ÚVOD

Základné princípy rozvoja veľkých vedeckých predstáv o procesoch vedy

Základným zámerom projektu I-S.K.Y.P.E. je vytvoriť metodickú podporu učiteľom primárneho prírodovedného vzdelávania prostredníctvom inovatívnych vzdelávacích materiálov, ktoré rešpektujú aktuálne trendy v didaktike prírodovedného vzdelávania. Metodická príručka pre učiteľa je jedným zo základných nástrojov, prostredníctvom ktorých je podpora učiteľov v realizácii prírodovedného vzdelávania uskutočňovaná. Pri tvorbe koncepcie samotnej metodickej príručky sme zohľadnili požiadavku na podporu interaktívneho vzdelávania, a to tak, aby bolo možné hovoriť o efektívnom rozvoji prirodovedných spôsobilostí, ktoré by potenciálne mohli viesť k zvyšovaniu konkurencieschopnosti a zamestnateľnosti mladých ľudí.

Zámer vytvorenia metodického materiálu

Vzhľadom na uvedené bolo našou snahou vytvoriť ucelený didaktický materiál, ktorý by reflektoval aktuálne potreby spoločnosti v oblasti prírodovedného vzdelávania a zároveň by pokrýval všetky oblasti prírodovedného vzdelávania, a to tak, aby bol využiteľný bez ohľadu na kurikulárnu špecifikáciu krajín európskeho, či dokonca mimoeurópskeho priestoru. Vzhľadom na potrebu rozvíjať popri prírodovednom poznaní aj prírodovedné poznávanie a tiež samotnú predstavu o vede a jej procesoch, a zároveň vzhľadom na potrebu vytvoriť všeobecne použiteľný materiál, rozhodli sme sa materiály spracovať na základe teoreticky primerane ukotveného a dostatočne rozpracovaného konceptu, ktorý je v didaktických kruhoch známy ako koncepcia rozvoja Veľkých vedeckých predstáv a predstáv o vede (Big Ideas in Science; pozri Harlen, ed., 2010; Harlen, ed., 2015).

Snaha identifikovať všeobecne aplikovateľný kľúčový obsah základného prírodovedného vzdelania existuje v diskurze prírodovedného vzdelávania už pomerne dlho a výsledkom sú rôzne zoznamy pojmov, tém, myšlienok či vysvetlení, ktorými by mal disponovať absolvent základného vzdelávania bez ohľadu na to, či bude pokračovať v štúdiu prírodných vied alebo nie. V aktuálnom období sa v tejto problematike do popredia dostala práve spomínaná koncepcia rozvoja veľkých vedeckých predstáv, ktorá vznikla pod gesciou profesorky Wynne Harlenovej. V porovnaní s inými podobnými dokumentmi je tento zaujímavý tým, že je previazaný s ucelenou a už pomerne stabilnou koncepciou rozvoja prírodovednej gramotnosti v zmysle podpory induktívnych poznávacích postupov v prírodovednom vzdelávaní.

Samotný názov koncepcie pomerne výstižne opisuje princípy v nej aplikované. V zmysle Harlenovej teórie práce s prírodovednými prekonceptmi žiakov (Harlen, 2000) je veľ­kosť predstáv v tomto prípade vnímaná skôr v zmysle komplexnosti, nie (aspoň prioritne nie) v zmysle nosnosti, či podstatnosti. Prácu s prekonceptmi Harlenová charakterizuje v zmysle posunu od malých k veľkým predstavám, pričom samotný posun v predstave nie je lineárny (modelovo opísané ako stúpanie po rebríku), ale veľmi komplexný, viacdimenzionálny.

Model tvorby podhubia

Zaujímavým modelom opisu posunu od malých predstáv k veľkým je model tvorby podhubia (podľa Thagard, 2001). V tomto modeli predstavujú uzly podhubia samotné koncepty. Je zrejmé, že uzly podhubia sú v podstate tvorené samotnými spojmi medzi jednotlivými uzlami. Čím viac je spojení, tým „väčší“ uzol je. Spojenia, ktoré v princípe predstavujú logické súvislosti medzi izolovanými poznatkami, vznikajú neustále (zmyslovým vnímaním, učením), a tým sa štruktúra myšlienok kompletizuje. Postupne sa k tým istým informáciám (uzlom podhubia v tejto mentálnej sieti) možno dostať cez najrôznejšie asociácie, čo podporuje aj samotnú využiteľnosť jednotlivých myšlienok, či parciálnych informácií, ktorými sú koncepty tvorené. Týmto spôsobom sa vytvárajú komplexnejšie a abstraktnejšie náhľady na realitu – vysvetlenia.

Veľké prírodovedné predstavy a predstavy o vede

Veľké prírodovedné predstavy a predstavy o vede a jej procesoch sú v predmetnej koncepcii charakterizované nasledovne:

Veľké prírodovedné predstavy: Všetky materiály vo vesmíre sú zložené z veľmi malých častíc.
1. Všetky materiály vo vesmíre sú zložené z veľmi malých častíc.
2. Telesá môžu ovplyvňovať iné telesá na diaľku.
3. K zmene pohybu telesa je potrebná výsledná sila naň pôsobiaca.
4. Celkové množstvo energie vo vesmíre je vždy rovnaké, ale energia môže byť transformovaná, ak sa veci zmenia alebo ak tú zmenu vyvolajú.
5. Zloženie Zeme a jej atmosféry, a procesy prebiehajúce v nich tvarujú povrch Zeme a vytvárajú klímu.
6. Slnečná sústava je len malou časťou jednej z miliónov galaxií vo vesmíre.
7. Organizmy sú organizované na bunkovej báze.
8. Organizmy potrebujú zásobu energie a materiálov, od ktorých sú často závislé a o ktoré zápasia s inými organizmami.
9. Genetické informácie sa prenášajú z jednej generácie organizmov na ďalšiu.
10. Rôznorodosť organizmov, ich prežitie a vyhynutie je výsledkom evolúcie.

Veľké prírodovedné predstavy: Všetky materiály vo vesmíre sú zložené z veľmi malých častíc.
1. Veda predpokladá, že pre každý jav existuje jedna alebo viacero príčin.
2. Vedecké vysvetlenia, teórie a modely sú tie, ktoré sú v najlepšom súlade so známymi faktami v danom čase.
3. Poznatky získané vedou sú využívané v technológiách pri tvorbe produktov slúžiacich ľudským potrebám.
4. Aplikácie vedy majú často etické, sociálne, ekonomické a politické dôsledky.

Z celkového počtu štrnásť sú štyri posledné predstavy zamerané na poznanie samotnej vedy (Ideas about Science). Potreba začleniť do základných vedeckých konceptov aj také, ktoré vytvárajú predstavu o obsahu a procese vedy ako takej, je výsledkom skutočnosti, že samotný koncept veľkých vedeckých predstáv vychádza z teórie komplexného rozvoja prírodovednej gramotnosti a zároveň reflektuje na potrebu oboznamovania sa s vedeckými postupmi už v základnom vzdelávaní.

Tri dimenzie prírodovednej gramotnosti

V súvislosti s nazeraním autorského tímu tohto konceptu na prírodovednú gramotnosť a jej rozvoj je možné hovoriť o troch dimenziách prírodovednej gramotnosti, pričom samotné základné vedecké (alebo tiež prekladané ako prírodovedné) predstavy a predstavy o vede ú prvou z nich. Druhou, rovnako významnou dimenziou, je procesná dimenzia, ktorú autorský tím konceptu transformuje z pôvodnej komplexnej spôsobilosti vedeckej práce na pomerne špecifickejšiu kompetenciu zameranú na získavanie a využívanie empirických dát (Harlen, 2015). Treťou dimenziou sú rôzne postojové charakteristiky špecificky viazané na obsah a proces vedy, ktoré zabezpečujú, že samotný proces prírodovedného poznávania bude spustený a bude bežať v medziach objektívneho poznávania. Len všetky tri dimenzie aplikované do konkrétnych didaktických intervencií môžu zabezpečiť popri rozvoji primeraného prírodovedného poznania a poznávania aj dôležitý pocit kompetentnosti, ktorý zabezpečí, že žiaci budú vnímať svoju spôsobilosť riešiť drobné výskumné problémy tak, aby si neustále svoje poznanie zdokonaľovali a taktiež, aby uspokojovali svoju zvedavosť po poznaní.

Z opisu veľkých vedeckých predstáv je zrejmé, že prvých desať predstáv je zameraných na rozvoj predstavy o fungovaní prírody, kým posledné štyri sú zamerané na rozvoj predstavy o fungovaní samotnej vedy. Vzhľadom na to, že je málo efektívne vytvárať osobitné vzdelávacie aktivity, ktorých základným zámerom bude rozvoj predstáv o procesoch vedy, vzdelávacie situácie sme v metodike vytvorili tak, aby posledné štyri predstavy o vede boli rozvíjané v rámci rozvoja prvých desiatich prírodovedných predstáv.

Rozvoj predstáv o vede a vedeckých procesoch

Rozvoj predstáv o vedeckých procesoch je tak zabezpečený špecifickým spôsobom realizácie aktivít, ktorých cieľom je rozvoj predstáv o vybraných prírodných javoch. V nasledujúcom texte sa pokúsime priblížiť, v čom spočíva rozvoj predstáv o vede a vedeckých procesocha ako je možné rozvoj týchto predstáv identifikovať v inštrukciách k rozvoju základných desiatich prírodovedných predstáv.

Ide o rozvoj nasledujúcich štyroch predstáv o vede a vedeckých procesoch:
1. Veda predpokladá, že pre každý jav existuje jedna alebo viacero príčin.
2. Vedecké vysvetlenia, teórie a modely sú tie, ktoré sú v najlepšom súlade so známymi faktami v danom čase.
3. Poznatky získané vedou sú využívané v technológiách pri tvorbe produktov slúžiacich ľudským potrebám.
4. Aplikácie vedy majú často etické, sociálne, ekonomické a politické dôsledky.

Teória veľkých vedeckých predstáv a ISCED 1

Vzhľadom na to, že našim zámerom je rozvoj primárneho prírodovedného vzdelávania, vychádzajúc z teórie veľkých vedeckých predstáv, sústredíme sa aj na opis toho, do akej miery je možné dané predstavy rozvinúť v rámci primárneho stupňa vzdelávania (ISCED 1).

1. Veda predpokladá, že každý jav má jednu alebo viacero príčin

   Podľa konceptu rozvoja veľkých vedeckých predstáv (Harlen, 2015) by žiaci prvého stupňa ZŠ mali v rámci tejto komplexnej predstavy pochopiť, že veda je o hľadaní a tvorbe vysvetlení toho, prečo sa veci dejú tak, ako sa dejú, alebo prečo majú práve takú podobu, akú majú, uvedomujúc si, že každá udalosť alebo jav má príčinu alebo niekoľko príčin a že existuje dôvod, prečo majú veci takú formu, akú majú. Zároveň by mali byť vzdelávaním vedení k tomu, aby si uvedomili, že vysvetlenie nie je domnienka, vysvetlenie musí byť vždy niečím podložené. K rozvoju predstavy učiteľ prispieva aj tým, že žiaci postupne prichádzajú na to, že existujú rôzne spôsoby, ako zistiť, ako niečo funguje a prečo sa to tak deje. Prostredníctvom prírodovedných aktivít by mali žiaci zistiť, že precízne pozorovanie, ktorého súčasťou (ak je to možné a vhodné) je meranie, naznačuje vysvetlenie toho, čo sa pravdepodobne deje. V iných prípadoch je možné do situácie zasiahnuť a sledovať, čo sa udeje. Pri tomto spôsobe zisťovania je dôležité sa ubezpečiť, že všetky ostatné vlastnosti situácie zostali rovnaké a výsledok pozorovania bol dôsledkom zmeny len jednej vlastnosti.

   Z charakteristiky je zrejmé, že cieľom je rozvoj sebavedomého skúmania so zameraním na induktívne orientované činnosti. Bez zavedenia termínu premenná a experiment sa v tomto období očakáva rozvoj predispozícií pre samotné uskutočňovanie experimentovania. Dôraz sa kladie na pozorovanie a meranie, a to v zmysle uvedomovania si, že prostredníctvom týchto činností je možné prísť k vysvetleniam pozorovaných skutočností, ktoré budú primerane dôveryhodné. Práve na aplikáciu týchto prvkov sme sa sústredili pri tvorbe aktivít vedúcich k rozvoju prvých desiatich veľkých vedeckých predstáv. Navrhované postupy tak nevedú žiaka len k jednoduchému poznaniu samotných prírodných javov, ale aj k pochopeniu toho, ako funguje vedecké poznávanie, ktoré samotné vysvetlenia vytvára. Podobne je do didaktických postupov aplikovaný aj rozvoj nasledovných troch predstáv o vede a jej procesoch.

2. Vedeckými vysvetleniami, teóriami a modelmi označujeme tie, ktoré sú v najlepšom súlade s faktami známymi v danom čase

   Pre vekovú skupinu 5 – 7 ročných detí je rozvoj predstavy (podľa Harlen, 2015) charakterizovaný pochopením toho, že každý môže klásť otázky o tom, čo sa deje v prírodnom svete a tiež môže spraviť niečo pre to, aby našiel odpoveď, ktorá mu pomôže vysvetliť to, čo sa deje. Predstava je ďalej rozvíjaná v primárnom prírodovednom vzdelávaní (vek detí 7 – 11 rokov) tak, aby žiaci pochopili, že vedecké vysvetlenia sú vytvárané prostredníctvom systematického skúmania, ktoré obsahuje zbieranie dát pozorovaním alebo meraním vlastností pozorovaných objektov alebo používaním dát z iných zdrojov informácií. To, či bude efektívne vysvetlenie vytvorené, závisí od toho, aké dáta boli zozbierané, čo je zvyčajne sprevádzané vyslovením nejakej teórie alebo hypotézy o tom, čo by sa mohlo stať.

   Z opisu úrovne rozvoja predstavy pre vek žiaka primárneho prírodovedného vzdelávania vyplýva, že by malo byť učiteľovou snahou rozvíjať snahu žiaka klásť si otázky, na ktoré si následne dokáže odpovedať vlastnou výskumnou činnosťou. Pri realizácii samotných výskumných činností je vedený tak, aby pochopil, že skúmanie musí byť realizované precízne, lebo na základe toho, aké dáta získa, vytvára záver zo skúmania, a teda aj samotné vysvetlenie (pochopenie) toho, čo skúmal. Prostredníctvom takto formulovaných úloh žiak zisťuje, že postupy skúmania nie sú dané, vytvára si ich výskumník sám, a to tak, aby pomocou postupu získal výsledky, ktorým môže dôverovať. Učiteľ vedie žiakov k tomu, aby pri navrhovaní a realizácii vlastných výskumných postupov využívali predchádzajúce poznanie, čím ich vedie k tvorbe skúsenosťou podložených predpokladov. Zároveň tým žiaci pochopia základné kroky výskumného postupu, ktoré sú rovnaké pri skúmaní jednoduchého aj zložitého výskumného problému.

3. Vedecké poznanie sa používa v technológiách na tvorbu produktov, ktoré slúžia ľud­ ským zámerom

   Podľa konceptu veľkých predstáv o vede (Harlen, 2015) by už predškolské dieťa (5 – 7 ročné) malo mať vytvorenú predstavu, že technológie boli vytvorené ľuďmi na to, aby im poskytovali veci, ktoré potrebujú alebo môžu používať, napríklad jedlo, nástroje, oblečenie, miesto pre bývanie a spôsob komunikácie. Dieťa by si malo uvedomiť, že všade okolo nás sa nachádzajú príklady toho, ako boli materiály zmenené tak, aby mohli byť použité pre určitý účel. V rámci primárneho vzdelávania (7 – 11 roční žiaci) by táto predstava o vede a jej prepojení s technikou mala byť ďalej rozvíjaná tak, aby žiaci pochopili, že technológie sa rozvíjajú prostredníctvom inžinierstva, ktoré predstavuje identifikáciu problémov a využívanie prírodovedných vedomostí na návrh a rozpracovanie najlepšieho možného riešenia. Žiaci by taktiež mali porozumieť tomu, že vždy existuje viacero rôznych spôsobov, ako riešiť problémy, čo znamená, že je potrebné vyskúšať viacero možností. Pri posudzovaní toho, ktorý spôsob riešenia bude najlepší je dôležité myslieť na to, aký je očakávaný výsledok, a teda ako bude posudzovaná úspešnosť riešenia.

   Z uvedeného je zrejmé, že žiaci by mali byť vedení aj k takým vzdelávacích aktivitám, pri ktorých využívajú svoje prírodovedné poznanie na návrh jednoduchých technických riešení, čím sa rozvíja pragmatická stránka predstavy o význame vedy pre život človeka.

4. Použitie vedeckého poznania má často etické, sociálne, ekonomické a politické dô­ sledky

   Žiaci by si mali prostredníctvom prírodovedného vzdelávania uvedomiť, že chápanie prírodného sveta, ktoré bolo vytvorené vedou, nám umožňuje vysvetľovať si, ako niektoré veci fungujú alebo ako sa javy dejú. Toto chápanie môže byť často využité na zmenu alebo spôsobenie vecí, ktoré môžu pomôcť riešiť rôzne problémy ľudstva. Zatiaľ čo takéto technologické riešenia upravujú životy a zdravie množstva ľudí v krajinách po celom svete, je dôležité si uvedomiť, že realizácia týchto riešení využíva materiály z prírodného sveta, ktoré sú v blízkej dobe vyčerpateľné alebo môže produkovať materiály, ktoré sú pre prírodu škodlivé. Z uvedeného je zrejmé, že učiteľ by sa mal v prírodovedných aktivitách venovať aj uvedomovaniu si súvislostí a dôsledkov nielen v rámci prirodzených ekosystémov (ekologické vzdelávanie), ale aj v rámci špecifických zásahov človeka do prírody (environmentálne vzdelávanie). Žiak by nemal byť vedený k tomu, aby sa učil naspamäť dôsledky špecifických zásahov do prírody, ale aby sa sám nad možnými dôsledkami zamýšľal, a to na základe porozumenia samotným prírodným zákonitostiam.

   Z charakteristiky veľkých vedeckých predstáv o vede a jej procesoch vyplýva, že spôsob, akým by malo byť primárne prírodovedné vzdelávanie realizované má v rovnakej miere rozvíjať nielen samotné prírodovedné poznatky, ale aj proces, prostredníctvom ktorého sú tvorené. Žiaci by mali prostredníctvom vlastnej skúsenosti prísť na to, ako samotná veda funguje, čím sa zabezpečí aj doposiaľ zanedbávaný rozvoj pocitu kompetentnosti „robiť vedu“, a to prostredníctvom vnímania vlastných úspechov v riešení vybraných prírodovedných otázok induktívnym (výskumným) spôsobom. Samotné vzdelávacie aktivity vedúce k rozvoju desiatich veľkých prírodovedných predstáv sú v metodickej príručke formulované tak, aby sa popri nich prirodzene a v kontexte (teda aj funkčnejšie) rozvíjali aj samotné predstavy o vede a jej procesoch v zmysle konceptu rozvoja veľkých vedeckých predstáv.

Použité zdroje:
• HARLEN, W.: Assessment and Inquiry-Based Science Education: issues in policy and practice. Trieste: Global Network of Science Academies (IAP) Science Education Programme. 2013, ISBN: 978-1-291-33214-8. [online]. [cit. 2016-07-07]. Dostupné na internete: http://www.interacademies.net/
• HARLEN, W. (ed.): Principles and Big Ideas of Science Education. Herts : Association for Science Education. 2010, ISBN: 9780863574313. [online]. [cit. 2016-07-07]. Dostupné na internete: www.ase.org.uk
• HARLEN, W. (ed.): Working with Big Ideas of Science Education. Science Education Programme of IAP: Trieste. 2015, ISBN: 9788894078404. [online]. [cit. 2016-07-07]. Dostupné na internete: http://www.interacademies.net
• HARLEN, W.: The Teaching of Science in Primary Schools. London: David Fulton Publishers Ltd. 2000
• PIAGET, J. – INHELDEROVÁ, B.: Psychológia dieťaťa. Bratislava: SOFA. 1997, ISBN: 8085752336.
• THAGARD, P.: Úvod do kognitívni vědy (Mysl a myšlení). Praha: Portál. 2001, ISBN: 80-7178-445-1.
• ARCHER, L., DEWITT, J., OSBORNE, J. DILLON, J., WILLIS, B. a WONG, B.: „Doing” science versus „being” a scientist: Examining 10/11-year-old schoolchildren‘s constructions of science through the lens of identity. Science Education, Vol. 94, No. 4, 07.2010, p. 617-639.