Patrícia Jelemenská

Vytvorenie učebného prostredia a evaluácia výkonov žiakov.

Úlohy TIMSS z pohľadu výsledkov výskumu didaktickejrekonštrukcie v oblasti ekológia.

Cyklus prednášok: Podněty pro pedagogický a didaktický výzkum, 1. prednáška, 13. 3. 2008, Centrum pedagogického výzkumu PdF MU Brno

Porozumenie znamená, veci priradiť význam.

I. Východiská: porozumenie pojmom

„Tak! ... A to musí byť raz a navždy jasné.“

Príklad: „Ekosystém je základná stavebná a funkčná jednotka prírody. Tvoria ho

živé (biotické) zložky – organizmy a neživé (abiotické) zložky – voda, pôda,

vzduch, slnečné žiarenie. Ekosystémy sú suchozemské (les, lúka, pole) a

vodné (jazero, rybník, potok, rieka, more, oceán).“

(Biológia pre 4. ročník osemročných gymnázií, 2001)

Ekosystém ako celok:priestorové ohraničenie,

tok energie a kolobehy látok

TIMSS je zameraný na skúmanie výkonov žiakov k pojmom, ktoré čo najver-nejšie reprezentujú učebné osnovy (curricula) krajín zapojených do štúdie.

I. Východiská: porozumenie pojmom

(Linder Biologie: Gesamtband, 2005)

„Kto hovorí o ‛ekosystéme’, sa zdá byť vedecky zdatným. A predsa,

pri definícii tohto pojmu sa názory rozchádzajú“.

(Jax 2002)

I. Východiská: porozumenie pojmom

Pojem ekosystém?

• Výrez z biosféry charakterizovaný živými a neživými časťami majúci jasné vonkajšie hranice.

• Potravné vzťahy medzi konkrétnymi organizmami prekračujúce hranice (vodného) prostredia.

• ... (Jax 2002)

Kontroverzie vo vede a zohľadnenie predstáv žiakov: dôležité aspekty pre výber pojmu ekosystém pre

vyučovanie

(Biológia pre 4. ročník gymnázií, 2002)

I. Východiská: porozumenie pojmom

II. Model didaktickej rekonštrukcie

Príklad z výskumu: Porozumenie pojmu ekosystém

A. Výskumné otázky B. Interpretácia predstávC. Metódy D. Výskum predstáv žiakovE. Zhrnutie výsledkov F. Orientačné línie pre vyučovanie ekológie

III. Trendy v medzinárodnej štúdii matematiky a prírodovedných predmetov

IV. Porovnanie niektorých čŕt oboch štúdií

Príklad z výskumu: Porozumenie pojmu ekosystémA. Výskumné otázkyB. Metódy C. Kvalitatívna analýza testových úloh TIMSS

V. Zhrnutie

II. Členenie

Kattmann et al. 1997, Kattmann 2007

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Objasnenievedeckých predstáv

Vytvorenie učebného prostredia

Výskum žiackychpredstáv

II. Model didaktickej rekonštrukcie

Kattmann et al. 1997, Kattmann 2007

II. Model didaktickej rekonštrukcie

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Objasnenievedeckých predstáv

Vytvorenie učebného prostredia

Výskum žiackychpredstáv

Objasnenie vedeckých predstáv:

• Vedecké pozície sú konštruktmipríslušných vedeckých komunít, tzn. kontingentnosť, ale nie ľubovoľnosť.

• Musia byť kriticky analyzované a to v kontexte, t.j. v podmienkach ich vznikuako aj v zmyslových súvislostiach.

• Predmet vyučovania nie je danýoblasťami vedy, ale musí byť vytvorenýna základe pedagogického stanoveniacieľov.

Výskum žiackych predstáv:

• Predstavy vychádzajú zo základných skúseností

• Sú osobnými konštruktmi (s emo-cionálnymi a sociálnymi kompo-nentmi)

• Sú rezistentné voči poučovaniu

• Sú predpokladom a prostriedkomučenia sa

Kattmann et al. 1997, Kattmann 2007

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Objasnenievedeckých predstáv

Vytvorenie učebného prostredia

Výskum žiackychpredstáv

II. Model didaktickej rekonštrukcie

Vytvorenie učebného prostredia:

• Tvorba bohatých ponúk pre vyučova-nie, ktoré dávajú učeniu sa zmysel

• Vývoj metapozície oproti vedeckým a vlastným predstavám

• Vyučovanie znamená: podporu učeniasa

• Učeniu sa znamená: staré prememiť v nové a v novom staré pozdvihnúť

• Konceptuálna rekonštrukcia(conceptual reconstruction, Kattmann 2005)

Porozumenie pojmu ekosystém

1. Ktoré kritériá sú dôležité pre vnímanie spojitostí v prírode?

2. Aké predstavy spájajú študenti a vedci s termínmi “spoločenstvo”, “ekosystém” a “Zem ako ekosystém”? Na základe ktoréhokritéria sú odlišované tieto pojmy?

3. Aký ontologický status (objektívno-reálny alebo mentálna konštrukcia) je spájaný s (ekologickými) jednotkami?

4. Aké epistemologické porozumenie, protirečenia a princípy hodnotenia sú spájané s ekologickými jednotkami?

A. Príklad z výskumu: Výskumné otázky

(Jelemenská 2006)

- Žiaci nemajú mylné predstavy (“misconception“). Predstavy žiakov je potrebné zmysluplne interpretovať v súvislosti s každodennými skúsenosťami (Lakoff & Johnson, upravené Gropengießer 2001, 2003).

- Niektoré aspekty v predstavách žiakov sú paralelné nielen k historickými, ale aj k aktuálnymi predstavám vedcov (napr. Gropengießer, 2001).

Prečo sa ukazujú paralely medzi predstavami žiakov a vedcov: Príčiny porozumenia? (Jelemenská 2006, Jelemenská & Kattmann 2006)

Reifikované poznávanie: Stotožnenie poznávania s realitou.

Reflektované poznanie: Mentálne vytvorené (reflektované) rozlíšenie medzi poznaním a skutočnosťou. Vedomérozpoznanie predpokladov a hraníc poznania.

B. Príklad z výskumu: Interpretácia predstáv

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

FachlicheKlärung

Vytvorenie učebného prostredia

Objasnenie vedeckýchpredstáv

• Analýza vedeckých prameňov zpohľadu Epistemológie: A.G.Tansley(1935), K. Friederichs (1938), E. P. Odum (1999), J. Lovelock (1992) aK. Jax (2002)

Výskum žiackych predstáv

• 16-17 roč. žiaci

• Kvalitatívne metódy (Problémovo-orientované interview, Concept net)

Metodicky kontrolovaná analýza: Kvalitatívna obsahováanalýza

C. Príklad z výskumu: Metódy

Čo patrí v prírode spolu?

D. Výskum predstáv žiakov (interview)

Kriteriá

• Priestor

• Potravné vzťahy prekračujúce „hranice“ ekosystému

(Martin, 17 rokov)

D. Výskum predstáv žiakov (interview)

Potravné vzťahy: Byť najedený

(58 – 72) Na tieto orly velice dobre pôsobia zrejme zajace. Orly sa z nich najedia. Potom na zajace pôsobia veľmi dobre rastliny. To tiežako zdroj potravy. [...] (297 – 303) Pozitívny vzťah od zajacov k orlomsom dal preto, lebo však vďaka nim žijeme. Teda aj vďaka nim. Zajacevplývajú dobre na jeho [orla] žalúdok. (CN 170 – 184, Luk 17 rokov)

D. Výskum predstáv žiakov (interview)

Životný priestor ako domov

„Pod životným priestorom rozumiem priestor, kde môžu a kde sa tým zvieratám najlepšie žije. Tzn., kde majú podmienky pre taký ten pokojný život. Pokojný znamená, že majú napríklad dostatok potravín, že si tam môžu nájsť alebo spraviť nejakú skrýšu pred dravcami alebo skrýšu, odkiaľ môžu loviť. Čo ešte? Asi to prostredie, ktoré im najlepšie vyhovuje na život.“ (CN 170 – 184, Luk 17 rokov)

Argumentácia: antropomorfná („Zachovanie života“)

• Životný priestor ako domov (ekosystém)

• Potrava nevyhnutný predpoklad života

(Martin, 17 rokov)

D. Výskum predstáv žiakov (interview)

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Didaktische StrukturierungŠtrukturovanie didaktických obsahov

Scientific clarification

Výskum žiackychpredstáv

• Ako reálny systém v

rozdielnych ekolo-

gických pozíciách

• Ako vedecký

konštrukt (A.G.

Tansley 1935)

E. Zhrnutie výsledkov: Porozumenie pojmu ekosystém

Objasnenievedeckých predstáv

(Jelemenská 2006, Jelemenská & Kattmann 2006)

• Ako reálna vec

• Rozdielne predstavy

(protirečenia):

vzťahy vs. priestor

(Knight et al. Nature 2005)

Prepojenie ekosystémov:Vysvetlenie rozdielov v rastlinných

populáciách rastúcich v blízkosti rybníka? (Dynamika trofických kaskád)

Zachovanie ekologickej rovnováhy

Ekosystém ako celok:priestorové ohraničenie,

a kolobehy látok

Ekosystémy bez hraníc

Reifikovanépoznávanie:

Ekosystém akoreálny systém

Reflektovanépoznanie:

Ekosystém akomentálny konštrukt

E. Porozumenie pojmu ekosystém: Rovnováha vs. dynamika

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Didaktische StrukturierungŠtrukturovanie didaktických obsahov

Scientific clarification

Výskum žiackychpredstáv

• Ako reálny systém v

rozdielnych ekolo-

gických pozíciách

• Ako vedecký

konštrukt (A.G.

Tansley 1935)

• Ako reálna vec

• Rozdielne predstavy(protirečenia):

vzťahy vs. priestor

Reflektované poznanie vs. reifikované poznávanie

Porozumenie ekosystému ako mentálnej konštrukcie

E. Zhrnutie výsledkov: Porozumenie pojmu ekosystém

Objasnenievedeckých predstáv

(Jelemenská 2006, Jelemenská & Kattmann 2006)

Vodný priestor Suchozemský priestor

-+

Vážka

+

Larva vážky

-

Opeľovač

-+

+

(Knight et al. 2005)

Výsledok: Ekosystém ako životný priestor a “Potravné vzťahy prekračujúce „hranice“ ekosystému” (antropomorfné chápanie)

Cieľ vyučovania: Relativizovanie hraníc životného priestoru: „Prepojenie životných priestorov“ na základe životných cyklov organizmov

Orientačná línia 1: Využitie protirečenia priestorového vymedzenia a prepojenia na základe vzťahov

F. Orientačné línie pre vyučovanie ekológie

Výsledok: Reifikované porozumenie pojmu ekosystém (napr. harmonickéspolužitie organizmov predpoklad pre zachovanie rovnováhy)

Cieľ vyučovania: Porozumenie pojmu ekosystém ako mentálneho konštruktu: dynamika vs. rovnováha

Orientačná línia 2: Porozumenie pojmu ekosystém ako mentálneho konštruktu pri porovnávaní rozličných koncepcií

(Knight et al. Nature 2005)

Dynamika: „Limity ekosystémov“Zachovanie ekologickej

rovnováhy

F. Orientačné línie pre vyučovanie ekológie

Čo sa žiaci naučili?

Výkony žiakov a ich charakteristikyDosiahnutékurikulum

Čo je v skutočnosti vyučované a akoprebieha vyučovanie v triede?

školský, učiteľský kontexta kontext triedy

Implementovanékurikulum

III. TIMSS

Čo sa majú žiaci naučiť?

napr. učebné osnovy

Mullis et al. 2005

Zamýšľanékurikulum

V Modeli didaktickejrekonštrukcie je snaha:

- kontroverzie vo vede využiť ako podnet a predmet pre učenie sa.

- na základe rozličných kontextov pochopiť inter-a intraindividuálne protirečenia v predstavách žiakov.

- na základe porovnania predstávžiakov a vedcov, využiť reflexiu k učeniu.

riešenie problémov je závislé od epistemologickej pozície (zmysluplné učenie).

V TIMSS je prijaté:

- testové úlohy sú orientované na jednu vedeckú pozíciu: vedeckékontroverzie nie sú zaujímavé.

- len jedna vedecká pozícia je uvažovaná ako správna: Odlišnépredstavy sú vnímané ako mylné.

- pre riešenie problémov súnevyhnutné poznatky (mechanické učenie).

IV. Porovnanie niektorých čŕt oboch štúdií

1. Na akú vedeckú definíciu sú orientované úlohy TIMSS z ekológie?

2. Aké výkony žiakov sú skúmané prostredníctvom danýchúloh v oblasti ekológia?

A. Príklad z výskumu: Výskumné otázky

(Jelemenská 2007)

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

FachlicheKlärung

Erfassen vonSchülerperspektiven

Didaktische Strukturierung

FachlicheKlärung

Kritériá pre posúdenie výkonov žiakov

Objasnenie vedeckých predstáv:Analýza úloh v oblasti ekológia

• Analýza historických a aktuálnychzdrojov s rozličnou epistemologickouorientáciou(Jelemenská 2006, Jelemenská & Kattmann 2006)

Výskum žiackych predstáv:Prehodnotenie odpovedí žiakov

• žiaci 8. triedy

• Odpovede a kódovania (pre verejnosťuvoľnené úlohy)

B. Metódy

TIMSS 1995 M.11, TIMSS 1999-R L08, TIMSS 2003 S032704 (Osídľovanie ostrova)

Potravná sieť: Tok energie

TIMSS 1999-R N02 (čo by stalo s potravnou sieťou, ak by bol nedostatok potravy), TIMSS 2003 S032202 (čo by stalo s korisťou, ak by bol odstránený predátor)

Potravná sieť: Zmeny vo veľkosti populácie

TIMSS 1995 X.02B (svetlo), TIMSS 1999-R X.02B (slnko)

Dôležitosť energie pre životný priestor

TIMSS 1995 R.03, TIMSS 1999-R R03D, TIMSS 2003 S032705A (mačky), S032705B (kozy)

Zavedenie nového druhu do oblasti

Opis úlohÚlohy v ekológii

C. Analyzované testové úlohy TIMSS

TIMSS 1995 X.02A, TIMSS 1995 K.11 (akvárium), TIMSS 1999-R X.02A (prales)

Dôležitosť rastlín pre životný priestor

TIMSS 1999

X.02A V pralese na obrázku je opísaných šesť prvkov.

Vysvetli, prečo každé z dole uvedeného je dôležité pre zachovanie ekosystému v pralese. A. Strom

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie vedeckých predstáv

TIMSS 1999

X.02A V pralese na obrázku je opísaných šesť prvkov.

Vysvetli, prečo každé z dole uvedeného je dôležité pre zachovanie ekosystému v pralese. A. Strom

Reifikované predstavy k pojmu ekosystém: Orientácia na priestorové ohraničenie a zachovanie života

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie vedeckých predstáv

X.02A TIMSS 1999

Kód Správne odpovede

10 Stromy produkujú kyslík a/alebovyužívajú oxid uhličitý.

Príklady:

Stromy produkujú kyslík. Stromy využívajú oxid uhličitý a dávajú

živočíchom kyslík, ktorý potrebujú.

Stromy sú dôležité, pretože ekosystém potrebuje kyslík, ktorý vylučujú.Stromy pomáhajú pralesu pri premieňaní

oxidu uhličitého, ktorý živočíchy vylučujú.

11 Rastliny sú potravou alebo energiou.

Príklad:

Rastliny produkujú ovocie pre živočíchy.

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie predstáv žiakov

X.02A TIMSS 1999

Kód Správne odpovede

12 Rastliny ponúkajú skrýšu.

Príklady:

Stromy sú dôležité, lebo sú domovom pre

živočíchy.

13 Rastliny ponúkajú ochranu pred Slnkom.

Príklady:

V lese by bolo príliš teplo bez tieňa

stromov.Stromy blokujú slnečné svetlo, aby

ochránili živočíchy.

19 Ďalšie správne odpovede

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie predstáv žiakov

X.02A TIMSS 1999

Kód Nesprávne odpovede

70 Príliš vágne odpovede.

Príklady:

Potrebujeme stromy pre živočíchy.

Sú súčasťou celého ekosystému.

79 Ďalšie nesprávne odpovede.

99 Prázdne

Úloha na populácií žiakov 8. ročníka základnej školy testujeantropomorfné porozumenie zachovania ekosystému.

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie predstáv žiakov

ABOVETOP 10%

TOP 10%

UPPER QUAR-TER

MEDIAN

LOWERQUAR-TER

[...] „Študenti vnímajú, že semenása vyvíjajú z kvetov alebo rastlín a určujú jednu úlohu rastlín v pralese“. [...]

(Martin et al. 2000)

X.02A TIMSS 1999

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Kritériá pre určenie výkonu žiakov

Úloha je zaradená do najnižšej referenčnej úrovne (benchmark). Opis kompetencií je zúžený na aplikáciu poznatkov pri riešení

problému.

Porovnanie úlohy TIMSS-u s historickými vedeckými predstavami

Holistická koncepcia (K. Friederichs 1937):- Holocoen (ekosystém) má “Gestalt”. - Celok – holocoen – je dôležitý pre časti a časti sú dôležité pre celok.- Celok – holocoen je samo regulovateľný systém: Harmónia v prírode je

nevyhnutným predpokladom pre funkčnosť celku.

Dôležitou súčastou ekosystemu sú rastliny:- Produkujú kyslík (Friederichs 1937, pozri tiež Junge 1907)- Sú potravou pre živočíchy (Friederichs 1937, pozri tiež Junge 1907)- Poskytujú útočisko pre zvieratá (pozri tiež Junge 1907)

Charakter úloh TIMSS-u items je kongruentný epistemológiou a ontológiou historických vedeckých koncepcií.

C. Kvalitívna analýza testových úloh:Objasnenie vedeckých predstáv

Didaktická rekonštrukcia

• Dôležitým predpokladom pre učenie sa je rozpoznanie protirečení v predstavách.

• Svet každodenných skúseností a veda s cieľom vytvoriť ponuky pre učenie sú v Didaktickej rekonštrukcii vzájomne a systematickyprepájané.

• Každodenné predstavy sa stávajú predpokladom pre učenie sa. Taktiež sú prostriedkom učenia, ak sa pri učení hľadá zmysel.

TIMSS z pohľadu Didaktickej rekonštrukcie

• Úlohy v TIMSS-e sú v ekológii orientované na reifikované poznávanie.

• Kódy úloh testujú (často) antropomorfné porozumenie.

• Medzinárodné referenčné úrovne výkonov žiakov v prírodných vedách neuvažujú vzťah medzi každodennými skúsenosťami a porozumením povahy vedy.

IV. Zhrnutie

Ďakujem za pozornosť!

Linky:

http://www.diz.uni-oldenburg.de/20512.html

http://isc.bc.edu/

Vybraná literatúra:

GROPENGIEßER, H. Lebenswelten. Denkwelten. Sprechwelten: Wie man Vorstellungen der Lerner verstehen kann. Beiträge zu DidaktischenRekonstruktion 4., Oldenburg : Didaktisches Zentrum, 2003.

GROPENGIEßER, H. Didaktische Rekonstruktion des Sehens: Wissenschaftliche Theorien und die Sicht der Schüler in der Perspektive der Vermitllung. 2. Aufl. Oldenburg. Beiträge zur Didaktischen Rekonstruktion 1., Oldenburg : Didaktisches Zentrum, 2001.

JAX, K. Die Einheiten der Ökologie. Frankfurt am Main : Peter Lang, 2002.

JELEMENSKÁ, P. Biologie verstehen: ökologische Einheiten. Beiträge zur Didaktischen Rekonstruktion 12., Oldenburg : Didaktisches Zentrum, 2006.

JELEMENSKÁ, P. Wie kann man Kompetenzen im Bereich Ökologie erfassen? TIMSS-Aufgaben zur Ökologie in der Sicht von Ergebnissen der DidaktischenRekonstruktion. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 2007, 17.

KATTMANN, U., DUIT, R., GROPENGIEßER, H.; KOMOREK, M. Das Modellder Didaktischen Rekonstruktion: Ein Rahmen für naturwissenschaftliche Forschung und Entwicklung. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 1997, 3, Nr. 3, S. 3-18.

KATTMANN, U. Lernen mit anthropomorphen Vorstellungen? Ergebnisse der Didaktischen Rekonstruktion in der Biologie. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 2005, 11, S. S. 165-174.

KATTMANN, U. Alte Vorstellungen und neues Wissen – Oder: Warum (Um-)Lernen so schwer fällt. Engagement. Zeitschrift für Erziehung und Schule, 2007, 1, 57-66.

KNIGHT, T. M.; MCCOY, M. W.; CHASE, J. M.; MCCOY, K. A.; HOLT, R. D. Trophic cascades across ecosystems. Nature, 2005, 437, no. 6, p. 880-883.

MULLIS, I.V.S., MARTIN, O.M., RUDDOCK, G.J., O`SULLIVAN C., ARORA, A., ERBERBER, E.: TIMSS 2007 Assessment Frameworks. Boston College: International Study Center 2005.

UŠÁKOVÁ, K., MATIŠ, D., KOVÁČ, V. Biológia pre gymnáziá. 4. Bratislava: SPN, 2002.