Možnosti uplatnění digitálních technologií ve výuce přírodopisu

Možnosti uplatnění digitálních technologií ve výuce přírodopisu

Jakub Holec

Digitální technologie mohou nabízet příležitosti k inovativním a kreativním způsobům, jak ve výuce přírodopisu řešit konkrétní přírodovědné problémy. Přitom je důležité nezapomenout na fakt, že výuka přírodopisu by měla být zejména o poznávání a zkoumání přírody v přírodě.

U jednotlivých oblastí uplatňování digitálních technologií uvádím konkrétní náměty na učební činnosti, které se zaměřují na aktivní učení žáků, badatelsky zaměřenou výuku a přístup kombinující výuku ve třídě s výukou venku.

Získávání informací a dat

V této fázi badatelské činnosti žáci pomocí digitálních technologií vyhledávají informace o pozorovaných a zkoumaných organismech a porovnávají vyhledané informace s informacemi v učebnicích a encyklopediích, pod vedením učitele hodnotí obsah vyhledaných materiálů a srovnávají jej s vlastní zkušeností. Informace a data žáci získávají nejen při práci ve škole, ale rovněž při výuce v terénu, která žákům usnadňuje porozumění tomu, jak příroda funguje a na jakých principech stojí věda o přírodě. K tomu mohou posloužit mobilní zařízení (chytré telefony, tablety, laptopy). s instalovanými volně dostupnými aplikacemi usnadňující bádání a měření vlastností prostředí.

Při pozorování přírody se nabízí použití fotoaparátu, kamery, digitální lupy či digitálního mikroskopu, který lze získat z tabletu či mobilního telefonu pomocí nástavců. Při práci v terénu se rovněž hodí například aplikace na měření hluku, vlhkosti a teploty vzduchu, směrů a sklonu horninových vrstev. Kromě toho se nabízí uplatnění experimentálních systémů opatřených senzory pro měření a analýzy dat (např. Vernier, Pasco). V současné době jsou běžně dostupná mobilní zařízení, která umožňují nejen efektivní vyhledávání informací o zkoumaných organismech, ale rovněž nabízí prostředek pro pořizování kvalitních zvukový a obrazových záznamů (makroskopických i mikroskopických) pro další zpracování s důrazem na práci v terénu.

Nabízí se možnost využívání on-line virtuálních prostředí a animací, které umožňují vizualizace a pozorování ve výuce jen těžko pozorovatelných jevů a biologických objektů (př. vnitřní geologické děje, vývoj populací organismů, buněčné struktury). Uplatnění nacházejí především interaktivní multimédia v podobě virtuálních laboratoří (Virtual Labs), jejichž výhodou je možnost ve výuce pracovat i s přístroji a zařízením, které je jinak nedostupné (např. se skenovacím elektronovým mikroskopem). Alternativou pro realizaci terénních exkurzí mohou být tzv. virtuální terénní cvičení (Virtual Field Trips), během nichž se žáci seznamují s danou biologickou tematikou v digitálním prostředí. Dynamicky rozvíjející oblastí je virtuální realita, pomocí které se žáci mohou názorně seznamovat s anatomií lidského těla, stavbou buňky aj. Při práci s informacemi a daty je důležité, aby si žáci uvědomovali problematiku autorských práv a aby citovali používané zdroje.

Náměty na učební činnosti:

  • Využívání digitálních technologií k vyhledávání informací o rostlinách a živočiších, zaznamenávání výskytu rostlin či živočichů v okolí školy a bydliště s využitím nástroje Google Maps a technologie GPS v chytrém telefonu za účelem dalšího zpracování získaných informací a dat do podoby karet vybraných organismů. Ty budou obsahovat stručné a přehledně strukturované informace (např. vzhled, ekologické nároky, zajímavosti) a budou součástí třídního výzkumného deníku pro využití k dalšímu učení žáků.
  • Pozorování organismů v okolí školy spojené s určováním běžných zástupců rostlin a hub pomocí aplikací, které lze snadno dohledat v Google Play (pro Android) či App Store (pro iOS) například při zadání „plant identification app“ apod. a zdarma instalovat do chytrého telefonu či tabletu. Kromě toho je možné pracovat i s on-line dostupnými interaktivními klíči k určování rostlin, mechorostů, hmyzu, ptáků aj.
  • Pozorování chování organismů pomocí webové kamery a záznam životních projevů pozorovaných organismů v čase. Příkladem může být pozorování ptáků v době hnízdění a záznam, jak často přilétají rodiče, jak dlouho krmí svá mláďata apod. Obdobně je možné pozorovat a zaznamenávat chování ostatních živočichů. Jednoduché získávání dat pro další zpracování lze provádět pomocí on-line formulářů.
  • Vyhledávání informací k příčinám vymírání ohrožených druhů živočichů na Zemi způsobené vlivem člověka na životní prostředí (např. vymírání goril horských v souvislosti s výrobou mobilních telefonů). Sdílení získaných informací se spolužáky a učitelem prostřednictvím elektronické nástěnky např. v aplikaci Padlet, případně ve webovém prostředí padlet.com.
  • Využívání on-line dostupných virtuálních prostředí pro simulace průběhu přírodních jevů z oblasti ekologie, evoluce, buněčné biologie apod., které je obtížné sledovat v reálných podmínkách – např. simulace populační dynamiky organismů, geologických dějů (desková tektonika, svahové pohyby, …), šíření nemocí. Volně pro výuku využitelné zdroje a on-line prostředí (např. http://virtualbiologylab.org/) lze na webových prohlížečích dohledat při zadání klíčových slov Virtual Biology Lab, Virtual Simulations aj.
  • Vyhledávání informací o potravních řetězcích v přirozených i umělých ekosystémech, videí zaměřených na globální problémy a animace k danému tématu. Porovnávání získaných informací s obsahem učebnic a encyklopedií a vyhodnocení důvěryhodnosti používaných zdrojů.

Uchovávání informací a dat

Současné digitální technologie ve spojení s digitalizací dat přináší výhody především v možnostech přehledně a snadno třídit a uchovávat informace a data. Žáci třídí a řadí vyhledané informace a data podle obsahu ve vhodných formátech a aplikacích. Přitom využívají znalosti a dovednosti práce s běžnými kancelářskými aplikacemi (např. Excel, Word, Pages, Keynote, apod.), zároveň dokáží přenášet data z mobilních zařízení do cloudových uložišť (např. Google Drive, One Drive) nebo uložišť na pevném disku. Zároveň je možné využívat databáze, které jsou určené různým typům biologických dat. Jedná se například o informační databáze (obsahují odborné publikace), databáze slučující výsledky pozorování a experimentů z různých oblastí biologie (taxonomické databáze, ekologické a biogeografické databáze, databáze k uchovávání informací o struktuře proteinů, genů apod.).

Přestože řada databází k uchovávání dat je spravována a využívána odbornou komunitou biologů, jejich uplatnění v biologickém vzdělávání pod vedením učitele je žádoucí z hlediska práce s důvěryhodnými zdroji informací. Žáci přitom nemusí využívat pouze data dostupná v těchto databázích, ale mohou svojí činností přispět i k rozšiřování databází o data pořízená při vlastní výzkumné činnosti žáků. Příkladem může být databáze v rámci mezinárodní encyklopedie rostlin, hub a živočichů BioLib.cz, nebo nálezové databáze spravované Agenturou pro ochranu přírody a krajiny ČR.

Náměty na učební činnosti:

  • Lokalizace a popis rostlin, živočichů a hub v terénu, pořizování fotografií a uložení získaných dat do mobilního zařízení a odesílání pořízených pozorování do databáze výskytu druhů pomocí vhodných aplikací. Příkladem je aplikace BioLog fungující jako digitální zápisník pozorování fauny a flóry na území ČR, která umožňuje lokalizovat a popsat pozorování druhů v terénu, přidání fotografie a případně i odeslání do databáze výskytu druhů spravované Agenturou pro ochranu přírody a krajiny ČR (AOPK). Tím je možné ve výuce pomáhat k mapování přírody.
  • Určování rostlin a živočichů v okolí školy, pořízení fotografií z pozorování a sdílení fotografií konkrétních rostlinných a živočišných druhů v obrázkových databázích spravovaných odbornou komunitou. Například taxonomická encyklopedie BioLib umožňuje po registraci sdílet vlastní fotografie rostlin, hub a živočichů s odbornou komunitou. Přitom se napomáhá k mapování výskytu vybraných organismů v české krajině.
  • Tvorba školní databáze obsahující například karty živočichů a rostlin z okolí školy, protokoly z laboratorních cvičení a pozorování v terénu, zápisy z exkurzí, referáty, virtuální modely a simulace. Využívání databází ve výuce jako jednoho ze zdrojů informací pro přípravu a realizaci dalších pozorování, které budou navazovat na data v databázích za účelem jejich dalšího prohlubování a upřesňování.
  • Zpracování projektu například na téma buňka, při kterém žáci při práci s texty, obrázky a videi pečlivě ukládají získané materiály a zároveň je třídí za účelem dalšího zpracování. To mohou dělat jednak při práci se složkami na pevném disku, nebo v rámci cloudového uložiště.

Vyhodnocování informací a dat

Získaná data je potřeba analyzovat a následně jim přiřadit konkrétní význam na základě jejich porovnání s dalšími zdroji a vlastní zkušeností žáků. Dovednost analyzovat a vyhodnocovat různé podoby dat a informací a vyvozovat z nich odpovídající vědecké závěry patří mezi základní cíle přírodovědného vzdělávání. K tomuto účelu nachází uplatnění množství softwarů, které se liší svojí složitostí a způsobem využití. Pro základní analýzy lze dobře využít jednoduchých tabulkových procesorů (např. Excel, Tabulky Google, Minitab).

Analýza dat nachází uplatnění při práci s on-line dostupnými programy pro simulaci přírodních jevů (např. http://virtualbiologylab.org/), jejich součástí jsou i různá graficky zpracovaná data, jež je potřeba analyzovat a na základě toho vyhodnotit průběh simulovaných přírodních procesů. Tím se žáci ve výuce přibližují skutečné práci vědců, kteří na základě analýz dat hledají souvislosti a vztahy pro ověřování hypotéz a tvorbu závěrů na základě aktuálního stavu poznání. Pomocí vizualizací a animací biologických jevů a struktur je možné docílit u žáků snadnějšího porozumění často problematickým tématům výuky přírodopisu a biologie. Mezi tato problematická témata z pohledu žáků i učitelů patří buňka (buněčné organely, buněčné procesy), mikroorganismy, vznik a vývoj života na Zemi atd.

Náměty na učební činnosti:

  • Provádění jednoduchého grafického znázornění dat získaných z reálných pozorování a experimentů (např. data získaná při pozorování vybraných znaků chování konkrétního živočicha pomocí webové kamery, data z experimentu ke vlivu mykorhizy na růst rostlin). Přitom je důležité, aby žáci volili pro daný účel vhodné grafické vyjádření, ze kterého bude možné snadno vyčíst, co daná data znamenají a co prozrazují o daném pozorování či průběhu experimentu z hlediska vyvozování závěrů.
  • Využívání aplikací v mobilních zařízeních pro záznam a vyhodnocování zvuků v různých typech prostředí (les, okolí školy, park, centrum města, okolí dálnice atd.) a porovnávání různých prostředí z hlediska hlukového znečištění.
  • Měření vlastností prostředí nebo organismů pomocí komplexních výzkumných sad a systémů (u nás typicky výzkumné sady Vernier či Pasco). Příkladem je měření vlastností vzorků vody z různých vodních ploch v okolí školy v rámci environmentálně orientovaného projektu.
  • Záznam časosběrného videa jako nástroje sledování dlouhotrvajících přírodních dějů. Výstupem je zrychlený záznam sledovaného biologického děje typu klíčení rostlin, rozkvétání rostlin, usychání rostlin, líhnutí atd.

Sdílení informací a dat

Výzkumná práce není kompletní, dokud se nesdílí či nezveřejní její výsledky v podobě pro ostatní srozumitelných informací a dat. V této fázi výzkumné činnosti se výrazně uplatňuje dovednost komunikace a spolupráce v digitálním prostředí. Žáci se v této fázi zároveň stávají tvůrci digitálního obsahu v podobě článků, webových stránek (např. wordpress.com, weebly.com, wix.com), posterů, prezentací, videoklipů a jednoduchých elektronických nástěnek (padlet.com) pro komunikaci výsledků a průběhu vlastní badatelské činnosti. To vyžaduje dovednost vyhledané či výzkumně získané informace a data zpracovat do vhodné podoby pro jejich komunikaci a sdílení. Přitom je důležité respektovat autorství a uvádět, ze kterých zdrojů informace a data pochází.

Digitální technologie současnosti nabízí velké příležitosti pro komunikaci vlastní výzkumné činnosti s virtuální vzdělávací komunitou. Jde především o to, že v této komunitě skupina žáků či jednotlivci mezi sebou komunikují pomocí on-line dostupných aplikací a webů s hlavním cílem spolupráce při sdílení vlastních poznatků a výměně zkušeností. Tím získává výzkumná činnost rozměr vzájemně učící se komunity, která přesahuje hranice států a kontinentů, což má potenciál nejen výrazně prohlubovat poznávání, ale také motivovat žáky k dalšímu poznávání. Běžně se pro tento účel využívá sociálních sítí (Facebook aj.), prostředí učebny Google Classroom s využíváním aplikace Google Meet, Skype nebo jiných aplikací umožňujících jednoduše na dálku komunikovat prostřednictvím internetu. Velký potenciál pro komunikaci a sdílení nabízejí projekty založené na platformě eTwinning. Sdílení a komunikace v on-line prostředí se neoddělitelně pojí s potřebou bezpečného chování na internetu.

Náměty na učební činnosti:

  • Příprava scénáře (technického i bodového) pro natočení videoklipu na aktuální žáky zvolený výzkumný problém a téma. Zajištění technické stránky realizace videa, volba místa pro natáčení, realizace natáčení a postprodukce videa před jeho sdílením. Žáci by ve videu měli stručně představit výzkumný plán, postup při realizaci, průběh realizace a vlastní výsledky výzkumu. Přitom je vhodné následovat základní strukturu otázek – proč, jak, co, co to znamená. Video si kompletně připraví a zpracují žáci, kteří jej budou řešit na úrovně scénáře, technického zajištění natáčení, místa pro natáčení, realizace natáčení a postprodukce videa.
  • Tvorba sdíleného digitálního herbáře žáků formou sdílené prezentace (např. Google, Office 365) či webové prezentace (Weebly, Webnode aj.). Žák při tvorbě pracuje s pořízenými snímky rostlin, klíči k určování rostlin a aplikacemi na určování rostlin, které lze dohledat v Google Play (pro Android) či App Store (pro iOS) při zadání „plant identification app“. V herbáři žáci uvádějí důležité informace o snímku (datum pořízení, autor) a o samotné rostlině (místo výskytu, systematické zařazení, popis vzhledu, výskyt, zajímavosti).
  • Skupinová tvorba animace s využitím různých technik (např. stop motion animace, plošková animace) na konkrétní žáky zvolené téma, které vnímají jako užitečné a reálné animovat – např. vznik a vývoj života na Zemi, vývoj vybraného hmyzu s proměnou dokonalou, průchod potravy trávicím systémem, pohyby kontinentů v historii Země.
  • Sdílení výsledků vlastní výzkumné práce o výskytu rostlin, živočichů a hub pomocí aplikace BioLog v rámci odborné komunity a jí tvořené nálezové databáze Agentury pro ochranu přírody a krajiny ČR (AOPK ČR), případně v rámci dalších platforem a databází, ve kterých se realizuje systematický sběr dat z pozorování a na kterých se podílí široká veřejnost.

Závěrem

Text nabízí obecný pohled toho, v čem je možné spatřovat hlavní přínos digitálních technologií pro výuku přírodopisu. Obsah a zaměření přírodovědného vzdělávání poskytuje dobré výchozí možnosti uplatňování digitálních technologií. Pro cílené, smysluplné a kreativní uplatňování technologií se jeví jako zcela zásadní výuku zaměřovat na kritickou práci s informacemi, komunikaci a spolupráci v digitálním prostředí a tvorba digitálního obsahu. Přitom je důležité, aby se žáci při vhodných příležitostech seznamovali rovněž s principy bezpečného chování na internetu a při práci s informacemi uplatňovali právní a etické normy spojené s využíváním převzatých zdrojů.

V textu uvádím konkrétní náměty do výuky, které z mého pohledu poskytují příležitosti pro smysluplné využívání digitálních technologií ve výuce přírodopisu. Domnívám se, že pro učitele skutečně přínosná podpora spočívá především v setkávání učitelů s cílem sdílení námětů do výuky a výměny zkušeností s jejich realizací. To lze podpořit například v on-line prostředí na sociálních sítích (např. veřejná skupina učitelů přírodovědných předmětů na sociální síti Facebook), nicméně zcela zásadní je i osobní setkávání učitelů se zájmem o inspiraci do výuky přírodopisu. Ve spojení digitálních technologií a přírodních věd je zároveň důležité nezapomenout na skutečnost, že výuka o živé přírodě je nejefektivnější v podmínkách, ve kterých žáci mohou živou přírodu skutečně pozorovat a zkoumat. Přitom je důležité vždy zvažovat to, kdy digitální technologie podpoří učení žáků a kdy si vystačíme bez nich.

Jakub Holec

Kompletní verzi článku i s odkazy na použitou literaturu naleznete na Metodickém portálu RVP,CZ.