Periodická tabulka jako předmět badatelsky orientovaného vyučování

Anotace

Během svého studia na pedagogické fakultě jsem se několikrát setkala se zkratkou IBE či IBSE (z anglického termínu Inquiry-based Science Education) označující způsob výuky žáků či studentů, který se do češtiny překládá jako badatelsky orientované vyučování. Proto mě velmi zaujal článek s názvem Periodic Properties and Inquiry: Student Mental Model Observed during a Periodic Table Puzzle Activity, který vyšel v měsíčníku Journal of Chemical Education. Autory příspěvku jsou pracovníci Indiana University of Pennsylvania, a to katedry psychologie a chemie. [1]

Jak již název článku napovídá, autoři se pokusili vypozorovat, jak vysokoškolští studenti přistupují k učení se periodické tabulce a co toto jejich učení ovlivňuje. Důležitost myšlenkových pochodů učícího se subjektu je nasnadě, stejně tak jejich aplikace ve výuce. Chemie je pak jistě jedním z těch předmětů, kde může být badatelsky orientovaný způsob výuky velmi nápomocný a žádoucí. Abychom ve smyslu moderních didaktických metod mohli přesunout kontrolu výukových aktivit na žáka, je vhodné vědět, jak vlastně učení probíhá a co k němu žák potřebuje.

Teoretický základ

Autoři článku se snaží definovat procesy vytvářející smysl (sensemaking processes), ty dělí na aktivity pracující s něčím dosud nepoznaným (foraging) a již poznaným (exploiting). Svá zjištění se pak snaží propojit s teorií badatelsky orientovaného vyučování. Při vytváření myšlenkového modelu je důležitý vztah mezi známým vzorem či schématem a novou znalostí. Pro větší přehlednost je přehled těchto procesů uveden v tabulkách 1 a 2.

Tabulka 1 – Přehled aktivit pracujících s nejistotou (Foraging Process Skills)

Tabulka 2 – Přehled aktivit pracujících s jistotou (Exploiting Process Skills)

Postup experimentu

Studenti pracovali s interaktivní periodickou tabulkou (viz obr. 1), volně dostupnou na internetových stránkách Dartmouth College. Jedná se o jednu z několika aplikací tamní virtuální chemické laboratoře napsaných v programovacím jazyce Java určených k výuce a procvičování látky. Velkou roli zde hrají barvy a jejich odstíny. Jsou klíčem k různým vlastnostem prvků uspořádaných v periodické tabulce. V průběhu ověřování výukového potenciálu této aplikace studenti využívali pět základních vlastností prvků, a to atomové hmotnosti, elektronové hustoty, ionizační energie, elektronegativity a elektronové afinity. Mezi další parametry, které je možné sledovat, patří např. protonové číslo, atomový poloměr či teploty tání a varu.

Šest vysokoškolských studentů s rozdílnou délkou předchozího studia chemie bylo sledováno při celkem pěti aktivitách. Jejich postup a komentář byl nahráván. Při jednotlivých činnostech, odstupňovaných podle obtížnosti, byly subjektům předloženy periodické tabulky s chybějícími úseky a nepojmenovanými bloky reprezentujícími prvky. Studenti pak měli doplnit chybějící prvky do správné pozice, a to pouze na základě níže jmenovaných vlastností. Jak již bylo předesláno, cílem ověřování nebylo zjistit aktuální znalosti studentů, nýbrž poznávací procesy vytvářející se v průběhu učení se periodické tabulce, respektive periodickým zákonům.

Obr. 1 – Interaktivní periodická tabulka prvků

Výsledky a doporučení

Výsledky tohoto kvalitativního výzkumu moc překvapivé nejsou. Mnohem zajímavější jsou z nich vycházející rady autorů pro učitele pracující se žáky, kteří se s tímto učivem ještě nesetkali:

• Předpoklad, že žáci snadno rozpoznají periodicitu prvků v tabulce, byl příliš optimistický. I při vysvětlování relativní atomové hmotnosti či protonového čísla je učitelská podpora nezbytná.
• Studenti používali při testování různé strategie odvislé od jejich předchozích znalostí a procesů vytvářejících určitý smysl. Méně zkušenému jedinci je proto vhodné např. sdělit, že při skládání má využít vlastnosti, která v periodické tabulce vytváří větší rozptyl.
• Schopnost využívat badatelských dovedností nekoresponduje s předchozími faktickými znalostmi učiva. Naopak, dřívější zkušenost může negativně ovlivnit celý proces řešení problému, respektive učení.

Závěr

Periodická tabulka prvků je jedním ze základních témat při výuce chemie, a to už na základní škole (viz RVP ZV). Nemyslím si, že je třeba se ji učit nazpaměť pomocí mnemotechnických pomůcek. Považuji za důležitější, aby s ní žáci uměli zacházet, byli schopni ji využívat při řešení dalších problémů, a hlavně aby si uvědomili, že to adjektivum v názvu má skutečně určitý význam. Využití interaktivní periodické tabulky je pak podle mého názoru jedním z mnoha způsobů, jak žákům učivo zatraktivnit. Aplikace není pouze podpůrným prostředkem teoretického výkladu, ale nabízí i možnost individuálního učení a procvičování nabytých znalostí, a to vskutku zábavnou formou. Zkuste si sami sestavit třeba řadu alkalických kovů (alkali metals). I mě by docela zajímalo, jak si kdo povede, co při tom využije za znalosti či dovednosti a jaké myšlenkové pochody mu přitom půjdou hlavou.