11.7 Konštruktivizmus a jeho aplikácia do vyučovania fyziky

Viera Lapitková FMFI UK Bratislava

 

V histórii vyučovania fyziky možno zaznamenať najmenej päť názorov na spôsob, ako má  byť proces vyučovania koncipovaný. Za najstarší spôsob sa považuje vyučovanie, osnované ako výklad s dominantným postavením učiteľa; tzv. “odovzdávanie“  sformovaných vedomostí žiakom.

Postupne sa názory na vyučovanie fyziky vyvíjali, viac sa prihliadalo na praktickú činnosť žiakov, na pokusy, zohľadňovali sa skúsenosti žiaka, jeho premýšľanie o prírodných javoch. Tým sa menila aj úloha učiteľa.

 

Dnes sa chápe prírodovedné vzdelávanie ako konštruovanie poznatkov žiaka. Učiteľ pomáha, uľahčuje žiakom pochopiť prírodné javy, konštruovať pojmy. Žiaci, organizovaní v skupinách, samostatne objavujú súvislosti medzi pojmami. Učenie sa chápe aj ako individuálny, aj ako sociálny proces (Young 1997).

Konštruktivistické poňatie učenia a vyučovania je založené na zložitom konštrukčnom procese, v ktorom je výber, organizácia a interpretácia podnetov závislá od predchádzajúcej žiakovej skúsenosti. Tvorba poznatkov je v každom žiakovi individuálna a ich úroveň nie je u každého žiaka rovnaká. (Briscoe –  La Master 1991) 

Uvedené predstavy o vyučovaní podmieňujú aj tvorbu pedagogických dokumentov, ako sú učebné osnovy, vzdelávacie štandardy, a didaktických pomôcok, ako učebnice, metodické príručky a ďalšie materiály, s ktorými však môže učiteľ účinne pracovať len vtedy, ak je na túto prácu  pripravený.

Realizácia naznačených trendov vo vzdelávaní prírodných vied si vyžaduje zdatné tímy zložené tak z radov vedeckých pracovníkov, ako aj učiteľov z praxe, dlhodobú teoretickú prípravu a experimentálne overenie vypracovaných programov vzdelávania na školách.

 

Poznámka Trendy, ktoré sme maznačili, umožňujú zostaviť vyučovacie programy. Podľa jednoho z nich sa vyučuje aj u nás – je to program integrovaného vyučovania prírodovedných predmetov FAST. Program FAST (Foundational  Approaches in Science Teaching) má medzinárodný charakter. Vznikol približne pred 30 rokmi (1966) v oddelení Curriculum Research and Development  Group (CR & DG) na Universite of Hawaii a dnes a podľa neho vyučuje v 38 štátoch USA, v Austrálii, Kanade, Japonsku, Novom Zélande, Rusku, Indonézii, Maroku, Spojených arabských emirátoch, Singapúre a aj u nás.

Na odborných fórach je program FAST označovaný ako projekt tretieho tisícročia.

 

Konkrétnu aplikáciu teórie konštruktivizmu do obsahu vyučovania fyziky uvedieme z tohto programu, ktorý je u nás overený a dosahujú sa s ním dobré vzdelávacie výsledky v oblasti prírodovedných predmetov. (TIMSS 1999, 2000)

 

 

Pedagogická stratégia založená na konštruktivizme

 

Teoretické východiská FASTu spočívajú v prácach J. Deweya, K. Lewina, J. Piageta, J. Brunera,  L. Vygockého,  H. Gardnera, D. Kolba a ďalších. Myšlienky z prác uvedených autorov dali základ teórii pedagogického konštruktivizmu. (Young 1998)        

Podľa K. Lewina a H. Gardnera (1991) žiak vstupuje do vyučovania  už s predbežne sformulovanými predstavami.

Deti si začínajú vytvárať súbor predstáv, očakávaní a vysvetlení sveta okolo seba ešte dlho predtým, než začnú chodiť do školy. Majú priamu skúsenosť s mnohými javmi, s ktorými sa každodenne stretávajú, napr. s plávaním a potápaním telies, so zmenami skupenstva látok či s prejavmi gravitácie a pre mnohé z nich majú aj vlastné vysvetlenie. Pretože sa také predstavy a vysvetlenia spravidla líšia od vedeckých názorov, nazývame ich naivnými predstavami.

 

Naivné chápanie sveta býva často hlboko zakorenené a musí sa prehodnotiť a prekonať, aby ho mohlo nahradiť nové chápanie. (Young 1997).

Podľa F. M. Pottengera „FAST využil konštruktivistickú psychológiu pri tvorbe svojho obsahu ako didaktický základ“.

Náš model vychádza z nasledovných predpokladov:

 

       vzdelávanie je proces individuálneho budovania vedomostí na základe skúseností a premýšľania;

       budovanie vedomostí sa uskutočňuje vtedy, keď sú predchádzajúce vedomosti preformulované, pretože sa spájajú s novými informáciami;

       zmyslové skúsenosti sa aktívne triedia, interpretujú a spájajú pomocou vrodených  mechanizmov a tiež prostredníctvom mechanizmov neskôr získaných;

       emócie, záujem a zvedavosť, to všetko hrá úlohu pri výbere toho, ktorá zmyslová skúsenosť sa stane súčasťou novej skladby vedomostí;

       tvorba nových vedomostí môže vzísť z osobnej účasti na javoch v prírode, zo zážitkov zámerne organizovaných a sprostredkovaných inou osobou (vyučovaním) alebo z vnútorného spájania informácií už uložených v pamäti.“ (Pottenger 1997, s.6)

 

 

Vyučovacie stratégie používané v projekte FAST sa začínajú poukazovaním na anomálie alebo záhadné situácie, aby sa vyvolal kognitívny konflikt medzi skúsenosťou, naivnou predstavou žiaka o danom jave, a jeho skutočným fungovaním.

 

Anomálie, odchýlky od našich predpokladov, slúžia ako motivácia k následným skúmaniam, experimentovaniu a premýšľaniu, aby ich, ako aj ďalšie javy,  bolo možné  vysvetliť. Na nové vysvetlenie je však potrebná nová kvalita, úroveň vedomostí. Aplikácia a využitie poznatkov v nových situáciách prináša zasa nové rozpory a cyklus vyučovacej stratégie FASTu sa opakuje tak, ako je to znázornené na obr. 1. (Pottenger 1992) 

 

             

 

Obr. 1 Pedagogická stratégia FASTu

 

 

 Uvedenú pedagogickú  stratégiu získavania poznatkov vo FASTe možno nazvať zjednodušenou pedagogickou transformáciou Lewinovej a Kolbovej štruktúry skúsenostného učenia sa.

 

Na základe štúdia a vlastných praktických skúseností chcem uvedenú pedagogickú stratégiu ukázať na konkrétnom tematickom celku I. Úvod do poznávania vlastností látok. (Pottenger 1992, 1993). Tento tematický celok plní v obsahu FASTu niekoľko cieľov. Jedným z nich je získanie základných návykov a zručností, potrebných na samostatné nadobúdanie vedomostí. Ide o nasledovnú modelovú schému empirického poznávania:

       formulovanie problému

       vyslovenie hypotézy

       realizácia pokusu a meraní

       spracovanie, posúdenie a interpretovanie výsledkov meraní.

 

Modelová schéma sa nazýva aj explanačno – experimentálnym postupom získavania poznatkov. (Pottenger 1997)

 

Ďalším cieľom tematického celku je osvojenie si základných pojmov (hmotnosť, dĺžka, objem, hustota), meraní: hmotnosti, dĺžky, objemu, hustoty a osvojenie si grafickej metódy zobrazovania fyzikálnych funkcií.

Obsah tematického celku „Úvod do poznávania vlastností látok“ približne zodpovedá tematickému celku „Mechanické vlastnosti kvapalín a plynov“ pre 7. ročník vyučovania fyziky na ZŠ.

 

1.    ANOMÁLIA

Skúmanie základných javov   

Prečo?

U jedenásťročných žiakov možno predpokladať, že majú vlastné, naivné predstavy a vysvetlenia o plávaní, vznášaní a potápaní sa telies vo vode. Na základe týchto predstáv vyslovia hypotézu, ako sa budú správať skúmavky naplnené rôznym množstvom kvapaliny rovnakej farby (obr. 2a), po ich vhodení do odmerného valca, v ktorom je voda a olej (obr. 2b).

 

                                                               

Obr. 2  Úvodný pokus

                        

 

 V skúmavkách však nie sú kvapaliny rovnakej hustoty. V skúmavke č. 2 je kvapalina s väčšou hustotou ako v skúmavkách č. 1 a 3. Aby táto skutočnosť zostala utajená, kvapaliny sa zafarbia na rovnakú farbu. Predpoklad žiakov, že sa skúmavky usporiadajú v odmernom valci v poradí 3,2,1 sa nesplní. Po realizácii pokusu sa skúmavky usporiadajú v poradí 3,1,2 (obr.2c). Toto zistenie by malo vyvolať u žiakov názorový rozpor, kognitívne napätie medzi skúsenosťou a výsledkami pokusu.

 

Skúsenosť hovorí, že čím je v skúmavke viac kvapaliny, tým sa hlbšie ponorí do vody vo valci. Pokus so skúmavkami túto skúsenosť nepotvrdil.

Na skutočné, vedecké vysvetlenie pokusu možno prísť premyslenou realizáciou ďalších skúmaní, pozorovaním a premýšľaním nad nimi.                          

 

2. Skúmanie a realizácia pokusov

 

Získavanie a analyzovanie nových skúseností

Čo?

V tejto fáze nastupuje skúmanie a realizácia pokusov, meranie hodnôt fyzikálnych veličín, zostrojovanie grafov a pozorovanie. Žiaci objavujú vzťahy medzi fyzikálnymi veličinami, ktoré vedú k pojmu hustota a k vysvetleniu javov v úvodnom pokuse.

V našom prípade ide o:

       skúmanie vplyvu hmotnosti telesa na hĺbku jeho ponorenia do vody (pri nezmenenom objeme telesa): pokusy s ponáraním trubičky do vody s pridávaním závaží,

       skúmanie vplyvu  veľkosti objemu telesa na hĺbku ponorenia (pri rovnakej hmotnosti): pokusy so škatuľami rôznych objemov s rovnakou záťažou,

       meranie veľkosti objemu a hmotnosti telies, ktoré vo vode plávajú alebo sa potápajú.

Ide o tzv. reflexívne pozorovanie, ktoré je reflexívnym preto, že žiaci odpovedajú na otázky vedúce k analýze a porovnávaniu zaznamenaných údajov a pozorovaní.

 

 

3. Vyvodenie pojmov

 

Vyhodnocovanie skúseností

Ako to funguje?

Kľúčovým pojmom vedúcim k vysvetleniu anomálie z úvodného pokusu, je teda pojem hustoty. Pozorovaním pokusu s karteziánskym potápačom (ktorým je malá injekčná striekačka), možno zistiť, že pri klesaní potápača na dno fľaše sa doň naberá voda, a teda sa zväčšuje jeho hmotnosť. Meraním hmotnosti a objemu  potápača v rôznych polohách a zostrojením grafov sa konštruuje pojem hustoty.  

 

                                                          

Obr. 3  Grafy hustoty telies v závislosti od objemu

 

 

Na vysvetlenie javov však nestačí vedieť určiť hustotu telies, je nutné poznať aj hustotu kvapaliny, v ktorej je teleso ponorené. Ďalším krokom je teda určenie hustoty vody alebo iných kvapalín a zostrojenie grafov. 

 

Táto etapa tvorby pojmov, podľa Kolba abstraktná konceptualizácia, si vyžaduje určitý čas, aby žiaci mali možnosť dokázali určiť hustotu rôznych telies či kvapalín a aby sa tento dôležitý pojem neviazal len na jeden, úvodný pokus.

 

 

1.    Aplikácia

Využitie poznatkov v nových situáciách

Čo ak?

V tejto etape vyučovacej stratégie FASTu ide o riešenie úloh, ale aj rozšírenie poznania o nové aspekty, napr. aký vplyv má zmena teploty telesa na jeho hustotu a ponáranie sa vo vode.

Úlohy, v ktorých žiaci využívajú svoje poznatky, možno klasifikovať ako jednoduché aplikácie a riešenie problémov. Pravidelne sa v tejto etape vyučovacej stratégie zadávajú tzv. projektové úlohy.    

Uvedená pedagogická stratégia FASTu je využiteľná pre zavádzanie pojmov, ktoré vychádzajú zo skúsenosti. U abstraktných fyzikálnych pojmov, ako je sila, práca, energia či teplo, je prvý krok - anomália - nahradený zaujímavým pokusom. Pokus modeluje jav, ktorý žiaci na základe skúsenosti nedokážu vysvetliť, ale by ich mal motivovať k ďalšiemu poznávaniu. 

Zavádzanie fyzikálnych pojmov, vysvetľovanie javov má podľa akceptovania konštruktivistickej teórie svoju nosnú líniu. Okrem nej však musí byť tento nosný proces vetvený akceptovaním nápadov žiakov.  Podľa Younga (Young 1997) sú zásady, ktoré sprevádzajú konštruktivistické spôsoby vyučovania nasledovné:

       akceptovanie a podporovanie žiakov v ich nápadoch a otázkach,

       využívanie otvorených otázok a podporovanie žiakov v zdokonaľovaní svojich predstáv,

       podporovanie žiakov v overovaní svojich predstáv, zodpovedaní svojich vlastných otázok, v hľadaní príčin a predpovedaní následkov,

       podporovanie takých činností ako sú sebaanalýza, zhromažďovanie dôkazov o daných predstavách a zdokonaľovanie predstáv vo svetle nových skúseností a dôkazov.

 

Výskumy v oblasti pedagogiky a hlavne psychológie v posledných desaťročiach zdôrazňujú potrebu aktívneho zapájania žiakov do vzdelávacieho procesu. Stretávania sa s najdôležitejšími pojmami niekoľkokrát, potrebu byť v kontakte s ostatnými počas získavania vedomostí a čo je najdôležitejšie, aby si záver vyvodili z vlastných skúseností. Pokiaľ sú žiaci len pasívni prijímatelia vedomostí z kníh, či od učiteľa, ich vedomosti sú povrchné a formálne. Jedným z hodnotiacich kritérií práce učiteľa je, či žiaci kladú učiteľovi otázky a akú úroveň otázky majú.