedena úprava
dlouhodobě používaného a v našich příspěvcích několikrát popisovaného televizního okruhu
(viz [7], [8], [9]) pro účely vizualizace chemického experimentu. Uzavřený televizní okruh
jsme sestavili z dálkově ovládané kompaktní videokamery umístěné na otočné hlavici, kterou
lze snímat experimentální činnost učitele a
současně ji promítat dataprojektorem
s příslušnými detaily, které za normálních okolností žák nemůže pro jejich nepatrný rozměr
pozorovat. Současně je možné přiřazením VCR či DVDrekordéru tuto experimentální činnost
zaznamenávat a záznam využít pro případnou podrobnější analýzu experimentu. Při ověřování
činnosti popisovaného zařízení však byly identifikovány také některé nedokonalosti, které
omezují spektrum využitelnosti popisovaného zařízení a jejich příčina souvisí s technickými
parametry používaného dataprojektoru. Jedná se především o nevěrnou prezentaci barevných
odstínů a o obtížnou rozlišitelnost detailů vybraných experimentů (např. pevných produktů
elektrolýzy na elektrodách), což jsou pro chemii výrazná pochybení. Přes uvedené nedostatky
však budeme zařízení i nadále testovat a hledat cesty k jeho zdokonalování.
6. Závěry
Závěrem je možné k analyzované problematice poznamenat. Přestože jsou školní
chemické experimenty tak častým tématem vědeckých konferencí, jeví se jejich efektivní
interpretace stále nedořešeným problémem. Významné perspektivy se nabízejí v procesech
spojených s digitalizací získávaných dat, ty ale budou vyžadovat pravděpodobně využití
některých nestandardních postupů a především zcela odlišnou koncepci použitých
technických systémů.
Literatura:
1. KULIČ, V.: Základní principy a mechanismy učení In: KOLÁŘ, Z. a kol.: Pedagogická
psychologie,SPN Praha, 1980, 220 s.
2. ZVOLSKÝ, P. a kol.: Obecná psychiatrie, Univerzita Karlova, Praha 1994, 189 s.
3. BÍLEK, M. a kol. Psychogenetické aspekty didaktiky chemie, Gaudeamus, UHK, 2001,
135 s.
4. ČIPERA, J.: Vybrané kapitoly z didaktiky chemie, Univerzita Karlova Praha, 1979, 124 s.
5. ČERVENKOVÁ, H.: Experimentální činnosti budoucího učitele v průběhu pedagogické
praxe; Diplomová práce, Univerzita Hradec Králové, 2008, 85 s.
6. KOUBA, L., kol.: Technické systémy ve výuce II. UK Praha, 1995, 104 s.
7. RYCHTERA, J., HLADÍKOVÁ, D.: Profesní portfolio učitele a jeho přínos učitelskému
vzdělávání; In: Profese učitele a současná společnost, UJEP Ústí n.L., 2004, s.20;
s přílohou CD ISBN 80-7044-571-8
8. RYCHTERA, J.: Uplatňování zpětnovazebních principů v rámci praktické složky
pregraduální přípravy učitelů, In: Pregraduální příprava a postgraduální vzdělávání učitelů
chemie, OU Ostrava, 2003, s. 151; ISBN 80-7042-960-7
9. RYCHTERA, J.: Postavení a funkce pedagogické praxe v přípravě učitelů. In: Jakość
kształcenia a kompetencje zawodowe nauczycieli przedmiotów przyrodniczych,
Uniwersytet Opolski, OPOLE 2003, s. 187; ISBN 83-7395-018
Poděkování
Příspěvek vznikl s podporou projektu Grantové agentury České republiky (GAČR) č. 406/09/0359 a projektu
specifického výzkumu PdF UHK č. 2107/200
Kontaktní adresy
Jiří Rychtera, Martin Bílek, Karel Myška, Katedra chemie, Pedagogická fakulta, Univerzita Hradec Králové,
Rokitanského 62, 500 03 Hradec Králové, Česká republika, [email protected]
Citace
RYCHTERA, J., BÍLEK, M., MYŠKA, K. Příspěvek k vizualizaci chemického experimentu.
In KMEŤOVÁ, J., LICHVÁROVÁ, M. (eds.): Súčasnosť a perspektívy didaktiky chémie II. Zborník z medzinárodnej konferencie, Donovaly, 27. - 29. 5. 2009, Banská Bystrica : FPV
UMB, 2009, s. 67 - 70. ISBN 987-80-8083-751-8