JTIE
Palacký University
Olomouc
Faculty of Education
Department of Technology
and Information Education
1/2013, Volume 5, Issue 1
Journal of
TECHNOLOGY AND INFORMATION
EDUCATION
THE JOURNAL IS REGISTERED BY THE MINISTRY OF CULTURE OF THE CZECH REPUBLIC AS MK ČR E 18729.
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Journal of Technology and Information Education
Complete articles are published on-line: http://jtie.upol.cz
Publisher: Department of Technology and Information Education, Faculty of Education
Palacký University in Olomouc, EU - Czech Republic
Editor in Chief: PaedDr. PhDr. Jiří Dostál, Ph.D. – Palacký University of Olomouc
Editorial board:
Prof. Ing. Ján Stoffa, DrSc. – Palacký University in Olomouc
Prof. PhDr. Mária Kožuchová, CSc. – Comenius University in Bratislava
Prof. Ing. Veronika Stoffová, CSc. – J. Selye University in Komárno
Prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D. – University of Hradec Králové and
International Society for Engineering Education IGIP
Prof. PaedDr. Jozef Pavelka, CSc. – University in Prešov
Prof. Wojciech Walat, Dr. - University of Rzeszów
Doc. Ing. Jaromír Kijonka, CSc. – VŠB – Technical University in Ostrava
Doc. PhDr. Zdeněk Friedman, CSc. – Masaryk University in Brno
Doc. Ing-Paed. Čestmír Serafín, Dr. – Palacký University in Olomouc
Doc. PhDr. Miroslav Chráska, Ph.D. – Palacký University in Olomouc
Doc. Ing. Berta Rychlíková, CSc. – University of Ostrava
Doc. PaedDr. Jiří Kropáč, CSc. – Palacký University in Olomouc
Doc. Ing. Vladimír Soták, CSc. – Constantine the Philosopher University in Nitra
Doc. PaedDr. Jarmila Honzíková, Ph.D. – University of West Bohemia in Pilsen
PaedDr. Ján Stebila, PhD. – Matej Bel University Banská Bystrica
Ing. Jan Chromý, Ph.D. – Institute of Hospitality Management in Prague
Technical Staff:
Technical Editor: Mgr. Luděk Kvapil, Ph.D. and Mgr. Josef Minarčík
Web Editor: Mgr. Jan Kubrický
All articles are subject of peer-to-peer anonymous review procedure.
© Palacký University in Olomouc
ISSN 1803-537X (print)
ISSN 1803-6805 (on-line)
2
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
CONTENT
THEORETICAL ARTICLES
BETÁK, N. – OŽVOLDOVÁ, M.
COMPETENCE AS AN OBJECT CATHEGORY AND ACHIEVING EDUCATION
RESULTS COMPLEXITY……………………………………………………………………
ÚLOHA KRITICKÉHO MYSLENIA PRI TVORBE OTÁZOK PRI VYUČOVANÍ S
VYUŽITÍM HLASOVACIEHO ZARIADENIA
5
LESSNER, D.
TEACHING EFFICIENCY OF ALGORITHMS ON CZECH GRAMMAR SCHOOLS.
VÝUKA EFEKTIVITY ALGORITMŮ NA GYMNÁZIÍCH
12
SVETSKÝ, Š.
THE EXPERIENCE WITH IMPLEMENTATION OF TECHNOLOGY – ENHANCED
LEARNING IN TEACHING BACHELORS ………………………………………………..
SKÚSENOSTI S IMPLEMENTÁCIOU TECHNOLOGY – ENHANCED LEARNING VO
VÝUČBE BAKALÁROV
21
ŠMELOVÁ, E.
PRESCHOOL EDUCATION VERSUS CURRICULAR REFORM ……………………...
PŘEDŠKOLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ VERSUS KURIKULÁRNÍ REFORMA
31
RESEARCH ARTICLES
KUBIATKO, M.
THE PERCEPTION AND USING OF ICT IN THE DIFFERENT AGE GROUPS …….
VNÍMANIE A POUŽÍVANIE ICT V RÔZNYCH VEKOVÝCH SKUPINÁCH
35
KRIŠŤÁK, Ľ. – NĚMEC, M. – STEBILA, J. – DANIHELOVÁ, Z.
INTERACTIVE P&E METHOD IN TEACHING PHYSICS AT SECONDARY
SCHOOLS …….……………………………………………………………………………….. 42
MAYEROVÁ, K. – VESELOVSKÁ, M.
I. EDUCATIONAL ROBOTICS IN PRIMARY SCHOOL: UNUSUAL METHODS OF
EVALUATION ………………………………………………………………………………. 50
I. EDUKAČNÁ ROBOTIKA NA PRVOM STUPNI ZÁKLADNÝCH ŠKÔL: NETRADIČNÉ
METÓDY HODNOTENIA
FOJTÍK, R.
MODERN APPROACHES TO TEACHING PROGRAMMING………………….………
MODERNÍ PŘÍSTUPY K VÝUCE PROGRAMOVÁNÍ
NEUMAJER, O
CONTINUOUS PROFESSIONAL DEVELOPMENT ORIENTATION IN THE FIELD
OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY..………….……….…
ZAMĚŘENÍ DALŠÍHO VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ V OBLASTI ICT
58
63
VANÍČEK, J.
COMPUTER SCIENCE TASKS AND TOPICS AS A PART OF ICT CURRICULA IN
THE EYES OF PUPILS AND TEACHERS …….…………………………………………… 67
INFORMATICKÉ ÚLOHY A TÉMATA JAKO SOUČÁST KURIKULA ICT V OČÍCH
ŽÁKŮ A UČITELŮ
3
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
BERKI, J
STUDY PROGAMS OF TRAINING TEACHERS OF INFORMATICS IN THE CZECH
REPUBLIC ………………….…………………………………………………………………. 75
GUJBEROVÁ, M.
THE BEBRAS CONTEST IN PRIMARY INFORMATICS ………………………………. 81
iBOBOR V INFORMATICKEJ VÝCHOVE
NAGYOVÁ, I.
FUNDAMENTAL IDEAS OF INFORMATICS AND THEIR RELATIONSHIP TO
DIDACTICS OF INFORMATICS ……………………….………………………………….
ZÁKLADNÍ MYŠLENKY INFORMATIKY A JEJICH VZTAH
K DIDAKTICE INFORMATIKY
89
VESELOVSKÁ, M. – MAYEROVÁ, K.
ROBORIC KITS IN SECONDARY SCHOOL …………………………….………………
ROBOTICKÉ STAVEBNICE NA 2. STUPNI ZŠ
96
BOOK REVIEWS
MUSÍLEK, M.
PROJECT SCRATCH ……………………………………………………….………………
PROJEKT SCRATCH
102
OTHER ARTICLES
PECINOVSKÝ, R.
METHODOLOGY ARCHITECTURE FIRST………………………………………………
METODIKA ARCHITECTURE FIRST
107
JETENSKÝ, P.
USING OPEN SOURCE OPENCV LIBRARY FOR PRACTICAL COURSES OF
COMPUTER VISION ………………………………………………………………………..
VYUŽITÍ OPEN SOURCE KNIHOVNY OPENCV PRO PRAKTICKÁ CVIČENÍ
PŘEDMĚTU POČÍTAČOVÉ VIDĚNÍ
115
4
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
THEORETICAL
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
THE ROLE OF CRITICAL THINKING IN QUESTION DESIGNING IN
TEACHING WITH STUDENT RESPONSE SYSTEM
Norbert BETÁK – Miroslava OŽVOLDOVÁ
Abstract: The article presents critical thinking development as one of the key competencies of th 21st
Century, which have to be an integral part of education in information society. Asking appropriate
questions via the response system is essential to this process, because the questions asked by teachers
as well as by students has the possibility to activite thinking processes and thereby promote the
development of thinking. We also mentioned about the innovative didactic tools and methods using
questioning as the part of their concepts.
Key words: critical thinking, questions, response system.
ÚLOHA KRITICKÉHO MYSLENIA PRI TVORBE OTÁZOK PRI VYUČOVANÍ S
VYUŽITÍM HLASOVACIEHO ZARIADENIA
Resumé: Príspevok prezentuje rozvíjanie kritického myslenia, ako jednu z kľúčových kompetencií 21.
storočia, ktorá musí byť neoddeliteľnou súčasťou vzdelávania v informačnej spoločnosti. Kladenie
vhodných otázok pomocou hlasovacieho zriadenia je základným predpokladom pre tento proces,
pretože otázky, tak zo strany učiteľa ako i zo strany študentov môžu spúšťať mnohé myšlienkové
procesy a tým podporovať rozvoj myslenia. Stručne zmienime aj o moderných didaktických
prostriedkoch a koncepciách využívajúcich kladenie otázok pri svojej činnosti.
Klíčová slova: kritické myslenie, otázky, hlasovacie zariadenie.
Úlohou učiteľov je podporiť túto stratenú
rovnováhu, motivovať
a vytvárať tvorivú,
aktívnu klímu v triede, v ktorej spoznávanie
a budovanie vedomostí prekonáva bariéru –
nechuť k učeniu sa. Medzi aktivizujúce
vzdelávacie prostriedky patria aj študentské
hlasovacie zariadenia (HZ). Práve tie sa môžu
použiť nielen ako doplňujúce prostriedky pri
testovaní žiackych vedomostí v rôznych fázach
vyučovacej jednotky, ale môžu byť aj efektívnym
pomocníkom učiteľa permanentne v priebehu
vyučovania. Nemôžeme ich však považovať za
zázračné didaktické pomôcky. K dosiahnutiu
očakávaných pozitívnych efektov totiž vyžadujú
aj ovládnutie náležitých didaktických prístupov
používania. Ako vždy, mimoriadne dôležitý
význam sa priraďuje otázkam položeným
v priebehu vyučovania prostredníctvom klikerov,
čím učiteľ môže získať okamžitú spätnú väzbu.
Dosiahnutie stanovených výchovnovzdelávacích
cieľov je totiž podmienené a predurčené správne
zostavenými otázkami. V prezentovanej práci sa
zaoberáme práve ich podstatou, koncepciou
a uvádzame aj príklady, ktoré sa nám osvedčili
pri vyučovaní stredoškolskej informatiky
a výpočtovej techniky.
1 Úvod
Prirodzenou a základnou vlastnosťou človeka
je zvedavosť. Zvedavosť nás ženie, aby sme
spoznávali stále nové a novšie, teda dokáže nás
posunúť vpred. Nie je to inak ani v prípade
učenia sa, ktorého proces sa začína až vtedy, keď
začíname riešiť určitý problém, hľadáme rôzne
spôsoby,
argumentujeme,
kritizujeme
a
odpovedáme na otázky, ktoré vyplývajú – alebo
aspoň nejakým spôsobom súvisia s našimi
potrebami, záujmami. Otázky, bez ohľadu na to,
či sa zrodili v nás, alebo
pochádzajú
z vonkajšieho prostredia, sú teda dôležitým
prvkom a podnecujúcou
iskrou k hľadaniu
odpovedí, teda k spoznávaniu a vzdelávaniu sa.
Základným predpokladom je však nastolenie
otázok motivujúcich, ktoré budia patričný
záujem o riešenie problematiky. V rannom
detskom veku je takáto zvedavosť prirodzená.
Dieťa, totiž cíti akési vnútorné potreby a tým aj
nutkanie aby sa oboznámilo so svetom, ktorý sa
rozprestiera okolo neho, aby začalo chodiť, aby
začalo komunikovať, atď. To všetko sa deje
veľmi efektívne v prostredí, ktoré mu je
prirodzene blízke a o to ťažšie vo vytvorenom
umelom vzdelávacom systéme. Postupom času
však táto zvedavosť a zanietenosť žiaka ubúda,
čím sa vytvorí bariéra pre ďalšie vzdelávanie.
5
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
čias získa určitú spôsobilosť a gramotnosť na
výkon takýchto úkonov. Dôležité teda je
podporovať a rozvíjať aktívne rozmýšľanie u
žiakov. Pozornosť spoločnosti a odborníkov sa
sústreďuje veľakrát práve na podstatu kritického
myslenia. Tento spôsob rozmýšľania sa od iných
druhov myslenia líši v mnohých bodoch.
Predstavuje istý spôsob uvažovania, ktorý si
vyžaduje oveľa náročnejšiu mentálnu aktivitu,
než samotné memorovanie, alebo iné, bežné
spôsoby rozmýšľania. Cieľom výchovy ku
kritickému mysleniu, podľa Švarcovej [13] by
mala byť osobnosť, ktorá sa dokáže komplexne
orientovať vo svete i v spoločnosti, dokáže nájsť
pre seba dôležité informácie, kriticky zhodnotiť
ich kvalitu a účelne a účinne tieto informácie
využívať pri vyriešení problémov. David
Klooster [9] definuje podstatu kritického
myslenia v piatich bodoch:
 Kritické myslenie je nezávislé myslenie;
 Získanie informácií je východiskom,
v žiadnom prípade nesmie sa stať cieľom
kritického myslenia;
 Kritické myslenie začína otázkami
a problémami, ktoré sa majú riešiť;
 Kritické myslenie pachtí po rozumných
argumentoch;
 Kritické
myslenie
je
myslením
v spoločnosti.
Ak hovoríme o rozvíjaní kritického myslenia
vo výchovno-vzdelávacom procese, rozumieme
tým „schopnosť posúdiť nové informácie,
pozorne a kriticky ich skúmať z viacerých
perspektív, tvoriť si úsudky o ich vierohodnosti
a hodnote, posúdiť význam nových myšlienok,
informácií pre svoje vlastné potreby“ [6].
Veľmi účinným spôsobom rozvoja kritického
myslenia je kladenie otázok. Správne položené
otázky predstavujú základ pre vznik prínosnej
diskusie, ktorá môže takto predstavovať rámec
vyučovacej hodiny. Na druhej strane, nesprávne
a nekonštruktívne otázky nevyvolávajú žiadne
rozmýšľanie, veľakrát slúžia iba k tomu aby
„prinútili“ žiaka k recitácii učiva, čím sa v ňom
môže vyvolávať pocit, že rozmýšľanie je
zbytočné a nezaslúži si teda žiadnu námahu.
Podnecujúce otázky zvyšujú stupeň rozmýšľania
u žiakov a zároveň ich upevňujú aj v tom, že ich
vlastné rozmýšľanie a bádanie je mimoriadne
dôležité a cenné. Viesť žiaka ku kritickému štýlu
rozmýšľania (a niekedy aj k rozmýšľaniu vôbec)
nie je jednoduché a vyžaduje neustálu prax a
inováciu, avšak dosiahnuteľné nasmerovanie
žiakov k využívaniu vyšších kognitívnych funkcií
2 Podstata tvorby otázok pri rozvíjaní
kritického myslenia
K najvýstižnejším vysvetleniam opisujúcim
úlohu a podstatu otázok patrí formulácia Paula
a kol. [10], podľa ktorého ozajstné rozmýšľanie
nastáva až vtedy, keď sa objavia otázky
vyžadujúce hľadanie adekvátnych odpovedí
a teda vôbec nie vo chvíli vyslovenia týchto
odpovedí a zistení. Proces hľadania, bádania
a konečného nájdenia určitého riešenia je teda
dôležitejší, než získanie hotových informácií bez
predchádzajúcej námahy, ktoré môže viesť práve
k opačnému efektu, teda k deaktivovaniu
rozmýšľania. Študent
sa tak môže stať
úložiskom údajov a informácií a nie bytosťou,
ktorá dokáže samostatne myslieť, tvoriť. Takúto
situáciu by sme nemali pripustiť. Je dôležité si
uvedomiť, že v prípade, keď študentom
nevytvoríme priestor, aby svojim vlastným úsilím
sa dopracovali k riešeniu určitej spornej otázky,
aby narážali na problém, ktorým sa vyvolá ďalšia
otázka na odpovedanie, tak im bránime v tom,
aby rozmýšľali, analyzovali a syntetizovali.
Výchova k premýšľaniu patrí k najdôležitejším
posolstvám školy. Úlohou školy 21. storočia je
vyzbrojiť
žiakov
a
študentov
takými
schopnosťami a kompetenciami, ktoré im budú
v budúcnosti slúžiť k vlastnému prospievaniu
v osobnom, či profesionálnom živote.
Je dobre známa skutočnosť o prudkom náraste
nových informácií, ktoré nie je možné – a ani
potrebné – všetky prijať, alebo sa naučiť.
Výskumy na Kalifornskej univerzity ukazujú, že
za 28 rokov (1980-2008) sa zvýšilo počet
prijatých informácií o 350 % [3]. Priemerný
človek (v USA) sa denne stretne s informáciami
veľkosti približne 34 GB. Je to obrovské
množstvo a poskytuje výnimočný potenciál
a možnosti pre človeka, ktorý si osvojil, ako ich
spracovať. Čoraz častejšie pri riešení podstaty
a primárnej línie vzdelávania sa na všetkých
typoch škôl (materských, základných, stredných
i vysokých) zdôrazňuje, že tvorivosť, logické
a kritické myslenie je v praktickom živote oveľa
dôležitejšie ako namemorované znalosti, alebo
zbehlosť v riešení rutinných úloh.
Súčasný moderný svet, v ktorom nás
obklopuje množstvo rôznych informácií,
potrebuje ľudí, ktorí dokážu analyzovať,
pochopiť a pracovať s informáciami, na základe
nich
pristúpiť k riešeniu najrozličnejších
neštandardných problémov a situácií, vytvoriť si
tým vlastný úsudok, vedúci k tvorivej a užitočnej
práci. To všetko je však predstaviteľné až vtedy,
keď mladý človek ešte počas svojich školských
6
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
je veľmi lákavé. V mnohých prípadoch však nie
je možné predchádzať memorovaniu určitých
faktov a pojmov. Tie totiž môžu byť veľmi
prínosné pre ďalšie dôslednejšie a hlbšie
premýšľanie. Je však v učiteľských rukách, aby
sme u žiakov nepreferovali naučenie sa len
faktických informácii,
ale podporovali
integrovanie,
analýzu
a cieľavedomé
zužitkovanie vedomostí, ktoré sa tak stávajú
skutočne cennými.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
vyznačuje tým, že potrebuje byť informovaná
o svojej pravde/nepravde veľmi rýchlo. Žiada čo
najrýchlejšiu spätnú väzbu od učiteľa, či
prostredia a preto okamžité vyhodnotenie
správnosti odpovedí prislúcha aj študentom, čo
HZ práve umožňuje.
Pri využívaní HZ vo vyučovaní je veľmi
dôležitá skladba položených otázok. Tvorba
správnych otázok nie je jednoduchá záležitosť
a vyžaduje náležitú pozornosť, dôslednosť a čas
na prípravu. Otázky položené pri hlasovaní by sa
mali totiž líšiť od tých, ktoré sa používajú pri
rôznych vedomostných testoch, alebo iných
písomných previerkach. Úspech pri využívaní
HZ vo vyučovaní sa totiž dosahuje práve
otázkami podnetnými a zaujímavými. Keď žiaci
nie sú zvedaví na správne odpovede, tak sa
nenamáhajú, aby začali rozmýšľať nad
problémom, nebudú cítiť potrebu hlasovania
a vyjadrenia si svojich vlastných názorov, resp.
nebudú zvedaví ani na názory a postoje iných
spolužiakov. Tým sa stráca celá podstata
vyučovania prostredníctvom HZ, ktoré sa takto
dostanú do roly testujúceho automatu. Preto je
nevyhnutné byť dôsledný pri príprave otázok,
venovať im dostatok času a pozornosti, ktoré sa
nám takto odvďačia pocitom úspechu a radosti
z vyučovania.
Stupeň náročnosti otázok je faktorom,
ktorý okrem iných výrazne ovplyvňuje vedomosti
žiakov. Keď sa totiž položia príliš ľahké otázky,
ktoré nevyžadujú zvláštne kognitívne schopnosti,
môžeme vyvolať v našich žiakoch uspokojenie
so svojou úrovňou, nebudú sa aktivovať vyššie
vedomostné schopnosti a môžu si pomyslieť, že
všetko potrebné sa už naučili, osvojili. Prehnane
ťažké otázky taktiež nemusia vždy viesť ku
hlbšiemu premýšľaniu a tým aj k lepšiemu
pochopeniu učiva. Ba dokonca môžu byť
príčinou aj k zníženiu sebavedomia, vyvolaniu
pocitu menejcennosti, úzkosti, atď. Harmónia aj
v tomto smere prináša najlepšie možné riešenie,
totiž
práve
kombinovaním
a striedaním
náročnejších otázok s menej náročnejšími sa
eliminujú prechádzajúce nežiaduce účinky.
3 Hlasovacie zariadenie (HZ) ako hardware
pre kladenie otázok
Hlasovacie systémy môžu slúžiť ako
mimoriadne užitočný nástroj pri tvorbe aktívneho
vzdelávacieho
prostredia
podporujúceho
rozvíjanie kritického myslenia. Môžu sa používať
rôznymi spôsobmi, v rôznych fázach vyučovacej
jednotky. Konkrétna metodika implementácie by
mala
vychádzať
z
daných
výchovnovzdelávacích cieľov. Na základe našich doteraz
získaných skúseností preferujeme permanentnú
prítomnosť HZ na vyučovacích hodinách, v
ktorom predstavujú dominantnú didaktickú
techniku v triede, o ktorú sa opiera konštrukcia a
celý priebeh vyučovacej hodiny. K najväčším ich
prínosom patrí, že sú vhodné na získanie
okamžitej spätnej väzby o osvojení si a
porozumení daného učiva, od každého jedného
žiaka naraz v rovnakom čase. Vytvára sa tak
možnosť okamžitej spätnej reakcie učiteľa na
prípadne nezrovnalosti a miskoncepcie vo
vedomostiach. Zásada spätnej väzby je jednou zo
základných požiadaviek na vyučovací proces.
Neustály kontakt učiteľa so študentmi je taktiež
mimoriadne dôležitý, jednak kvôli získaniu
informácií o tom, či vôbec pochopili dané učivo,
ale aj kvôli udržiavaniu ich pozornosti. Kliker,
ako jeden z prostriedkov IKT, môže mať silno
motivujúce účinky, podnecujúce študentov
k väčšiemu spolupodieľaniu sa na vyučovacích
hodinách. Stevens [12] už v roku 1912 vo svojom
výskume zistil, že až 64 % z celkového času
vyučovacej jednotky je venované rozprávaniu
učiteľa a iba v zostávajúcich 36 % - sa môžu
prejaviť aj žiaci. Mnohé novšie výskumy
dokazujú, že tento stav sa radikálne nezlepšil
a participovanosť žiakov na vyučovaní je stále
nízka a nedostačujúca. Pomocou klikerov je
možné cielené a frekventované zapojenie žiakov,
ktoré prináša mnohé pozitíva. Medzi ďalšie
prínosy HZ z hľadiska učiteľa patrí, že získané
hlasy - odpovede sa vyhodnocujú okamžite, nie
je potrebné teda dlhotrvajúce opravovanie testov.
Súčasná mladá generácia, okrem iných, sa
4 Didaktické metódy pri kladení otázok
Existuje mnoho pedagogických prístupov, ktoré
kladenie otázok považujú za svoj kľúčový
element, alebo prinajmenšom otázkam priraďujú
mimoriadny pedagogický význam. Nemožno
nespomenúť jednu z najstarších - Sokratovskú
metódu a najnovšiu, výskumne-ladenú koncepciu
(Inquiry-based Learning), alebo Callanovu
metódu osvedčenú pri jazykovej príprave.
7
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
V ďalšej časti článku predstavíme dva didaktické
modely
využívajúce
kladenie
otázok
prostredníctvom hlasovacieho zariadenia: „Peer
Instruction“ (PI) a „Question Driven Instruction“
(QDI).
Tab. 1 Aktivity pri „Peer Instruction“
Položenie otázky učiteľom
Uvažovanie študentov nad otázkou
Individuálne hlasovanie študentov
Diskusia študentov o odpovediach
Ďalšie hlasovanie študentov
Spätná väzba pre učiteľa:
zoznam odpovedí
Objasnenie správnych odpovedí
http://jtie.upol.cz
4.2 Metóda QDI – Question Driven Instruction
Základy QDI sú v mnohých bodoch podobné
PI metóde. QDI predstavuje aktívnu formu
vzdelávania
prostredníctvom
hlasovacieho
zariadenia. Jej vznik sa spája opäť s kolektívom
fyzikov na čele s Ianom Beatty z University of
Massachusetts [1]. Metóda QDI vychádza zo
štyroch charakteristík efektívneho vzdelávacieho
prostredia: zamerania na študujúceho, vedomosti,
hodnotenie
a komunity,
ktoré
prezentuje
monografia „How people learn“ [4]. Od
predchádzajúceho princípu sa líši hlavne v tom,
že metóda PI vkladá otázky (vo forme
konceptestov) priebežne do obsahu lekcie a tým
obohatí a privádza k hlbšiemu pochopeniu učiva.
Metóda QDI používa výlučne iba otázky – položí
ich na začiatku a potom pokračuje s ďalšou a
ďalšou, čiže vyučovanie je sústredené do dotazov
(použijú sa iba krátke vysvetlenia tzv.
mikrolekcie). Celá koncepcia pomocou tzv. cyklu
otázok je znázornená na Obr. 1, tak ako ju
prezentoval autor [1]. Priebeh vyučovacej
jednotky sleduje kolobeh cyklu otázok tak, že
začína
položením
otázky
/nastolením
problematiky, zvyčajne bez predchádzajúceho
priblíženia
témy/.
Následne
pokračuje
umožnením skupinovej diskusie, v ktorej si
študenti môžu spoločnou silou sa prepracovať až
k riešeniu. Ďalším krokom je hlasovanie
pomocou
HZ,
po
ktorom
dochádza
k prezentovaniu histogramu s jednotlivými
hlasmi, avšak ešte bez poukázania na správnu
odpoveď. Študenti na základe výsledkov
analyzujú histogram, hľadajú príčiny voľby
jednotlivých možných odpovedí, argumentujú za,
alebo proti vysvetleniu podaných svojimi
spolužiakmi, až kým nevznikne výsledná
konklúzia. Učiteľ pri tejto fáze môže ujasniť
určité pojmy a fakty, môže zrealizovať tzv.
„minilekciu“ z danej problematiky s cieľom
navodenia
svojich
študentov
smerom
k správnemu riešeniu. Takýto cyklus sa zvyčajne,
podľa Beattyho zopakuje tri až štyrikrát za
päťdesiat minútovú lekciu.
4.1 Metóda Peer Instrution
Metóda Peer Instruction je interaktívna forma
vzdelávania, vyvinutá harvardským profesorom
fyziky a vedcom Erikom Mazurom [10]. Prvýkrát
bola implementovaná do vyučovania fyziky na
Harvard University za cieľom zvyšovania
vedomostnej úrovne študentov z oblasti fyziky
a tým aj k dosiahnutiu lepších výsledkoch na
rôznych skúškach a previerkach, vrátane
konceptuálneho testu FCI (Force Concept
Inventory – Súpis k pojmu sila), ktorý
v súčasnosti
patrí
k najviac
vedecky
preskúmaným a používaným testom na svete [8].
Neskrývaným zámerom bolo, okrem iných, aj
zvyšovanie klesajúceho záujmu študentov
o prírodovedné vzdelávanie. Od jej vzniku, t.j.
od začiatkov deväťdesiatych rokov, bola PI
metóda už mnohokrát predmetom rôznych
pedagogických výskumov. Na základe veľmi
priaznivých výsledkov sa stala široko uznávanou
a zavedenou aj v rámci vyučovania iných
predmetov. Zaužívaným pojmom v prípade
vyučovania metódou PI sa stal pojem
„konceptest“, ktorý prezentuje formu otázok a je
zameraný na prehĺbenie a poopravenie
miskoncepcií niektorých základných pojmov
a princípov, vyplývajúcich z daného učiva. Tieto
otázky sú vlastne hybnou silou a patria
k najdôležitejšej časti vyučovania. Aktivity pri
PI metóde [10] prezentuje tab. 1.
Aktivita
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
Ćas aktivity
[minúta]
1
1-2
2-4
2 až viac
8
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
otázok. Znázornenie pôvodnej a revidovanej
Bloomovej taxonómie prezentuje Obr. 2.
Obr.1 Koncepcia QDI -podľa Ian D. Beatty [1]
5 Formulácia otázok kladených počas
vyučovacieho procesu
Pri rozvíjaní myslenia žiakov má typ otázky
dominantnú
úlohu.
Správne
vytvorené
a nastolené otázky majú viesť študentov
k aktivite, premýšľaniu a k činnosti. Napriek
tomu vo väčšine prípadov, ako to dokazujú rôzne
výskumy, kladenie otázok vo vyučovaní zohráva
inú rolu a nedokáže plniť predchádzajúce
očakávania. Veľmi často sa totiž pýtame
študentov faktografické otázky s úmyslom zistiť,
či sa naučili preberanú učebnú látku, Tento typ
otázok
však vyžaduje len nižšiu úroveň
poznania. Otázky takého charakteru nevedú
študentov k rozvíjaniu myslenia vyšších radov,
ale iba k preskúšaniu povrchnej vedomostnej
vybavenosti, ktorá však je nepostačujúca
k riešeniu zložitejších úloh. Na základe
sledovania rozvoja jednotlivých
úrovní
kognitívneho rozvoja prostredníctvom kladenia
otázok vzniklo viacero taxonómií, najznámejšia
je Bloomova, z nej vychádza Revidovaná
Bloomova
taxonómia,
resp.
Sandersova
taxonómia [14]. Zhodné pri rôznych deleniach
otázok je prísna kategorizácia na jednotlivé
úrovne, na základe toho, či vyžadujú myslenie
nižšieho alebo vyššieho rádu. Fischer [6]
napríklad rozdelil otázky do dvoch veľkých
skupín podľa toho, či vedú žiaka/študenta
k premýšľaniu (rozvíjajú myslenie vyššieho rádu)
alebo len k vybavovaniu znalostí (rozvíjajú
myslenie nižšieho rádu). V oblasti poznávacích
cieľov rozlíšil B. S. Bloom (1956) šesť
základných úrovní
v poradí: 1. vedomosti
(znalosti), 2. pochopenie (porozumenie), 3.
aplikácia, 4. analýza, 5. syntéza a 6. evaluácia.
Novšia revidovaná taxonómia už spomína dve
dimenzie
(oproti
pôvodnej
jednej),
je
rozsiahlejšia a podľa Valenta [14] sa stala
konzistentnejšou so spôsobom vymedzovania
Obr. 2 Bloomova taxonómia [12]
6 PI v predmete informatika
V rámci dizertačnej práce sme sa zamerali na
pedagogický výskum, ktorého jedným z cieľov je
získanie pohľadu na prínosy a možnosti
implementácie HZ do vyučovania predmetu
informatika. Pri výučbe vychádzame z metodiky
PI, ktorú dotvárame ďalšími prvkami na základe
vlastných skúseností. Počas vyučovacích hodín
kladieme žiakom otázky, na ktoré odpovedajú
pomocou svojich HZ. Dôležitou súčasťou
moderného vzdelávania je okamžitá spätná väzba
medzi učiteľom a prijímateľom informácií [2].
Napriek tomu, že otázkam konceptuálnym
priraďujeme zvláštnu a väčšiu pozornosť (Obr. 3,
Obr. 4), priebežne položíme študentom aj otázky,
ktoré vyžadujú síce len nižšie kognitívne
schopnosti, avšak kvôli napredovaniu pri rozvoji
vedomostnej úrovne sú nevyhnutné (Obr. 5).
Našim ďalším zámerom je, aby sme vytvorili
súbor otázok, podľa platných Štátnych
vzdelávacích programov (ŠVP) pre daný stupeň
vzdelávania, ktorý následne bude použiteľný aj
pre ostatných učiteľov predmetu informatika.
K dispozícii máme 45 počítačov, ktoré
treba zapojiť do siete. Užívatelia budú
osoby s potrebnou IT kvalifikáciou, avšak
nie je prvotne dôležitá bezpečnosť
prostredia.
Akú PC topológiu je
najvhodnejšie použiť?
a) Workgroup (PEER-TO-PEER)
b) Domain (KLINET-SERVER)
c) Mash (sieťová) topológiu
d)Obr.Ani
jednu zkonceptuálnej
možností otázky
3 Príklad
9
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
http://www.colorado.edu/MCDB/MCDB6440/Be
atty2006qdi.pdf
[2] BETÁK, N., OŽVOLDOVÁ, M.: EHLASOVANIE – komplexná stratégia pre
vzdelávanie digitálnej mládeže (E-VOTING – a
comprehensive strategy for the training of the
digital youth) In: Acta Facultatis Paedagogicae
Universitatis Tyrnaviensis. Ročník 16, - Trnava :
Trnavská univerzita, Pedagogická fakulta, 2012. ISBN 978-80-8082-585-0. - online, s. 3- 12. doc.
RNDr. Mária Lucká, PhD.
[3] BOHN, E. R. a SHORT E. J. How Much
Information?: Report On American Consumers.
2009. vyd. San Diego: University of California.
Dostupné z: http://hmi.ucsd.edu/pdf/HMI_2009_
ConsumerReport_Dec9_2009.pdf
[4] BRANSFORD, J. How people learn: brain,
mind, experience, and school. Expanded ed.
Washington, D.C.: National Academy Press,
c2000, x, 374 p. ISBN 03-090-7036-8.
[5] DVORSKÝ, M. Využitie metód kritického
myslenia na hodinách slovenského jazyka a
literatúry. Prešov: MPC, 2009. Dostupné z:
http://www.statpedu.sk/files/documents/sutaze/pe
dagogicke/pedagogicke_citanie_dvorsky.pdf
[6] FISCHER, R.: Učíme děti myslet a učit se.
Praha:Portál, 2011. ISBN 978-80-262-0043-7.
[7] GRECMANOVÁ, H.,URBANOVSKÁ E. a
NOVOTNÝ P. Podporujeme aktivní myšlení a
samostatné učení žáků. Vyd. 1. Olomouc: Hanex,
2000, 159 s. Edukace. ISBN 80-857-8328-2.
[8] HALLOUN, I., R. HAKE, E. MOSCA a D.
HESTENES. Force Concept Inventory (FCI).
1995. Workshop Modeling Project. Dostupné z:
http://modeling.la.asu.edu/modeling/R&E/R
esearch.html
[9] KLOOSTER, D. What is Critical Thinking
and How Can We Teach It?. 2010. Dostupné z:
http://www.criticalthinkingblog.org/wpcontent/uploads/2010/12/What_is_Critical_Think
ing_and_How_Can_We_Teach_It1.pdf
[10] MAZUR, E. Peer instruction: a user's
manual. Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall,
c1997, xv, 253 p. ISBN 01-356-5441-6.
[11] PAUL, R. Critical thinking handbook--high
school: a guide for redesigning instruction.
Rohnert Park, CA: Center for Critical Thinking
and Moral Critique, Sonoma State University,
c1989, iii, 416 p. ISBN 09-445-8303-2.
[12] STEVENS, R. The Question As a Measure
of Efficiency in Instruction. New York: General
Books, 2010. ISBN 9781154825398.
[13] ŠVARCOVÁ, E. Výchova ke kritickému
myšlení.
s.
6.
Dostupné
z:
Máme PC s operačným systémom OEM MS
WIN7 Home Premium 64-bit SK. Rozhodli
sme sa, že si vymeníme základnú dosku.
Ktoré z tvrdení bude pravdivé?
a) Po výmene môžeme používať
pôvodný OS.
b) Po výmene musíme preinštalovať
OS, ale aktivovať nemusíme.
c) Po výmene musíme aktivovať
pôvodný OS.
d) Pri tomto systéme nie je možná
výmena
dosky.
Obr.
4 Príklad
konceptuálnej otázky
e) Mash (sieťová) topológiu
f) Ani jednu z možností
Byte sa skladá z ........ bitov.
a) 2
b) 4
c) 8
d) 10
e) Ani jedna z možností
Obr. 5 Príklad faktografickej otázky
7 Záver
V práci sme sa zamerali na podstatu správne
položených otázok počas vyučovania informatiky
na strednej škole prostredníctvom HZ, so
zreteľom na rozvoj kritického myslenia a ďalších
vyšších kognitívnych funkcií. Práve tie totiž
majú mimoriadny význam pre vzdelávanie
súčasnej digitálnej generácie, pre ktorého sa zdá
byť užitočnejším práve schopnosť správnej
interpretácie a narábania s informáciami, než
samotné vybavenie pamäti faktografickými
poznatkami. Priraďujeme zvláštny význam
používaniu nástrojov IKT vo vyučovaní,
obzvlášť používaniu hlasovacích systémov, ktoré
sa nám osvedčujú vo výučbe informatiky na
strednej škole. Ako naše nadobudnuté skúsenosti
ukazujú, tie však vyžadujú náležité didaktické
pozadie k používaniu, ktorého najdôležitejšiu
časť možno tvoria práve vhodne nastolené,
napredujúce a rozvíjajúce otázky. HZ spolu
s vhodným používaním v rámci PI metódy tak
prispieva nielen k atraktívnejšej pracovnej klíme
v triede, ale i zvyšovaniu vedomostí žiakov, čo je
predmetov práve prebiehajúceho výskumu.
8 Literatura
[1] BEATTY, D. Ian. Question Driven
Instruction: Teaching Science Well With An
Audience Response System. s. 19. Dostupné z:
10
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
http://kdem.vse.cz/resources/relik10/PDFucastnic
i/Svarcova.pdf
[14] VALENT, M. Taxonómia vzdelávacích
cieľov v novom šate. Pedagogické rozhľady.
2007, roč. 16, č. 5.
doc. RNDr. Miroslava Ožvoldová, CSc.
Katedra fyziky
Pedagogická fakulta TU v Trnave
Priemyselná 4
918 43 Trnava, SK
& Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta
aplikované informatiky, Zlín, CZ
Tel.: +421 335514618
E-mail: [email protected],
[email protected]
Ing. Norbert Beták
Katedra techniky a informačných technológií
Pedagogická fakulta UKF
Dražovská cesta 4
949 74 Nitra, SK
& Spojená škola
Komárňanská 28, 940 75 Nové Zámky, SK
Tel.: +421 356418256
E-mail: [email protected]
11
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
THEORETICAL
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
TEACHING EFFICIENCY OF ALGORITHMS ON CZECH GRAMMAR
SCHOOLS
Daniel LESSNER
Abstract: The contribution introduces partial results of experimental computer science education
on Czech grammar schools (general secondary education, students are 15–19 years old). Informatics
on our grammar schools aims on user skills and misses the scientific aspects, while computer science
seems to be promising regarding main educational goals on grammar schools, mainly the key
competence to solve problems. Our research is based on the idea of teaching computer science on par
with traditional science subjects, such as physics or biology. We have developed an experimental
course program and tested it on a group of grammar school students in Prague. In this contribution we
describe the Efficiency chapter and its educational results. If the educational goals are set
appropriately, even this abstract and demanding topic can be included into grammar school
curriculum.
Key words: computer science, algorithm complexity, experimental teaching.
VÝUKA EFEKTIVITY ALGORITMŮ NA GYMNÁZIÍCH
Resumé: Příspěvek uvádí dílčí výsledky experimentální výuky informatiky na gymnáziích. Výuka
informatiky na gymnáziích se zaměřuje především na uživatelské dovednosti a pomíjí vědní stránku
informatiky. Přitom z hlediska cílů gymnaziálního vzdělávání se informatika jeví jako slibná oblast,
především v souvislosti s klíčovou kompetencí k řešení problémů. Náš výzkum vychází z představy
výuky informatiky jako vědecké disciplíny vedle ostatních tradičních vědních předmětů, jako jsou
fyzika nebo biologie. Sestavili jsme odpovídající program výuky a otestovali ho na skupině žáků
jednoho pražského gymnázia. V tomto příspěvku uvádíme podrobnější popis modulu zaměřeného
na problematiku efektivity a výsledky jeho výuky. Ukazuje se, že při vhodném nastavení vzdělávacích
cílů je možné i toto poměrně abstraktní a náročné téma do gymnaziální výuky úspěšně zařadit.
Klíčová slova: teoretická informatika, složitost algoritmů, experimentální výuka.
Východiskem našeho výzkumu je idea
gymnaziální
informatiky
jako
předmětu
rovnocenného s již tradičními přírodními vědami,
nikoliv s tělesnou výchovou. Smyslem její výuky
je tedy seznámení se základními pojmy,
typickými problémy, metodami jejich řešení,
fundamentálními výsledky a v neposlední řadě
s jejich dopady mimo obor.
Pohled do zahraničí ukáže, že máme kde se
inspirovat. Od konce devadesátých let funguje
výuka informatiky na Izraelských středních
školách (4, 5). Naopak čerstvý vývoj můžeme
sledovat na Novém Zélandu (6) a ve Spojeném
Království (7). Komplexní osnovy pro primární a
sekundární všeobecné vzdělávání vypracoval tým
ACM (8). Poměrně aktuální přehled o situaci
v světě podávají reference v článku (9).
Cílem našeho výzkumu je zodpovědět otázky,
které z uvedené ideje plynou, především tedy: Je
to možné? A dále: Může to být k něčemu dobré?
Abychom na tyto otázky mohli odpovědět,
sestavili
jsme
program
výuky
úvodu
1 Úvod
Pojetí
výuky související s
počítači
v Rámcovém vzdělávacím programu (RVP)
pro gymnázia
(1)
ve vzdělávacím
oboru
Informatika a informační a komunikační
technologie nešťastně směšuje uživatelské
dovednosti s informatikou jako vědním oborem
(2). Další nepříjemností, zvláště s ohledem
na neukotvenost oboru, jsou nejasné či zavádějící
formulace v popisu vzdělávací oblasti. Z hlediska
tohoto příspěvku je poměrně palčivé například
uvedené pojetí informatiky jako vědního oboru
(RVP, str. 63): „V rámci oblasti Informatika a
ICT se žák seznámí se základy informatiky jako
vědního oboru, který studuje výpočetní a
informační procesy z hlediska používaného
hardwaru i softwaru,“ Další zvláštnosti vyniknou
zejména při srovnání s anglickou verzí RVP (3).
Naznačené problémy se pochopitelně
promítají i do výuky (tím spíš, že oblast není
historicky ukotvena).
12
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
do informatiky v rozsahu dvou vyučovacích
hodin týdně po dobu jednoho školního roku.
„Počítače“ se při takové výuce neučí o nic více
(ale ani o nic méně) než při výuce ostatních
předmětů. Žáci se pochopitelně dozvědí leccos
o tom, jak počítače fungují — podobně jako se
dozvědí ve fyzice, jak funguje jaderná elektrárna
nebo spalovací motor.
V první části příspěvku blíže představíme
uvedené pojetí a uvedeme některé důsledky
pro sestavování pilotního programu pro takový
předmět. Už při volbě cílů se odlišíme
od univerzitního pojetí oboru, ale částečně i
od pojetí ostatních gymnaziálních předmětů.
Chybějící tradici informatiky na středoškolské
úrovni zde vnímáme jako výhodu. Jednotlivá
probíraná témata krátce popíšeme.
Ve druhé části příspěvku blíže představíme
výuku efektivity algoritmů, která na gymnáziu
představuje složitost – klasickou partii teoretické
informatiky. Gymnazista by si patrně měl být
vědom jejích hlavních výsledků. Při uzpůsobení
učiva podmínkám gymnázií ale musí dojít
k zásadním úpravám.
Motivací pro dané téma je potřeba porovnávat
algoritmy mezi sebou a předvídat jejich
použitelnost. Asymptotická složitost sama o sobě
ale nemůže být hlavním nástrojem. Žákům chybí
potřebný
matematický
aparát,
navíc
v gymnaziálním, tedy všeobecném kontextu jsou
důležité i další souvislosti. V běžném životě
záleží i na konstantách, při porovnávání
algoritmů pak bereme v úvahu i mnoho dalších
kritérií kromě spotřebovaného času. Dále,
převoditelnost úlohy je příliš abstraktní koncept
na to, aby bylo možné zavést pojem NP-úplnosti.
Na druhou stranu, žák by měl vědět o existenci
problémů, které jsou ve větším měřítku
neřešitelné. V příspěvku popíšeme posuny
ve výukových cílech a z nich vyplývající
rozhodnutí o rozsahu učiva.
V závěru příspěvku uvedeme a zhodnotíme
poznatky a zkušenosti s danou kapitolou získané
při experimentální výuce informatiky podle
vyvinutého plánu v minulém školním roce.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
kterým je výuka efektivity. Podrobnosti o plánu
výuky a prvních výsledcích byly publikovány
v (10).
Vzdělávací cíle naší výuky vycházejí z cílů
gymnaziálního vzdělávání uvedených v RVP a
z představy
informatiky
v
postavení
odpovídajícím ostatním přírodním vědám. Výuka
má tedy jednak vést k rozvoji klíčových
kompetencí (v našem případě nejvýrazněji
kompetence k řešení problémů a komunikační) a
jednak seznámit žáky s informatikou jako vědou.
Vazba na vzdělávací cíle českých gymnázií a
komplexnost zpracování jsou zásadními důvody
pro vytvoření vlastní koncepce. Podpůrné
materiály a programy sice k dispozici jsou, ale
zpravidla se zaměřují na nadané studenty a
na určité dílčí téma, aniž by poskytly ucelený
přehled o oboru.
S oblastí ICT se naše výuka prolíná stejně,
jako by tomu mělo být v ostatních předmětech.
Technika je zapojena jako přirozená součást
světa: elektronická komunikace je považována
za běžnou dovednost, stejně jako zpracování
většího množství dat pomocí tabulkového
procesoru. ICT používáme, kdykoliv je to v dané
situaci účelné. Vzdělávacích cílů přímo
souvisejících s ICT je ovšem poměrně málo
(práce s editorem grafů, práce s nějakým
programovacím prostředím apod.), což vyplývá
z východisek naší práce.
Důležitou otázkou je zahrnutí programování.
Je to obvyklá součást výuky volitelné „pokročilé“
informatiky, leckdy je obojí ztotožňováno.
Programování jako takové (vývoj softwaru, popř.
zápis algoritmů) ale na gymnáziu těžko obstojí
v roli vzdělávacího cíle. Tímto cílem může být
kultivace
myšlení,
rozvoj
schopnosti
systematicky analyzovat a řešit problémy, nikoliv
znalost konkrétního programovacího jazyka.
Na základě dostupné literatury, např. (11),
a vlastní zkušenosti jsme usoudili, že výuka
programování se vzhledem k našim hlavním
cílům (rozvoj klíčových kompetencí a úvod
do informatiky)
nevyplatí.
Ovládnout
programování na dostatečné úrovni k tomu, aby
bylo nápomocné pro dosahování těchto cílů, by
zabralo neúměrně mnoho času. S programováním
se žáci během výuky setkají, neklademe si ale
za cíl je programování naučit.
Program výuky jsme samozřejmě sestavili
proto, abychom ho mohli vyzkoušet v praxi.
K tomu bylo třeba přihlédnout při návrhu jeho
struktury. Rozhodli jsme se optimisticky
předpokládat jeden školní rok výuky a dvě
vyučovací hodiny týdně. Učivo jsme rozdělili
2 Program výuky
Smyslem celé naší práce je prozkoumat
možnost a případné přínosy výuky informatiky
na gymnáziích a poskytnout tak podklady
pro případné budoucí diskuse o tomto tématu.
Za tímto účelem jsme sestavili příslušný výukový
program k otestování a zjištění potřebných
výsledků. V této části program popíšeme a
poskytneme tak kontext pro jádro příspěvku,
13
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
do tematických bloků, každý má trvat přibližně
měsíc. Doba trvání se přizpůsobuje jednak
organizaci školního roku, jednak doplňováním
nutných předpokladů z jiných předmětů,
především z matematiky. Žáci obvykle rychle
zapomínají logiku a logaritmy, a naopak příliš
pozdě
probírají
kombinatoriku
a
pravděpodobnost. I proto plánujeme modulů
pouze osm1.
Každý modul je výslovně zaměřen na určité
zásadní téma informatiky. V pozadí se přitom
samozřejmě objevují témata další. Zejména
koncepty související s algoritmy a s efektivitou
jsou postupně rozvíjeny v předcházejících
modulech tak, aby žáci mohli pracovat
s dostatečným počtem známých příkladů.
Při výběru zaměření modulů jsme pracovali
se základními idejemi podle (12) a s navazujícími
koncepty v (13) a (14). Pro středoškolskou
informatiku jsme vybrali čtyři ústřední pojmy:
informace, problém, algoritmus a efektivita.
Každému z nich je věnován samostatný modul.
V ostatních modulech jsou dále rozvíjeny tyto i
další pojmy (např. grafy, modelování, rekurze).
Nyní stručně popíšeme jednotlivé moduly a
uvedeme jejich hlavní souvislosti s modulem
Efektivita. Zde je na místě připomenout, že se
jedná o výuku určenou všem studentům
gymnázia, tedy nikoliv jen zájemcům,
navštěvujícím např. výběrový seminář. Úroveň
požadovaných znalostí a dovedností je tedy nutně
nižší, než na těchto seminářích, na druhou stranu
je nepoměrně vyšší, než současný standard.
Pro nadané nebo motivované studenty se
pochopitelně nabízí nepřeberné množství
rozšiřující látky a zájmových aktivit.
Prvním je modul Informace. Žáci mají
porozumět samotnému pojmu. K tomu slouží dva
přístupy, o kterých se následně ukáže, že jsou
skutečně jen jiným pohledem na tentýž jev.
Prvním přístupem je chápání informace jako
datové zprávy spolu s její interpretací. Druhým
přístupem je informace jako úbytek možností2
(15). Na tomto přístupu postavíme také měření
množství informace. Na hře o hádání myšleného
zvířete a potom myšleného čísla si žáci ujasní,
které výroky a které otázky přinášejí nejvíce
informace. Kromě toho se seznámí s konceptem
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
rozhodovacích stromů a jejich efektivitou
v nejlepším, nejhorším a průměrném případě
(a tím i s faktem, že spotřeba zdrojů je ovlivněna
i konkrétním obsahem vstupu, nejen jeho
velikostí). Na základě toho potom porovnávají a
přibližně optimalizují stromy pro daný
rozhodovací problém. Další podrobnosti a dílčí
výsledky jsou publikovány v (16).
Následuje modul Grafy (17). Žáci sice s grafy
a schématy v životě i ve škole poměrně běžně
pracují, nejsou si ale vědomi žádné jednotící
teorie v pozadí, ani výsledků, které tato teorie
může poskytnout. V první řadě si tedy žáci
na ukázkových úlohách uvědomí, že se mnohdy
hodí využít přehledného nákresu situace, neboli
modelování problému grafem. Dohodneme
terminologii, abychom si rozuměli. Dalším
krokem je ukázat, že graf, přestože se jeví jako
od podstaty vizuální struktura, lze úspěšně
reprezentovat znakově, např. pomocí matice
sousednosti. Taková notace je jednak přístupná
strojovému zpracování, jednak spolehlivější
v případě velkých grafů.
Většina času je věnována typickému
grafovému problému, kreslení jednotažek
(eulerovských grafů). Motivací je optimální
obchůzka strážného, resp. vhodný návrh cestiček
v parku. Aspoň někteří žáci úspěšně odvodí
příslušné věty, abychom následně zformulovali
postup ověření nakreslitelnosti grafu jedním
tahem. Tento postup je žákům předložen
naprogramovaný v jazyce Python, žáci se
seznámí se základy jazyka, prostředím, a zkusí si
několik jednoduchých modifikací. Při formulaci
postupu i při práci s programem si všímají, že si
lze ušetřit práci (např. po zjištění třetího vrcholu
s lichým stupněm lze rovnou vydat odpověď a
skončit). Na konci modulu se žáci seznámí
s pojmem isomorfismu.
Modul Problémy se zabývá obecnými
strategiemi řešení problémů. Žáci mnohé z nich
podvědomě tuší a intuitivně používají. V tomto
modulu mají příležitost tyto strategie výslovně
zformulovat. Pro život jsou důležité zásady „Proč
je vůbec potřeba to řešit?“ a podobné, většina
z nich ale směřuje především k precizní a
systematické práci v souladu s (18): „Dá se
problém rozdělit na menší části?“. Žáci si brzy
uvědomí důležitost precizní formulace výchozího
a cílového stavu a identifikace možností
přechodů do dalších stavů. To vede přímo
na koncept
stavového
prostoru
a
jeho
systematického procházení, pokud možno tak,
abychom co nejdříve došli k řešení. Žáci řeší
ukázkové problémy a všímají si, jak a kdy
1
Je jich pro jistotu připraveno víc, ale
nezdá se být reálné je stihnout.
2
Jde o speciální případ úbytku entropie,
kdy je každá alternativa možná stejně, rozdělení
pravděpodobnosti je tedy rovnoměrné. Díky
tomu se lze bez pojmu pravděpodobnosti obejít.
14
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
aplikují jednotlivé heuristiky. Řešení konkrétních
problémů je v tomto smyslu předstupněm tvorby
algoritmů, při níž se uplatní velmi podobné
zásady.
Čtvrtým modulem v pořadí je Algoritmus.
Žáci už mají zkušenosti s pracovními postupy
definovanými tak přesně, že je lze provádět
takřka bezmyšlenkovitě. V tomto modulu
definujeme vlastnosti, které musí algoritmický
postup mít, a naučíme žáky základní možnosti
jejich ověřování. V tomto ohledu jsou
nejzáludnější determinismus a konečnost. Cílem
je umět rozpoznat algoritmické postupy, resp.
identifikovat a pokud možno odstranit místa,
která algoritmičnosti brání. Kromě toho by žáci
měli
rozumět
důsledkům
plynoucím
z jednotlivých vlastností a umět posoudit výhody
a nevýhody algoritmického přístupu. Na konci
modulu se žáci seznámí s problémy, které
algoritmické řešení z principu nemají. Ať už
proto, že nemají řešení žádné, protože nemáme
dostatek dat nebo dobré zadání (světový mír),
protože nemáme dost času (porovnání velikosti
dvou iracionálních čísel, tedy čísel s nekonečným
desetinným rozvojem), nebo z hlubších důvodů,
jako je odkaz sama na sebe (problém zastavení).
Smyslem
zavedení
pojmu
algoritmu
na gymnáziu
je
kromě
jeho
významu
v informatice
také
význam
především
v pracovním životě při zadávání i provádění
úkolů. Jisté úrovně algoritmičnosti by měly
dosahovat i např. zákony nebo lékařská
diagnostika (19). I z tohoto důvodu věnujeme
pozornost schopnosti přesně popsat algoritmus
v přirozeném jazyce. Spolu s žáky odvozujeme
potřebné zásady a doporučení, které mají vést
jednak ke kvalitnějším popisům, jednak
k usnadnění porozumění zdrojovým kódům
programů. Obtížnost precizního vyjadřování
v přirozeném jazyce žákům navíc pomáhá ocenit
jazyky formální.
Následuje
modul
Efektivita,
jehož
podrobnější popis uvádíme níže zvlášť.
Po efektivitě zopakujeme dosavadní znalosti a
dovednosti v modulu Topologické řazení.
Motivací je plánování vzájemně závislých
pracovních úkonů. Argumentace při návrhu
efektivního hledání potřebného uspořádání je
obdobou argumentace u úlohy kreslení
jednotažek. Přitom lze najít různě efektivní
algoritmy a využít tak poznatky z předchozího
modulu. Kromě samotného řazení řešíme také
celkovou délku trvání projektu při možnosti
paralelní práce metodou kritické cesty.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Modul Evoluční algoritmy ukazuje žákům
pokročilou partii informatiky a zároveň vrhá
nové světlo na dosud probranou látku:
Nealgoritmický postup je užitečný, počítač
produkuje něco, co jsme mu přímo neřekli, úloha
s exponenciální časovou složitostí se zdá být
řešitelná. Žáci pracují s předem připravenou
kostrou programu pro hledání hamiltonovských
kružnic (řešení problému obchodního cestujícího)
a experimentují s parametry modelu. Řeší
základní otázky (nejen) evolučních algoritmů:
konvergenci, zachování nejlepších jedinců
do příští generace, rovnováhu explorace a
exploatace. Tento modul je zároveň přípravou
pro modul poslední.
Modul
Humanitní
souvislosti
staví
na nabytých zkušenostech a prostřednictvím
Turingova testu (20) stimuluje žáky k úvahám
o důsledcích výsledků informatiky na život
společnosti. Žáci neřeší informatické problémy
tak jako v ostatních modulech, výuka se podobá
spíše výuce filozofie. Žáci se seznamují
s argumenty, formulují vlastní, diskutují a
utvářejí své postoje. Pracují s materiály, které jim
přibližují současnou špičku vývoje umělé
inteligence a zároveň její pronikání do našeho
každodenního života. Smyslem není jen
intelektuální zábava a lepší porozumění limitům
výpočetních procesů a charakteristice lidskosti,
ale také uvážená volba kariéry.
3 Modul Efektivita
S alespoň hrubým přehledem o ostatních
modulech můžeme přistoupit k popisu samotného
modulu Efektivita. Tento modul vychází
ze složitosti jako klasické oblasti informatiky,
ovšem na úrovni, která je pochopitelná a
prakticky použitelná pro studenty gymnázií. To
znamená, že nelze jít do hloubky obvyklé na
vysokoškolské úrovni (nebo na úrovni
talentovaných studentů středních škol), a zároveň
je třeba zahrnout i jiné pohledy, než ve složitosti
převládající důraz na asymptotický čas. Souvisí
to i s tím, že programování není ve středu zájmu
naší výuky. Proto při nastavování cílů a při jejich
ověřování nemá smysl přesně přebírat přístup
z článku (21), nicméně v principu postupujeme
obdobně.
Východiskem modulu je potřeba porovnávat
algoritmy mezi sebou. Žáci už vědí, že pro jeden
tentýž problém mohou najít více různých
algoritmů, nabízí se tedy otázka, jak se mezi nimi
rozhodnout. Dále, jestliže určíme nějaká měřítka
kvality, je možno se ptát, jak jednotlivé algoritmy
vylepšit.
15
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Žáci si nejprve musí uvědomit, že podobně
jako je správnost algoritmu spjatá se zadáním, je
efektivita spjatá s kritériem, resp. s prostředkem
či zdrojem, kterým se snažíme šetřit. Zároveň se
s těmito zdroji seznámí. Už zde je patrné
rozšíření oproti klasicky pojímané složitosti.
Nezajímáme se jen o nejhorší časovou a
prostorovou složitost jednotlivých algoritmů.
Zajímá nás i čas průměrný, zajímá nás čas
s ohledem na multiplikativní konstanty, zajímají
nás ale i prostředky strávené vývojem a
implementací optimálního postupu, cena
použitých nástrojů atp.
Z klasické teorie složitosti si žáci mají odnést
především koncept základního kroku a jeho
opakování
jako
určujícího
faktoru
pro odhadování spotřebovaného času. S tím
souvisí poznání, že význam efektivity stoupá
s velikostí vstupů. Žáci se naučí hrubě odhadovat
počet základních operací (např. podle počtu
vnořených cyklů) a porovnávat výsledné výrazy
mezi sebou, resp. rozlišovat logaritmické,
jednotlivé polynomiální, a vyšší časové složitosti.
Nezavádíme O-notaci, pracujeme s matematickou
intuicí žáků a s jejich zkušeností z příslušných
experimentů.
Nenašli jsme způsob, jak přijatelně zahrnout
problematiku NP-úplných úloh, ale také jsme
pro ni nenašli praktické využití. Podstatná je
existence úloh, pro které neznáme rychlejší,
než exponenciální algoritmy – což ty úlohy činí
prakticky neřešitelnými (což má poněkud
paradoxně
i
pozitivní
důsledky,
např.
pro kryptografii). V této souvislosti se žáci
seznamují s konceptem složitosti problému a
jednoduchými ukázkovými odhady (např. hledání
maxima seznamu).
Poslední skupina vzdělávacích cílů ohledně
efektivity se váže k optimalizaci. Umíme-li říci,
jak je co efektivní, mohli bychom to také umět
učinit efektivnějším. Žáci poznají základní
optimalizační heuristiky, jako např. „používej
znovu, co už máš“ (jak mezivýsledky výpočtů,
tak existující algoritmy), „předpřiprav si vstupy,“
„skonči, jakmile máš, co podle zadání
potřebuješ“, „měj po ruce, co je často třeba“,
„plně využívej paralelní zdroje“.
Na začátku studenti vypracovávají sadu
základních úloh. Zjišťujeme tím úroveň jejich
znalostí jednak pro přizpůsobení výuky a výběr
následujících úloh, jednak pro následné
posouzení zlepšení. Jako příklad uveďme úkol
porovnat efektivitu dvou způsobů výměny
obsahu celočíselných proměnných a a b.
Z odpovědí žáků (vč. zvolených kritérií
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
efektivity) usuzujeme na jejich pojetí efektivity a
na místa, na která se máme zaměřit ve výuce.
Výměna
obsahu
proměnných
prvním
způsobem:
c = a
a = b
b = c
Výměna
způsobem:
obsahu
proměnných
druhým
a = a + b
b = a - b
a = a - b
Jako úvodní motivační příklad slouží
algoritmus půlení intervalů, díky němuž si žáci
mohou uvědomit, že zabývat se efektivitou může
skutečně vést k nezanedbatelným úsporám.
Samotný koncept půlení je jim znám
už od prvního modulu, zde se k němu ale vrací a
uvědomují si nové souvislosti a kvantitativní
vztahy. Zároveň si uvědomují jeho obecnou
použitelnost a mají být schopni myšlenku použít i
v jiných kontextech, než hledání čísla
v seřazeném seznamu. Ty, které nepřesvědčí
výpočty, přesvědčí malá soutěž např. v hledání
ve slovníku.
Žáci řeší cvičení vztahující se k jednotlivým
výukovým cílům, podle své volby samostatně či
skupinově. Kromě toho řeší rozsáhlejší
skupinové úkoly. Jako příklad uvedeme soutěž,
kdy mají co nejrychleji porovnat dvě skupiny
záznamů. Jedna je vytištěná ve formě abecedně
seřazeného seznamu, druhá je ve formě
jednotlivých promíchaných lístků. Úkolem je
najít lístky, které jsou navíc. hodnotí se počet
položek přečtených ze seznamu. Optimalizace
postupu spočívá v seřazení lístků podle abecedy,
takže seznam je třeba projít nanejvýš jednou.
Objevuje se zde idea atomické operace, zásada
promyšlené přípravy zpracovávaných dat, a je
také možnost zažít časový rozdíl různě
efektivních přístupů. Konečným výstupem
aktivity je žáky zformulovaný popis co
nejefektivnějšího postupu.
Další větší úlohy řeší žáci už bez simulace
(pokud se pro ni sami nerozhodnou). Jde jak
o klasické úlohy z programování, jako je hledání
prvočísel, hádanky a rébusy vedoucí proti
hladovému přístupu (např. smažení tří topinek
na pánvi, kam se vejdou jen dvě, nebo známá
rodinka s různě rychlými členy procházející
tunelem po dvojicích), a úlohy související
16
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
s praktickou situací (co nejrychlejší nákup
v samoobsluze podle seznamu, co nejrychlejší
donáška poštovních dopisů). Zde stojí za zmínku
ve vědách někdy opomíjená postojová stránka
klíčových kompetencí. V informatice učíme mj.
oceňovat elegantní řešení a právě efektivitu.
Projevit by se to mělo např. tím, že se žáci raději
předem zamyslí, případně odvedou nějakou práci
„navíc“, aby si následně mnohem víc práce
ušetřili. Lenost je v informatice pozitivní
vlastnost.
Dále žáci prozkoumají rychlost růstu hodnot
výrazů, které reprezentují počet operací
algoritmů pro dané velikosti vstupů, a zformulují
a ověří základní hypotézy. Zjistí tedy, že výraz
s kvadratickým členem nakonec vždy porazí
výraz s nejvýše lineárním členem atp., a zároveň
uvidí, že pro malé vstupy situace není tak
jednoznačná. Výrazy s exponenciálním členem
nemá pro větší vstupy ani smysl porovnávat
graficky, což už mnohým žákům dostatečně
napoví, že takové algoritmy v praxi nelze použít.
Protože se nelze spoléhat na porozumění chování
logaritmické (a exponenciální) funkce, pracujeme
v jejím případě s přiblížením „jeden krok navíc
umožní zpracovat dvakrát větší vstup“, což
dostatečně přibližuje obrovskou úsporu.
Studenti jsou na konci každého modulu
hodnoceni. V případě efektivity vypracovávají
sadu úloh, které ukazují, nakolik si osvojili
vytyčené cíle. Na vypracování mají týden, práci
zahajují už v hodině, abychom na místě vyřešili
případné dotazy. Práci odevzdávají na papíře
nebo elektronickou poštou. Výsledná známka se
počítá na základě celkového bodového zisku
za jednotlivé úlohy. Po odevzdání studenti
diskutují své výsledky a přístupy a seznamují
se se správnými odpověďmi i nejčastějšími
chybami.
Prověrka obsahuje bonusové úlohy, které
nepřispívají k požadovanému bodovému základu.
To poněkud snižuje obtížnost, resp. zlepšuje
výsledné známky. Látka je sama o sobě poměrně
obtížná, v prověrce je navíc minimum typových
úloh. Je třeba uplatňovat známé principy, ale
v nových situacích. To je pro studenty poměrně
nezvyklý a náročný požadavek. Ne vždy se jim
povede použít správnou myšlenku na správný
problém. Nechceme se ale vzdát hodnocení této
dovednosti, proto jsme jako cestu zvolili přidat
úlohy a zvýšit tak šanci studentů na úspěch.
Jako příklad úlohy uvedeme úlohu, ve které
mají žáci porovnat dvě funkce napsané v Pythonu
řešící stejnou úlohu a popsat, v čem je která lepší
a proč.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Obě funkce dostanou jako parametr dva
vzestupně seřazené seznamy unikátních čísel A a
B a vrátí seznam s čísly obsaženými v obou
vstupních seznamech zároveň3. Zdrojový kód
v prověrce záměrně neobsahuje vysvětlující
komentáře.
def prunik_prvni(A, B) :
vystup = []
i, j = 0, 0
while i<len(A) and j<len(B) :
if A[i] == B[j] :
vystup.append(A[i])
i += 1
j += 1
elif A[i] < B[j] :
i += 1
else :
j += 1
return vystup
def prunik_druhy(A, B) :
vystup = []
for prvek in A :
for prvek2 in B :
if prvek == prvek2 :
vystup.append(prvek)
return vystup
Žáci si mohou všimnout například faktu, že
první funkce vyžaduje jediný průchod oběma
seznamy, kdežto druhá dosahuje kvadratické
časové složitosti. Druhá funkce na druhou stranu
nepotřebuje mít seznamy seřazené a snáze se
implementuje (navíc s menším rizikem chyby),
Jinou úlohou ze závěrečné prověrky je hledání
rozbité antény:
Televizní anténa na střeše panelového domu
přestala správně fungovat. Potřebuje spravit, ale
nevíš, která to je, na střeše jsou i antény sousedů.
Postupně odpojuješ anténu za anténou a chodíš
dolů dívat, jestli jsi odpojil svou, nebo ne. Jsi
na to sám.
1. Vymysli a přesně popiš postup odpojování
tak, aby ses nachodil (televize-střecha) výrazně
méně.
2. Přibližně odhadni závislost množství
chození a počtu antén v příznivém, průměrném a
nepříznivém případě u tvého postupu i u naivního
postupu (ze zadání).
3
Zkušenosti ukazují, že na porozumění
množinové terminologii se nelze spoléhat
17
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Žáci využívají dříve získanou dovednost
přesně popsat pracovní postup. Co se týče
efektivity, očekáváme použití principu půlení.
Bonusová úloha vedla k nalezení dalších kritérií,
která bychom mohli chtít plnit, například různě
realizovaný ohled na sousedy (minimalizace
počtu či délky odpojení antén).
Prověrka obsahovala 6 úloh, z nichž některé
obsahovaly dílčí a bonusové podúlohy. Body
tedy bylo možno získat celkem za 11 položek,
z nichž 4 byly bonusové. Za základní úlohy bylo
možno získat 48 bodů, za bonusové dalších 20
bodů.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
času stihli zkráceně probrat evoluční algoritmy a
Turingův test.
Výsledky prověrky byly překvapivě pozitivní.
Úspěšnost vyjádříme jako poměr bodů získaných
a získatelných (bez bonusů) v procentech
zaokrouhlených na jednotky. Úspěšnost se
pohybovala mezi 50 a 100 procenty. Medián činil
82 %, průměr 79 %. Bodový zisk přitom nebyl
bonusovými úlohami ovlivněn tak výrazně, jak
jsme předpokládali. Kdybychom je vůbec
nezapočetli, klesla by nejvyšší dosažená
úspěšnost na 92 %, medián na 74 % a průměr
na 71 %.
Okomentujeme nyní podrobněji výsledky
dvou úloh uvedených v předchozí části.
V úloze o průniku seznamů všichni žáci
až na jednoho správně poznali, že první způsob,
byť s delším kódem, je při velkých vstupech
časově úspornější. Průměrná úspěšnost dosáhla
80 %. Většina žáků uvedla i další aspekty
porovnání obou programů.
V úloze s hledáním antény získali všichni žáci
mezi 80 a 100 % bodů. Přitom principu půlení
využili všichni, stržené body byly za formulační
nedostatky a funkční opominutí (nedostatečný
popis půlení při lichém počtu antén apod.).
Doplňující úlohu, ve které měli žáci vyčíslit
nebo aspoň odhadnout, nakolik je jejich postup
lepší než metoda pokus-omyl, nikdo nezvládl
úplně. Každý ovšem dostal alespoň třetinu bodů,
což značí, že se odhodlal k nějakému odhadu a
ten nebyl zcela nesmyslný. Průměrná úspěšnost
doplňující úlohy byla 56 %.
Během výuky modulu i v prověrce jsme
sledovali, jestli se objeví nesprávné prekoncepty
pozorované v článku (22):
4 Průběh a výsledky výuky
Získat ke spolupráci školy a jejich studenty se
ukázalo jako poměrně obtížné. Bylo třeba najít
školy s vedením, které by bylo myšlence našeho
výzkumu dostatečně nakloněno, nebo se o dění
ve výuce dostatečně nezajímalo. Nakonec jsme
získali možnost vyučovat povinně volitelný
seminář
na jednom
pražském
gymnáziu.
Podmínky výuky tedy neodpovídaly našemu
záměru a výsledky tedy nevypovídají o možnosti
vyučovat informatiku na gymnáziích obecně.
Přesto ale, s přihlédnutím k charakteristice
účastníků semináře, jsou získané výsledky
užitečné4.
Na seminář docházeli společně čtyři studenti
maturitního ročníku a osm studentů o ročník níže.
Maturanti ale pracovali většinu času zvlášť
se svým učitelem a připravovali se na zkoušku,
proto jsme je do výzkumu nemohli zahrnout.
Další komentář se tedy týká ostatních osmi.
Motivace k účasti na semináři většiny z nich
spočívala ve volbě nejmenšího zla z předložené
nabídky povinně volitelných seminářů. Někteří
žáci
měli
různě
bohaté
zkušenosti
s programováním (PHP, Pascal, C#...), většina
z nich ale neměla žádné předchozí znalosti.
Žádný ze studentů neměl k matematice pozitivní
postoj, dva studenti měli postoj negativní. Tyto
informace vyplynuly z osobních rozhovorů
během úvodních hodin.
V různých modulech jsme museli doplňovat
látku z jiných předmětů (zejm. z matematiky), a
program výuky jsme přizpůsobovali původnímu
učebnímu plánu dané školy. Proto jsme se
k modulu Efektivita dostali až v květnu.
Následující modul (opakování na úloze
topologického řazení) jsme přeskočili a ve zbytku




kratší zdrojový kód znamená kratší dobu
běhu,
méně proměnných znamená kratší dobu
běhu,
programy se stejnými příkazy v různém
pořadí jsou stejně efektivní,
programy řešící stejnou úlohu jsou stejně
efektivní.
Narazili jsme na ně jen v několika náznacích,
žáci se pokaždé sami opravili. Přičítáme to
obecnějšímu pojetí výuky (výuka v odkazovaném
článku cílí výrazněji na programování) a
především faktu, že jsme o nesprávných
prekonceptech věděli předem. Lze tedy
předpokládat, že jsme je odstranili během výuky
mimovolně.
4
V tomto školním roce už máme víc štěstí
a vyučujeme jednu kompletní kvintu na jiné
škole.
18
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Na základě vyhodnocení prověrky a
poznámek během výuky usuzujeme, že výuka
základů efektivity algoritmů na gymnáziu je
možná a má smysl. Žákům sice chybí užitečný
matematický aparát (často i ten, který by podle
učebních plánů chybět neměl), jsou ovšem
schopni si osvojit znalosti a dovednosti
uzpůsobené odpovídající úrovni.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[4] HABIBALLA, Hashim, FOJTÍK, Rostislav,
VOLNÁ, Eva a TELNAROVÁ, Zdenka. Výuka
informatiky na středních školách v České
republice. In: ISKI 2007. Nitra: s.n., 2007, s. 50–
57.
[5] GAL-EZER, Judith a HAREL, David.
Curriculum and Course Syllabi for a High-School
Program in Computer Science. Computer Science
Education. 1999, roč. 9, s. 114–147.
[6] BELL, Tim, ANDREAE, Peter a LAMBERT,
Lynn. Computer science in New Zealand high
schools. In: Proceedings of the Twelfth
Australasian
Conference
on
Computing
Education. S.l.: s.n., 2010, s. 15–22.
[7] CRICK, Tom a SENTANCE, Sue.
Computing at school: stimulating computing
education in the UK. In: Proceedings of the 11th
Koli Calling International Conference on
Computing Education Research (online). New
York, NY, USA: ACM, 2011, s. 122–123. ISBN
978-1-4503-1052-9.
URL
:
http://doi.acm.org/10.1145/2094131.2094158.
[8] TUCKER, Allen, DEEK, Fadi, JONES, Jill,
MCCOWAN, Dennis, STEPHENSON, Chris a
VERNO, Anita. A Model Curriculum for K-12
Computer Science: Final Report of the ACM K12 Task Force Curriculum Committee. Second
Edition. New York: Computer Science Teachers
Association, 2003
[9] HUBWIESER, Peter a kol. Computer
science/informatics in secondary education.
Proceedings of the 16th annual conference
reports on Innovation and technology in
computer science education - working group
reports - ITiCSE-WGR ’11 (online). 2011, s. 1938.
URL
:
http://dl.acm.org/citation.cfm?doid=2078856.207
8859.
[10] LESSNER, Daniel. Introducing Computer
Science into Czech Grammar Schools: First
Results. In: EDULEARN12 Proceedings. IATED,
Barcelona, 2012, s. 246–255.
[11] BELL, Tim, CURZON, Paul, CUTTS,
Quintin, DAGIENE, Valentina a HABERMAN,
Bruria. Overcoming Obstacles to CS Education
by
Using
Non-programming
Outreach
Programmes. In: Ivan KALAŠ and Roland T.
MITTERMEIR, eds. Informatics in Schools.
Contributing to 21st Century Education (ISSEP
2011) (online). S.l.: Springer Berlin Heidelberg,
2011, s. 71–81. [cit. 6. December 2012]. ISBN
978-3-642-24721-7.
URL
:
http://www.springerlink.com/index/45026521606
Q8037.pdf.
5 Závěr
V příspěvku jsme představili a popsali jedno
z možných pojetí výuky vědní informatiky
na gymnáziích. Uvedli jsme základní východiska,
cíle výuky a stručný obsah jednotlivých
tematických modulů. Dále jsme se soustředili
na modul věnovaný efektivitě algoritmů. Ten
vychází z algoritmické složitosti, přizpůsobené
úrovni gymnaziálních studentů a rozšířené
o některé
souvislosti.
Důraz
neklademe
na asymptotickou složitost, ale na porovnávání
efektivity pracovních postupů z různých úhlů
pohledu.
Na
základě
průběhu
a
výsledků
experimentální výuky jsme ukázali, že téma není
tak nedosažitelné, jak se na první pohled může
zdát.
Navazující práce spočívá v úpravě programu
výuky na základě poznatků získaných z prvního
běhu v loňském roce a v širším vyzkoušení
v reálné výuce. Výsledkem bude ověřený
program výuky publikovaný pro učitelskou
veřejnost. Kromě toho bychom během pilotáže
rádi zkoumali přínos výuky informatiky
pro rozvoj klíčových kompetencí.
5 Literatura
[1] Rámcový vzdělávací program pro gymnázia
(online). Praha: Výzkumný ústav pedagogický v
Praze, 2007 [cit. 9. prosince 2012]. ISBN 978-8087000-11-3. URL : http://www.vuppraha.cz/wpcontent/uploads/2009/12/RVPG-200707_final.pdf
[2] NEUMAJER, Ondřej. Proč a jak inovovat
pojetí ICT v rámcových vzdělávacích
programech. Metodický portál: Články (online).
2009, [cit. 12. December 2012]. URL :
http://clanky.rvp.cz/clanek/o/z/2989/PROC-AJAK-INOVOVAT-POJETI-ICT-VRAMCOVYCH-VZDELAVACICHPROGRAMECH.html.
[3] Framework Education Programme for
Secondary General Education (Grammar
Schools). Praha: Výzkumný ústav pedagogický
v Praze, 2007.
19
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[19] LESSNER, Daniel. Proč se vlastně na
gymnáziu učit o algoritmech? In: Počítač ve
škole 2012: sborník příspěvků. Nové Město na
Moravě, 2012, s. 5–7.
[20] TURING, Alan M. Computing machinery
and intelligence. Mind. 1950, roč. 59, č. 236, s.
433–460.
[21] GAL-EZER, Judith a ZUR, Ela. The
Concept of “Algorithm Efficiency”in the High
School CS curriculum. In: Proceedings of the
32nd ASEE/IEEE Frontiers in Education
Conference (online). Boston, 2002, s. 2–7. [cit. 9.
prosince 2012]. ISBN 0780374444. URL :
http://xtmjfte.epinnovations.com/fie2002/papers/
1145.pdf.
[22] GAL-EZER, Judith a ZUR, Ela. The
efficiency
of
algorithms—misconceptions.
Computers & Education (online). Duben 2004,
roč. 42, č. 3, s. 215–226. [cit. 9. prosince 2012].
URL
:
http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360
131503000848.
[12] BRUNER, Jerome S. The process of
education. S.l.: Harvard University Press, 1977.
[13] SCHWILL, Andreas. Fundamental Ideas:
Rethinking Computer Science Education.
Learning & Leading with Technology. 1997, roč.
25, č. 1, s. 28–31.
[14] PASTERNAK, Arno a VAHRENHOLD,
Jan. Design and evaluation of a braided teaching
course in sixth grade computer science education.
In: Proceedings of the 43rd ACM technical
symposium on Computer Science Education
(online). New York, NY, USA: ACM, 2012, s.
45–50. ISBN 978-1-4503-1098-7. URL :
http://doi.acm.org/10.1145/2157136.2157154.
[15] HARTLEY, Ralph V. L. Transmission of
information. Bell System techn. Journal. 1928,
roč. 7, s. 535–563.
[16] LESSNER, Daniel. Information Theory on
Czech Grammar Schools: First Findings. In:
KNOBELSDORF, Maria, ROMEIKE, Ralf, eds.
Pre-proceedings of the 7th Workshop in Primary
and Secondary Computing Education (WiPSCE).
Hamburg, 2012, s. 139–142.
[17] MATOUŠEK, Jiří a NEŠETŘIL, Jaroslav.
Kapitoly z diskrétní matematiky. Praha:
Karolinum, 2009. ISBN 9788024617404.
[18] POLYA, George. How to solve it: A new
aspect of mathematical method. 2. S.l.: Princeton
University Press, 1957.
Mgr. Daniel Lessner
Kabinet software a výuky informatiky
Matematicko-fyzikální fakulta UK
Malostranské nám. 25
118 00, Praha 1, ČR
E-mail: [email protected]
Www: ksvi.mff.cuni.cz/~lessner
20
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
THEORETICAL
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
THE EXPERIENCE WITH IMPLEMENTATION OF TECHNOLOGY –
ENHANCED LEARNING IN TEACHING BACHELORS
Štefan SVETSKÝ
Abstract: Among teachers, the European research policy related to ICT for education is less known.It
is commonly equate with eLearning, which is understood more as an educational issue than a
technology one. In the context of the FP7 policy for "Technology-enhanced learning", the experiences
are presented that were obtained within the "extended" participatory action research when teaching
bachelors. "Extended" refers to the fact that the technology system is programmed by the author of this
paper. The system consists from the educational software BIKE and a set of informatics tools that are
developed and applied according to the immediate needs in order to automate the creation of teaching
content, communication and processes in the classroom. This approach is focused on the personal
support of a teacher, which plays key role in teaching. Several examples of pilot applications
implemented into teaching of bachelors are presented. As well, some technological, educational and
terminological aspects of computer supported teaching and learning are discussed.
Key words: technology-enhanced learning, computer assisted learning, automation of teaching and
learning processes, personalised support of teacher, database technologies
SKÚSENOSTI S IMPLEMENTÁCIOU TECHNOLOGY – ENHANCED LEARNING VO
VÝUČBE BAKALÁROV
Resumé: Európska polititika výskumu počítačovej podpory vzdelávania je medzi učiteľmi menej
známa. V praxi sa obvykle zamieňa s eLearningom, ktorý sa chápe skôr ako pedagogická než
technologická záležitosť. V kontexte politiky 7. rámcového programu v IKT pre tzv. „Technologyenhanced learning“ sa prezentujú skúsenosti získané v rámci “rozšíreného” participačného akčného
výskumu implementácie počítačovej podpory do výučby bakalárov. Pod “rozšíreným” sa myslí
skutočnosť, že autor tohto príspevku programuje systém, ktorý pozostáva z edukačného softvéru
BIKE a sady informatických nástrojov, ktoré sa aplikujú podľa okamžitej potreby na automatizáciu
tvorby obsahu, komunikácie a procesov v triede s cieľom zvýšiť produktivitu duševnej práce a kvalitu
výučby. Prezentujú sa viaceré príklady pilotných aplikácií zavedených do výučby bakalárov. Taktiež
sa diskutujú niektoré technologické, didaktické a terminologické aspekty počítačovej podpory.
Kľúčové slova: technológiou zdokonaľované vzdelávanie, počítačová podpora vzdelávania,
automatizácia výučby, personalizácia podpory učiteľa, databázové technológie
„správny“
pedagogický účinok. Nakoľko
vzdelávanie
je
vysoko
sofistikovaný
a individuálny proces, takýto technologicky
preferovaný prístup logicky nemôže vyriešiť
bežné didaktické postupy, komunikáciu a ďalšie
špecifické potreby výučby.
V bežnej praxi existuje veľa rôznych
jednoúčelových softvérov, ale neexistuje žiadny
univerzálny softvér, ktorý by mohol učiteľ
používať súčasne na podporu viacerých druhov
činností. Ambíciou niekoľkoročného výskumu
implementácie počítačovej podpory do výučby
bakalárov na Materiálovotechnologickej fakulte
so sídlom v Trnave bolo vyvinúť softvér, ktorý
by mohol užívateľ, či už učiteľ alebo študent,
používať ako osobný informatický nástroj a to
bez
potreby
špeciálnych
informatických
1 Úvod
Hoci sa v oblasti IKT dosiahli v uplynulých
rokoch enormné pokroky, treba mať stále na
pamäti, že počítače neboli pôvodne vymyslené
pre vzdelávanie. Taktiež treba vziať do úvahy, že
výučba úzko súvisí s transformáciou informácií.
Z hľadiska
programovania je zase veľmi
obtiažne riešiť spracovávanie neštruktúrovaných,
neurčitých informácií a vedomostí a to
v procesoch vzdelávania, ktoré rovnako nie sú
jasne definované a štruktúrované. V politike
výskumu EU sa v 7. rámcovom programe pre
oblasť IKT 7 zaraďuje počítačová podpora
vzdelávania do kategórie „technology-enhanced
learning“. Prakticky to znamená, že sa prioritne
rieši
technológia,
resp
infraštruktúra
a predpokladá sa automaticky, že bude mať aj
21
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
zručností. Výsledkom je vyvinutý systém
„technology – enhanced learning“, ktorého
základom je
predpogramované edukačné
prostredie BIKE ako aj
sada ďalších
informatických nástrojov, vrátane virtuálneho
učebného priestoru na fakultnom serveri. V tomto
príspevku sa prezentujú ukážky z pilotných
riešení zavedených do výučby bakalárov a
diskutujú sa s nimi súvisiace problémy.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
vhodným pedagogicko – riadeným prístupom.
Súčasný stav TEL sa však vyznačuje opačným,
nevyváženým prístupom, t.j. že sa prioritne rieši
technologická stránka, kým pedagogické, resp.
didaktické aspekty sa nedoceňujú. Na ilustráciu
možno uviesť, že v jednom z publikovaných
prieskumov, aké nástroje TEL sa najčastejšie
používajú na európskych univerzitách, bol ako
najfrekventovanejší vyhodnotený voľne šíriteľný
softvér
Moodle [2]. Tento však patrí do
kategórie tzv. systémov manažmentu vzdelávania
(Learning Management System, Virtual Learning
Enviroments). Pre priamu podporu výučby
v triede nie je vhodný.
Aj keď TEL je zaradené do informatickej
oblasti, určite je každému zrejmé, že riešenie
aplikácií pre vzdelávanie je oveľa náročnejšie,
ako riešenie účtovníckych, finančných, či
technických systémov. Z literatúry systematicky
zameranej na TEL sa napr. v [3] uvádza, že
vzdelávanie a nie technológia by malo byť
hnacou silou inovácií. Zdôrazňuje sa o.i. aj téza,
že nové technologické vzdelávacie prostredia
musia byť kongruentné s tým, ako sa jednotlivci
učia a aká je podstata vzdelávacích úloh.
Obdobne zdôrazňuje tento ľudský aspekt TEL aj
Derry v [4]. Upozorňuje pritom na fakt, že pri
preferovanom technologicky – riadenom
prístupe sa
vedomosti „viacmenej len
predpokladajú“. To potom dáva do súvisu so
sklamaním s doterajšími výsledkami riešení TEL
v praxi. Tvrdí, že práca s „anonymnými“
vedomosťami je v rozpore už so samotnou
podstatou vzdelávania. V tejto súvislosti možno
tiež spomenúť kľúčového rečníka R. Meyera na
konferencii ICL – IGIP (Villach, 2012), ktorý
zdôrazňoval, že nové technológie, ako sú
sociálne médiá, on-line prostredia, diaľkovo
riadené laboratóriá, môžu ovplyvniť posun
paradigmy
z hľadiska spôsobu, ako sa
informácie prenášajú z mentora na študenta [5].
Ináč povedané, učiteľ hrá kľúčovú úlohu a sám si
podľa potreby vyberá a riadi najvhodnejšiu
technológiu. Pripomenul aj známu skutočnosť, že
ak aj učitelia vo svete vyučujú ten istý
inžiniersky obsah, technológia a prax použitá v
triedach sa dramaticky líšia podľa regiónov a
kultúry. V tomto duchu Laurillard chápe TEL
ako nástroj na riešenie pedagogických inovácií
vyslovene na báze edukačne - riadeného prístupu
[6]. Táto autorka taktiež zdôrazňuje, že úspešná
implementácia TEL na univerzitách si vyžaduje
úzku spoluprácu troch subjektov - vývojára,
výskumníka a učiteľa, ktorí sa nie vždy vo
všetkom názorovo zhodnú [7].
2 Technology – enhanced learning
„Technology - enhanced learning“ (TEL)
možno voľne preložiť ako „technológiou
zdokonaľované vzdelávanie“. V informačnom
systéme EU CORDIS sa uvádza, že ide o oblať
výskumu, ktorá sa zameriava na to ako môžu
byť informačné a komunikačných technológie
použité na podporu vzdelávania a vyučovania a
rozvoj kompetencií v priebehu celého života
(http://cordis.europa.eu/fp7/ict/telearn-digicult/te
learn_en.html). Myslí sa pod tým podpora
všetkých
druhov
vzdelávacích
aktivít
prostredníctvom technológie s cieľom zabezpečiť
sociálno-technické
inovácie
pre
prax
vzdelávania, či už ide o jednotlivcov alebo
organizácie, nezávisle na čase, mieste a tempe.
Aj keď takáto definícia umožňuje pomerne
široký výklad,
ciele a zameranie výziev
7. rámcového programu, resp. postupy pre
podávanie európskych projektov sú v CORDIS
vždy detailne rozpracované v anglických
manuáloch
o desiatkach až stovkách strán.
V posledných výzvach TEL (cieľ ICT-2011.8.1)
boli napr. prioritou „systémy, v ktorých je tútorom
človek; vzdelávacie technológie pre vedu,
technológiu; výpočtové nástroje posilňujúce
kreativitu
vo
vzdelávacom
prostredí“.
Očakávaným dopadom bolo uvoľnenie potenciálu
jednotlivcov adaptovaním a personalizáciou
vzdelávacích technológií. V najnovšej výzve
(cieľ ICT-2013.8.2) sú medzi prioritami zaradené
vzdelávacie prostredia s integrovaním IKT;
analytika vo vzdelávaní a edukačné dolovanie
dát. Očakávaným dopadom má teraz byť
rozširovanie IKT vo vzdelávaní, efektívne verejno
– súkromné partnerstvá poskytujúce digitálne
riešenia na európskej úrovni a taktiež rozšírenie
trhu s aplikáciami IKT pre vzdelávanie [1].
Zo súčasnej politiky EU vo výskume TEL
vyplýva, že takáto politika si automaticky
vyžaduje
spoločný,
integrovaný
prístup
informatikov (informatické nástroje) aj učiteľov
(vzdelávací obsah, učivo, výučba). Preferovanie
technológiou – riadeného prístupu preto samo o
sebe nepostačuje, ak nie je kombinované s
22
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Schéma tvorby personalizovaného učebného
prostredia je uvedená na obr. 2. Malo by z nej
byť jasné, že BIKE spolupracuje s prehliadačmi
a operačným systémom Windows (pravá časť).
V ľavej časti je zobrazené virtuálne učebné
prostredie, ktorého časť je na osobnom počítači
užívateľa a niektoré zložky sú na internete
(presnejšie na fakultnom serveri UIAM).
3 Výskum implementácie TEL vo výučbe
bakalárov
Výskumom TEL vo výučbe bakalárov sa
dlhodobo
zaoberajú
na
Materiálovotechnologickej fakulte STU, pričom ťažisko
výstupov je na Detašovanom pracovisku v
Dubnici nad Váhom [8]. Doterajšie skúsenosti
ukazujú dôležitosť edukačne – riadeného
prístupu už aj v tom, že niektoré aplikácie by sa
neboli vôbec naprogramovali, ak by sa neriešili
problémy reálnej výučby v triede. Takto vznikla
napr. podľa okamžitej potreby výučby potreba
riešiť typizáciu učiva a procesov (kvôli uľahčeniu
automatizácie), programovať
komunikačné
kanály učiteľ – študent, virtuálne výpočtové
prostredie a ďalšie aplikácie.
Pilotné riešenie počítačovej podpory je
znázornené na obr. 1. V ľavej časti obrázka sú
uvedené nástroje TEL, ktoré autor tohto
príspevku naprogramoval a vyvinul. Základom je
predprogramované prostredie BIKE (Batch
Information and Knowledge Editor), ktoré
umožňuje učiteľovi a študentom spracovávať v
dávkach veľké množstvo informácií a vedomostí
(ďalej len vedomostí). Zápisník, je časť BIKE,
ktorý sa inštaluje na počítače v učebni. S týmito
vyvíjanými nástrojmi sa rieši automatizácia,
inovácie výučby a buduje sa personalizované
učebné prostredie. V pravej časti obrázka je
uvedených niekoľko aplikácií a predmety, pre
ktoré sa implementovala počítačová podpora.
Výstupy sa dajú prezerať internetovými
prehliadačmi či už na internete alebo na
počítačoch v triede (aj v off-line režime).
Obrázok ilustruje aj skutočnosť, že ide
o viacúčelový softvér, resp. systém a že užívateľ
má miesto desiatky softvérov k dispozícii „všetko
v jednom“ (all-in-one).
Obr. 2: Schéma tvorby personalizovaného
učebného prostredia s pomocou BIKE
K zavedenému systému počítačovej popdory
možno ešte uviesť, že ide asi o jedno
z najlacnejších
a najefektívnejších
riešení
počítačovej podpory jednotlivca, aké vôbec
existuje. Okolo roku 2000 by síce išlo o extrémne
drahé riešenie, avšak dnes majú univerzity svoje
servery, osobné počítače bežia pod Windows
a internetové prehliadače sú zadarmo. To ostatné
učitelia vedia, pretože sa tým „živia“. Nespornou
výhodou je však to, že učiteľ ako užívateľ
(rovnako študent, výskumník) si sám určuje
spôsob práce a je nezávislý na informatikoch.
Samotné riešenie je v zásade „prázdny systém“,
ktorý si uživateľ napĺňa informáciami a
vedomosťami. Na počítači autora súčasnosti
BIKE obsahuje rádovo tisícku databázových
a programových súborov so stovkami položiek
užívateľského menu. Všetky výstupy do výučby
boli paralelne publikované doma aj v zahraničí
(EU, USA, Austrália, India). BIKE sa pritom
prezentuje ako „nový“, resp. odlišný typ
personalizovaného edukačného softvéru, ktorý je
alternatívou k tzv. WEB 2.0 technológiám (napr.
Moodle). Z pohľadu jeho autora ide o akýsi
doplnkový softvér medzi globálnymi službami na
internete a počítačom jednotlivca.
4 Terminologické problémy implementácie
TEL
Implementácia TEL do výučby je spojená
s viacerými terminologickými nedorozumeniami.
TEL sa
veľmi často zamieňa s termínom
eLearning, ktorý je v učiteľskej praxi dlhé roky
Obr. 1: TEL nástroje, aplikácie a výstupy v rámci
automatizácie a inovácií výučby
23
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
zaužívaný a priraďuje sa k nemu akákoľvek
počítačová
podpora.
Problémy
definície
eLearningu sú však celosvetové. Detailne túto
problematiku rozoberá napr. Littlejohn v [9], kde
o.i. poukazuje na skutočnosť, že aj rôzne
eLearningové asociácie majú odlišný výklad
tohto pojmu. Na Oxfordskej univerzite sa s touto
otázkou vysporiadali tak, že počnúc školským
rokom 2011 – 2012 nahradili pôvodný názov
študijného programu „eLearning“ za „Learning
and Technology“. Ako dôvod uviedli, že
v súčasnosti je termín eLearning už dávno
prekonaný a zastaralý. Okrem toho je aj
zavádzajúci a týka sa predovšetkým dištančného
vzdelávania. V súčasnosti sa na stránke
univerzity uvádza, že temín „Learning and
Technology“ zahrňuje množstvo podobných
termínov, ako sú vzdelávacie technológie,
technology-enhanced
learning,
počítačom
asistované vzdelávanie, vzdelávanie s IKT a
eLearning [10].
Neznalosť
politiky
výskumu
EU
a terminológie v oblasti aplikácií IKT sa prenáša
aj do praxe. Napr. autor príspevku má skúsenosti
s takým prístupom oponentov, že prácu zameranú
na TEL
si pomýlili s eLearningom alebo
jednoúčelovými
záležitosťami,
ako
sú
pedagogické expertné a inteligentné vyučovacie
systémy. Výsledkom takéhoto povrchného
prístupu sú potom argumenty typu, že je
„neprípustné ignorovat' výsledky druhých a
sústrediť sa len na určitú skupinu autorov,
prípadne vedeckých škôl“. V danom prípade si
treba uvedomiť, že pri posudzovaní aplikácií
TEL posudzovateľ nemôže porovnávať veci
podľa nejakého subjektívneho pocitu, ale musí
vždy vychádzať z porovnania s horeuvedenými
cieľmi politiky výskumu EU pre TEL (ako bolo
uvedené sú vždy k dispozícii v informačnom
systéme CORDIS). Ak sa napr. v prieskume na
európskych univerzitách zistilo, že najčastejšími
nástrojmi TEL sú systémy manažmentu
vzdelávania [2], tak je každému jasné, že nejde
ani o eLearning ani o pedagogické expertné
systémy. To sa dá nakoniec usúdiť aj z obrázkov
1 a 2. K tomu je možno ešte dodať aj to, že ak
chce oponent vytknúť niekomu, že „ignoruje“
druhých výskumníkov, tak potom títo
výskumníci musia v danej oblasti aj pôsobiť, čiže
publikovať, pracovať v projektoch v oblasti TEL,
zúčastňovať sa na konferenciách. V opačnom
prípade je namieste otázka, či sa posudzovateľ
vôbec vyzná v tom, čo posudzuje. Pre
nezainteresovaných treba dodať, že podávanie
projektov v 7. rámcovom programe je veľmi
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
náročná záležitosť. Stačí už to, aby sa
predkladatelia návrhov projektov čo len trocha
odklonili od zadefinovaných cieľov výziev TEL a
takýto návrh nemá šancu.
Ďalším špecifickým problémom je, že
v oblasti IKT, resp. výskumu TEL dominuje
jednoznačne angličtina. Počítačové softvéry,
programovacie jazyky, návody, renomované
časopisy - to, všetko je výlučne v angličtine. Na
Slovensku napr. v súčasnosti neexistuje časopis
výskumnej kategórie (v zmysle klasifikácie
Ministerstva školstva), kde by sa dal uverejniť
príspevok v rodnom jazyku. Situáciu navyše
sťažuje aj to, že sa oblasť IKT rozvíja tak rýchlo,
že „príliv“ nových anglických termínov nedokáže
riešiť ani národná normalizácia. Ako príklad
možno uviesť internetový marketing [11] alebo
podnikovú inteligenciu [12]. V [12] sa veľmi
výstižne uvádza, že sa tu stretávajú dodávatelia
softvéru, služieb, podnikoví manažéri, ľudia
technických aj
netechnických profesií,
výskumníci a akademici, takže v tomto babylone
logický vznikajú nejasnosti v pomenovaní nových
pojmov vyplývajúce z nedostatočnej znalosti,
odlišných záujmov jednotlivých strán a v našich
pomeroch aj z dôvodu chýbajúcich ekvivalentov
anglických pojmov.
Tu je dôležité pochopiť, že informačné
technológie sa vždy aplikujú pre nejakú odbornú
oblasť a ak sa do nej integrujú, tak logicky
nemajú svoju teóriu. Čiže neexistuje ani
samostatná teória pre kategóriu TEL. Prioritne
teda nemá význam riešiť za každú cenu
exaktnosť pojmov a definícií (zvlášť keď IKT do
nich riadne ešte neprenikla). Najdôležitejšie je
pochopiť podstatu veci a preto je vždy užitočné,
ak sa v dnešnej záplave informácií podarí nájsť
kvalitný zdroj, z ktorého čitateľ rýchlo pochopí
princípy. Na ilustráciu takých zdrojov možno
uviesť [13] a [14], z ktorých čitateľ rýchlo
pochopí špecifiká znalostného manažmentu na
univerzitách a v podnikoch.
Dôležitosť terminologických problémov si
uvedomuje aj komunita výskumníkov v oblasti
TEL. Na ilustráciu možno uviesť open – archív
TeLEarn.
Jeho základ sa vytvoril v rámci
projektu excelentnej siete 6.rámcového programu
Kaleidoscope pre výskum v oblasti TEL.
V súčasnosti je podporovaný o.i. excelentnou
sieťou 7.rámcového programu Stellar (Sustaining
Technology Enhanced Learning at a LARge
scale). V rámci archívu sa zhromažďujú
publikácie a vytvára sa tezaurus a slovník
základných pojmov pre TEL. V súčasnosti je tam
pre
18
jazykov,
vrátane
slovenčiny
24
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
(http://www.tel-thesaurus.net/tel/sk/). A sú tam
termíny aj v čínštine a kórejčine, čo nasvedčuje
tomu, že prax si vyžaduje, aby sa učitelia
a výskumníci v oblasti TEL vedeli dorozumieť.
Prevodným jazykom je tu samozrejme angličtina.
So zmienenými terminologickými problémami
súvisí aj otázka, ako správne citovať. Na
slovenských a českých univerzitách sa vyžaduje
obvykle dodržiavanie normy ISO 690-2. Ak však
pedagóg
odpublikuje
desiatky
článkov
v zahraničí, tak s prekvapením zistí, že takmer
žiadny renomovaný časopis, resp. konferencie,
túto normu nevyžadujú a takmer každý má svoje
špecifické požiadavky. Tu je možné zmieniť sa aj
o jednej veľmi špecifickej záležitosti, ktorá je
daná tým, že zahraniční vydavatelia limitujú
počet strán príspevku. Pri prekročení tohoto
limitu musí autor doplatiť obvykle 50 – 80 EUR
za každú ďalšiu stranu. Ak by autor preferoval
formálnu stránku citácií, vznikla by teda dilema,
či má skrátiť odborný text alebo citovanú
literatúru. Už zdravý sedliacky rozum hovorí, že
stačí, ak je zdroj dostatočne identifikovateľný.
To ostatné by malo byť výlučne záležitosťou
knihovníkov – špecialistov (ako si to zapisujú do
svojich databáz).
K otázke „prevahy“ odbornej angličtiny v
oblasti IKT treba taktiež zdôrazniť skutočnosť,
že odborná práca, alebo vzdelávanie sa v inom
než materskom jazyku predstavujú vysokú
kognitívnu záťaž. Ortodoxné bazírovanie na
akejsi čistote jazyka nie je preto vždy na mieste.
5 Vedomosti a terminológia TEL
Z hľadiska tohoto príspevku je dôležité
zmieniť sa aj o anglickom termíne „knowledge“.
Tento termín je v angličtine vždy rovnaký, či už
sa používa pre oblasť vzdelávania, IKT, vo
filozofii, manažmente, psychológii a pod.
V slovenčine sa však knowledge prekladá ako
vedomosti, znalosti, a ak sa integruje informatika
do vzdelávania, tak sa pod ním často rozumejú aj
dáta a informácie. Jednou z inovatívnych IKT
oblastí je „knowledge discovery in databases“.
V danom prípade
ide o hľadanie nejakého
spoločného „znaku“ v databázach. Prekladá sa to
však ako znalosť, prípadne vedomosť, hoci
v terminológii databázových technológií by to
niekto priradil k jednoduchým dátam alebo
informáciam (tak ako to poznáme z databázových
tabuliek). V oblasti manažmentu sa zase hovorí,
že medzi dátami, informáciami a vedomosťami
(resp. znalosťami) už existuje určitá hierarchia
súvislostí vyjadrená napr. v modeli DIKW (pozri
o.i. www.systems-thinking.org/dikw/dikw.htm).
Napriek tomuto stavu niektorí oponenti tieto
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
terminologické nejednotnosti považujú za
„závažné nedostatky“ hoci univerzálna definícia
vedomosti napr. ani neexistuje. Neuvedomujú si
však, že v inžinierskych disciplínach ide
predovšetkým o podstatu veci a terminológia nie
je prvoradá (najmä ak sa tvorí nejaký model,
prototyp, nový softvér). Technici a vedci majú
dokonca právo formulovať si hypotézy a v nich
zavádzať svoje pracovné definície. Nakoniec
vyžaduje sa to už aj od študentov pri
bakalárskych prácach.
Autor tohto príspevku má osobnú skúsenosť
s preberaním technických noriem ISO a CEN do
sústavy STN, kde jednou z povinných činností
bola konzultácia s Jazykovedným ústavom Ľ.
Štúra. Pracovníčka ústavu vždy prízvukovala, že
jazyk sa nesmie znásilňovať a ak má určitá
odborná komunita svoju zaužívanú terminológiu,
tak ju treba uprednostniť. V tomto kontexte
možno považovať praktizovanie termínov, akým
je napr. „odpamätovaná obrazovka“ za zbytočné
znásilňovanie slovenčiny (myslí sa výstup na
obrazovku - v angličtine screenshot).
Rôznorodosť
prístupov
k termínu
„knowledge“ vidieť aj z oxfordského slovníka.
V ňom sa pod týmto homonymom zahrňujú aj
informácie uchovávané v systéme počítača; aj
suma toho, čo je známe; aj faktá, informácie
a zručnosti
získané
skúsenosťou
alebo
vzdelávaním;
aj
porozumenie
témy
(http://oxforddictionaries.com/definition/english/
knowledge).
V prípade edukačného softvéru BIKE sa tento
prezentuje ako editor pre dávkové spracovanie
informácií a vedomostí. Takisto sa zmieňuje, že
je založený na paradigme hromadného
spracovávania vedomostí. Vychádza sa pritom
z faktu, že prakticky v každej učebnici didaktiky
sa vzdelávanie vysvetľuje v zásade ako proces
v ktorom sa poznatky a činnosti transformujú na
vedomosti a zručnosti. A keďže v danom prípade
sa softvér BIKE využíva niekoľko rokov na
počítačovú podporu výučby, termín knowledge
sa prekladá ako vedomosť, čo
by malo byť
korektné a každému zrozumiteľné.
6 Aspekty počítačovej podpory s BIKE
Aj keď prínosy nasadenia počítačov pre
vzdelávanie sú neodškriepiteľné, zabúda sa na to,
že technológia sama o sebe „nemá didaktickú
podstatu“ a jej úloha sa často preceňuje. Z tohto
hľadiska je veľmi
zaujímavé tvrdenie
Dillenbourga, ktorý v [15] špecifikuje „štyri
základné mýty“ týkajúce sa preceňovania
technológií vzdelávania, ktoré podľa neho
25
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
v súčasnosti strácajú svoju predchádzajúcu
vysokú prestíž. Prvým je preceňovanie efektu
použitia médií vo výučbe, druhým futuristický
prístup
o vzostupnom
úspechu
aplikácií
eLearningu, tretím predpoklad, že najlepšie
výsledky sa dosiahnu vtedy, keď technológia je čo
najviac podobná tradičnej praxi a štvrtým, že
učiteľ nie je ani „čarodejníkom“ ani nejakým
nezáväzným sprievodcom. Podľa neho médiá
sami o sebe ešte nezaručia pedagogické inovácie.
Argumentuje aj tým, že „nedostatky technológie
nemožno
donekonečna
ospravedlňovať
nedostatkom zručností učiteľov“. Títo podľa
neho majú dnes už veľmi dobré počítačové
zručnosti. Zaujímavé je aj tvrdenie, že imitovanie
tradičného campusu alebo inštitúcie nepomáha
učiteľom vo využití všetkých možností
technológií (to je zrejme aj prípad Moodle alebo
tzv. vzdelávacích balíkov). Obecné tvrdenie, že
ak má pedagog učebné pomôcky k dispozícii,
ešte neznamená, že budú skutočne aj prínosom
pre osvojovanie si vedomostí a ich nevhodné
použitie môže pôsobiť kontraproduktívne, čo platí
aj pre technológiu [16].
Tieto výhrady voči technológií v prípade
BIKE však „nehrozia“, pretože sa vyvíjal na
empirickom základe a využíval sa na generovanie
elektronických učebných a študijných textov.
Tento edukačný softvér, resp. jeho časť Zápisník,
ktorú používajú študenti, je sám o sebe súčasne aj
editorom jednoduchých WEB-stránok. Jeho
hlavnou silou je najmä to, že umožňuje
užívateľovi interaktívne vytvárať hypertextové
alebo hypermediálne učebné pomôcky tak, ako
ich definuje napr. Dostál v [16]. Nevyžadujú sa
pritom žiadne špeciálne informatické zručnosti.
Z hľadiska pochopenia podstaty funkcie
softvéru BIKE je
cenný teoretický článok
Stolára, ktorý vymedzil v [17] tri paradoxy, čím
veľmi dobre vystihol situáciu na súčasnom trhu
IKT. V paradoxoch zmieňuje informačný smog
spôsobujúci preťaženie jedinca, energiu mu
uberajúce jazykové (ne)kompetencie (myslí sa
zvládnutie informatiky, aby jedinec udržal krok
s vývojom
nepružného
informatického
prostredia) alebo sťažené vyhľadávanie a selekcia
relevantných informácií, ktoré je ovplyvnené
nerovnakou ontológiou rôznych domén. To podľa
neho má za následok, že aj špecialisti toho istého
odboru si prestávajú rozumieť (porovnaj s
predchádzajúcou diskusiou o terminológii).
Stolár zdôrazňuje, že spracovávanie veľkého
množstva informácií si vyžaduje iné prístupy
a zdôrazňuje celoživotnú potrebu individualizácie
vzdelávania. Ďalšie riešenie vidí v zjednodušení
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
„spôsobu navigovania a ovládania natvrdlých
sofistikovaných artefaktov“ a transformácií na
prirodzený jazyk jedinca a priblížiť sa tak
k humanistickým princípom vzdelávania.
Práve potreba riešenia takýchto paradoxov je
hnacou silou vývoja softvéru BIKE. Dá sa
povedať, že na základnej úrovni užívateľa sú
vyriešené všetky tri paradoxy. Princíp BIKE je
jednoduchý práve z toho dôvodu, že užívateľ
používa prirodzený jazyk, ktorému sa musí stroj
prispôsobiť. Čo sa týka meta - prístupu
v ponímaní Stolára, zdá sa, že tento je zvládnutý
tiež, prípadne aj to, že aplikácia je ešte ďalej, t.j.
bližšie k človeku. BIKE má totiž zakomponované
v sebe aj čiastočné prvky samoorganizácie
vedomostí, čo sa dosahuje špeciálnym postupom
indexovania. Aj užívateľské menu je riešené
s určitým stupňom interaktivity. Uvedeným
tvrdeniam nasvedčuje aj to, že
niektorí
zahraniční recenzenti chápali BIKE nielen ako
edukačný softvér, ale zaradili ho aj do kategórie
„knowledge management“
(znalostný, resp.
vedomostný manažment) a „soft computing“
(patrí do tzv. umelej inteligence).
V tejto súvislosti bolo prelomom vo vývoji
BIKE zadefinovanie vedomosti a sformulovanie
paradigmy dávkového spracovania vedomostí.
Táto bola publikovaná prvý krát v zahraničí v
[18] a [19]. Definícia „vedomosti“ je svojím
spôsobom ešte vo vývoji. Základom je, že
vedomosť sa chápe ako sada, resp. množina
štruktúrovaných a neštruktúrovaných informácií
s určitým vzdelávacím obsahom, ktoré sú vložené
do jedného riadku tzv. vedomostnej (databázovej)
tabuľky s určitou štruktúrou. Užívateľ si pritom
sám volí spôsob, akým si vedomosti v tabuľkách
rozvrhne. Tento jednoduchý prístup umožňuje
využívať ohromnú silu konvenčnej databázovej
technológie a prirodzeným spôsobom modelovať
toky vedomostí medzi zdrojmi (internet, knowhow, e-nosič, tlačoviny) a vedomostnými
tabuľkami
(ide
hlavne
o konštrukciu
vzdelávacieho obsahu) a medzi tabuľkami a
procesmi vo výučbe (ide o programovanie
komunikácie a procesov v triede). Bližšie
vysvetlenie implementovaných TEL aplikácií na
konštrukciu vedomostí a automatizáciu výučby
bakalárov presahuje rámec tohto príspevku.
Detailnejší popis je uvedený v [20].
Riešenie počítačovej podpory, či už ide o TEL
alebo eLearning sa vyznačuje obrovskou
variabilitou potenciálnych prístupov. Nakoľko
vzdelávanie je ľuďom veľmi blízke, môžu sa
metódy výskumu niekedy zdať hlavne laikom
ako menj vedecké, v porovnaní s tým, keď sa
26
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
počítače nasadzujú na neživé, technické systémy.
V tejto súvislosti možno spomenúť zdroj [21],
kde Chesler poukazuje na skutočnosť, že dogma
o akejsi správnej vedeckej metóde sa síce môže
hodiť určitej inštitúcii alebo vládnym agentúram
prideľujúcim granty, avšak vôbec nemusí viesť
k dobrému výskumu, t.j. výskumu, ktorý je validný
a užitočný pre danú vedeckú komunitu
a „svojpomocné hnutie“. V prípade vývoja BIKE
zmienené zadefinovanie vedomostí, resp.
sformulovaná
paradigma
ich
dávkového
spracovania sa môžu javiť pre niekoho
terminologicky sporné, avšak tento prístup
umožnil riešiť aj konverziu tzv. tacitných
vedomostí na explicitné (bližšie v príspevku na
konferencii ICL – IGIP zameranej na inžiniersku
pedagogiku [22]). Obdobne sa BIKE prezentoval
aj ako systém na spracovávanie vedomostí [23].
Hoci desiatky recenzentov nemali námietky voči
koncepcií vedomostí v terminológii softvéru
BIKE, v praxi došlo aj k situácii, že to oponenti
označili za „terminologicky neprípustné“
(porovnaj s [17], že špecialisti toho istého odboru
si prestávajú rozumieť, odhliadnúc od faktu, že
vo výskume je osobná sloboda a nik nemá právo
zakazovať formulovať hypotézy a definície).
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Obr. 3: Ukážka z tvorby študijných a učebných
textov v režime online alebo off-line
zrejmé, že takéto aplikácie zvyšujú kvalitu
výučby
(minimálne z hľadiska názornosti
a rozmanitosti vzdelávacieho obsahu).
Ďalším poznatkom z implementácie TEL
bolo zistenie, že ak sa má výučba
automatizovať, treba počítaču „pomôcť“ tým,
že učiteľ musí hľadať spôsob, ako v čo
najväčšej miere typizovať alebo zjednotiť
vzdelávací obsah a procesy. Z hľadiska
programovania to znamená, že učivo sa tým
zmení na štruktúrované a pôvodne
nedefinované procesy sa dajú popísať
sekvenciou čiastkových krokov. To radikálne
zjednodušuje programovanie. Táto skúsenosť
sa získala pri riešení počítačovej podpory
písania semestrálnych prác. Pôvodný stav bol
taký, že študenti si vyberali z desiatok tém
a na konci semestra mali odovzať prácu
v rozsahu 5-10 strán. Výsledok bol však taký,
že študenti odovzdávali práce o rozsahu 2030 strán a evidentne celé bloky textov mali
stiahnuté a prekopírované z internetu. Išlo
o prvákov bakalárov, ktorí si vôbec neboli
vedomí, že ide o plagiarizmus. V rámci
modelovania TEL sa zvolila cesta typizovať
všetko, čo sa dá. Riešenie spočívalo v tom, že
sa zadala len jedna hlavná téma s piatimi
subtémami a všetci študenti museli použiť
jednotnú šablónu s povinnými kapitolami,
napr. kapitola 3 bola určená na výpočty.
Priebežné informácie museli dodávať cez
komunikačný kanál predmetu a sledovať
inštrukcie k písaniu práce počas celého
semestra. Súčasťou odovzdania práce bolo
dodať aj zvukový súbor, v ktorom počítač
7 Príklady výstupov TEL do výučby
Ako vidieť už aj z obr. 1 a 2, výsledkom
implementácie TEL je veľké množstvo rôznych
kategórií výstupov do prostredia databázy alebo
na internetový server fakulty. Systém podpory
jednotlivých predmetov ilustruje obr. 3 na
príklade predmetu Základy BOZP. Študent kliká
na učebný text v ľavom navigačnom pruhu
a v pravom okne sa zobrazujú výstupy - v danom
prípade schéma, ktorú študent vypracoval v rámci
semestrálnej práce; učivo pre meranie hluku
(fotka z merania je z riešenia úlohy APVV) a
materiál na posudzovanie rizík s linkami na
internetové vzdelávacie materiály. V kontexte s
paradoxami v [17] je z výstupu programu na
obrazovku vidieť, že vedomosti (vzdelávací
obsah) sú skoncentrované, navigácia medzi nimi
jednoduchá a
pre užívateľa prirodzená,
s minimálnym počtom rozhraní. V praxi sa
ukázalo, že riešenie počítačovej podpory
technických alebo informatických predmetov
(Chémia
a
Programovacie
jazyky)
je
niekoľkonásobne jednoduchšie než predmetov
všeobecnejšieho charakteru (Základy BOZP,
Základy
environmentalistiky,
Semestrálne
projekty). Z obr. 3 by malo byť tretej osobe tiež
27
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
nahovorí po anglicky cca 1 min. obsah
práce. Spojením zvukových súborov vznikol
študijný audio-text, ktorý sa umiestnil na
komunikačný kanál predmetu. Postup
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
potreba naprogramovať virtuálne výpočtové
prostredie. Dôvodom bol fakt, že študenti prváci
majú slabšie vedomosti z chémie. Tie sú potrebné
vo výučbe Základov environmentalistiky.
Naprogramovala sa im preto tzv. chemická
kalkulačka, ktorú museli študenti povinne použiť
na výpočty do kapitoly 3 semestrálnej práce. Ide
v podstate o e-zbierku vyriešených príkladov. Jej
použitie ilustruje obr. 5, kde je vyznačený postup
výpočtu pre ideálny plyn. Študent sa po zadaní
hesla dostane na výpočtový priestor fakultného
servera a ako je vyznačené na obrázku, vyberie si
niektorý z vyriešených príkladov. Podľa potreby
si potom precvičuje výpočet zadávaním vlastných
vstupných hodnôt.
a výstupy ilustruje obr. 4, kde je vyznačené, že
po kliknutí na [PHOTOSYNTHESIS - mp3]
v priestore komunikačného kanála (študenti to
volajú internetové fórum) zaznie zmienený cca
päťminútový text, ktorý hovorí stroj - počítač.
Prekvapujúcim výsledkom bolo, že sa takto
viacmenej náhodne eliminoval prechádzajúci
plagiarizmus. Taktiež do predmetu, ktorý sa
vyučuje v slovenskom jazyku, sa implementovala
angličtina a počítačové zručnosti (technológia
Text-To-Speech a práca s audioformátmi).
Obr. 4: Komunikačný kanál ZE – výber
z riešenia TEL pre písanie semestrálnych prác
Obr. 5: Ukážka virtuálneho výpočtového
priestoru – chemická kalkulačka
V tejto súvislosti treba zdôrazniť aj ďalší
dôležitý aspekt z riešení TEL, a síce, že nie
každá nová technológia je priamo vhodná pre
výučbu. Učitelia, ktorí sa zaoberajú počítačovou
podporou musia obvykle riešiť aj okruh týchto
problémov. Ináč povedané, musia vymyslieť ako a
či vôbec sa dá prispôsobiť nová technológia ich
výučbe. V našom prípade možno uviesť ako
príklad technológiu Speech Reckognition
(počítač zapisuje hovorený text), ktorá sa skúšala
aplikovať na dávkové rešerše v BIKE. Táto sa
zatiaľ neosvedčila. Jedným z dôvodov je aj to, že
tieto softvéry si vyžadujú určitý čas, kým počítač
rozpozná reč užívateľa. No a vzhľadom na to, že
dostupné systémy sú nastavené na angličtinu, je
natrénovanie počítača časovo náročné, hlavne ak
agličtina nie je rodným jazykom učiteľa alebo
študenta.
Preferovanie didakticko – riadeného prístupu
pre TEL s typizáciou učiva a procesov prinieslo
ďalší špecifický výsledok v tom, že vznikla
Okrem toho, že študenti - bakalári využívajú
výstupy participačného akčného výskumu
v rámci výučby niekoľkých predmetov, súčasťou
výskumu TEL bolo aj riešenie diplomových
prác. Po pozitívnej skúsenosti využitia Zápisníka
na jazykovú podporu v predmete Technická
angličtina (jeho použitie zvládla učiteľka jazyka
s bežnými informatickými zručnosťami), bolo
zámerom zistiť, či ho dokážu samostatne
používať aj študenti. Samotný BIKE je
databázová aplikácia, ktorá má prvky tzv. umelej
inteligencie a predstavuje prázdny systém, ktorý
si užívateľ napĺňa podľa potreby vedomosťami.
Ich úlohou bolo teda naplniť aplikáciu vlastným
pedagogickým alebo inžinierskym obsahom.
Výstupom riešení diplomových prác obhájených
v r. 2010-2011 na Katedre inžinierskej
pedagogiky bol eLearningový materiál na výrobu
závitov, riešenie podpory učebných štýlov a
28
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
transferu
kultúrneho
vedecko-technického
dedičstva zo zdrojov z predinternetového obdobia
do výučby (súčasťou bola digitalizácia odborných
kníh). Obdobne v r. 2011-2012 študenti externisti samostatne riešili podporu jazykových
a informatických zručností. Obr. 6 ilustruje tieto
výstupy, ktoré sa sprístupnili
bakalárom
prostredníctvom komunikačného fóra. Učitelia aj
bakalári môžu teraz tieto vzdelávacie materiály
využívať.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
line), ktorý okrem edukačného softvéru (BIKE,
Zápisník) tvorí vzdelávacie prostredie na
fakultnom
serveri
s učebnými
textami,
knižnicami,
komunikačnými
kanálmi
a
virtuálnym
výpočtovým
prostredím,
vrátane tútoriálov a testov.
V súčasnosti sa
počítačovej podpora výučby chápe ako
automatizácia vzdelávacích procesov. Základom
sú vedomosti, ktoré sú zadefinované. Z
z informatického hľadiska sa sformulovala aj
paradigma
umožňujúca
ich
hromadné
spracovávanie. Novým prvkom je typizácia a
zjednocovanie učiva, komunikácie a procesov
výučby. To umožnilo automatizovať výučbu aj
v prípadoch, ktoré by sa ináč s počítačom nedali
riešiť, t.j. keď informácie, vedomosti a procesy
nie sú dostatočne štruktúrované a definované (čo
je vo výučbe väčšina prípadov). Vzhľadom na
sofistikovanosť
a rozmanitosť
procesov
vzdelávania je preto ďalší vývoj v podstate nikdy
nekončiaci príbeh. A nie zanedbateľným faktom
je navyše aj to, že ide asi o jedno z najlacnejších
riešení TEL, aké existujú na úrovni jednotlivca,
pretože okrem softvéru BIKE stačí operačný
systém Windows a pripojenie na internet s
prideleným priestorom na fakultnom serveri.
Obr. 6: Ukážka výstupov diplomových prác
integrovaná do komunikačného fóra bakalárov
Tento príspevok je súčasťou riešenia projektu
KEGA č. 047STU - 4/2012: Vybudovanie online učebne pre dynamické vzdelávanie
študentov stredných a vysokých škôl z oblasti
návrhu a výroby tvarovo zložitých súčiastok.
8 Záver
Článok priblížil výsledky
dlhodobého
výskumu implementácie tzv. technology enhanced learning do výučby bakalárov na
Materiálovotechnologickej fakulte STU. Súčasne
priblížil politiku EU pre IKT v tejto oblasti a
diskutovali sa niektoré technologické, didaktické
a terminologické aspekty. Prezentovali sa
skúsenosti s počítačovou
podporou výučby
bakalárov získané na báze vývoja vlastného
softvéru BIKE orientovaného na osobnú podporu
učiteľa a činností, ktoré bežne vykonáva. To sa
týka nielen konštrukcie učebných a študijných
materiálov, komunkácie a procesov výučby
v triede, ale aj administratívnych, hodnotiacich a
ďalších súvisiacich činností. V danom prípade sa
technológia prispôsobuje učiteľovi, ako kľúčovej
osobe vo vzdelávaní. Predprogramované
edukačné prostredie BIKE je jeho „partnerom“,
ktorý mu pomáha činnosti automatizovať a
okrem zvýšenia produktivity zvyšovť aj kvalitu
výučby. Na rozdiel od súčasnej praxe, ktorá
preferuje technologicko - riadený prístup k TEL,
sa v článku zdôraznil didakticko - riadený
prístup. Výstupmi z pilotných aplikácií do
výučby bakalárov je systém TEL (online/off-
6 Literatúra
[1] ICT - Information and communication
technologies Work programme 2013 [online].
[Cit.-2012-10-11]. Dostupné z: http://cordis.
europa.eu/fp7/ict/docs/ict-wp2013-10-7-2013with-cover-issn.pdf.
[2] MATUSU, R., VOJTESEK, J., DULIK, T.
Technology-enhanced learning tools in European
higher education. In Proceedings of the 8th
WSEAS international conference on Distance
learning and web engineering. Santander,
Cantabria, Spain, 2008.
[3] Paul S. Goodman et al. Technology Enhanced
Learning: Opportunities for Change. Laurence
Erlbaum Associates, Mahwah, NJ, USA, 2002.
[4] DERRY, J. Technology - Enhanced Learning:
A Question of Knowledge. Journal of Philosophy
of Education. 2009, 42:505–519.
[5] MEIER, R. Global Trends in Engineering
Education. 41st International Conference on
Engineering Pedagogy, Villach, Austria, 2012.
29
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[6] LAURILLARD, D. Technology Enhanced
Learning as a Tool for Pedagogical Innovation.
Journal of Philosophy of Education, 2008, 42:
521–533.
[7] Balacheff, N., Ludvigsen, S., Jong, T.,
Lazonder, A., Barnes, S. (Eds.). Technology Enhanced Learning. Principles and Products.
Springer, 2009, XXVI, 326 p.
[8] SVETSKÝ, Š. et al. Five years of research
into technology-enhanced learning at the Faculty
of Materials Science and Technology. In:
Research papers Faculty of Materials Science
and Technology Slovak University of Technology
in Trnava. Vol. 19, No. 30 (2011), p. 105-114.
[9] ALLISON, L. Key issues in the design and
delivery of technology-enhanced learning [online].
London: Facet Publishing
[Cit. 2012-04-11]
Dostupné z: http://www.facetpubli shing.co.uk/
downloads/file/sample_chapters/developing_nle_C
h4.pdf.
[10] Programme Specification for M.Sc.
Education (Learning!and!Technology) [online].
Department of Education, University of Oxford.
[Cit.-2012-11-11]. Dostupné z: http://www. Edu
cation.ox.ac.uk/wordpress/wp-content/uploads/20
10/09/MScEducationLTProgSpec1213.pdf
[11] TUŠANOVÁ, A., PARALIČ, J. Príklad
využitia webových technológií pre internetový
marketing. 5th Workshop on Intelligent and
Knowledge oriented Technologies WIKT 2010.
Proceedings. 2010, Bratislava.
[12] KOVÁČ, J. Podniková inteligencia,
analytika a proces objavovania znalostí
v databázach. 5th Workshop on Intelligent and
Knowledge oriented Technologies WIKT 2010.
Proceedings. 2010, Bratislava.
[13] LAVRIN, A., ZELKO, M. Cez informačnú
gramotnosť k manažmentu znalostí. Proceedings
of the 8th International Conference on Systems
Integration 2000, Prague, ISBN 80-245-0041-8.
[14] KIDWELL, J. J., VANDER LINDE, K.
M., JOHNSON, S. L. Applying Corporate
Knowledge Management Practices in Higher
Education. Gerald Berbom ed., Information
Alchemy - Villey Company, 2001.
[15]
DILLENBOURG,
P.
Integrating
technologies into educational ecosystems.
Distance Education, Routledge - Taylor &
Francis Group (2008), Vol. 29, No. 2, p.127-134.
[16] DOSTÁL, J. Multimedia, hypertext and
hypermedia teaching aids a current trend in
education. Journal of Technology and
Information Education. 2009, Olomouc - EU,
Univerzita Palackého, Ročník 1, Číslo 2, s. 18 -
30
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
3. ISSN 1803-537X (print). ISSN 1803-6805 (online).
[17] STOLÁR, A. META-EDUCATION. 2009,
Olomouc - EU, Univerzita Palackého. Journal of
Technology and Information Education. 2009,
Olomouc - EU, Univerzita Palackého, Ročník 1,
Číslo 1, s. 7 - 18. ISSN 1803-537X (print). ISSN
1803-6805 (on-line).
[18] SVETSKÝ, Š. et al. The Implementation of
the Personalised Approach for Technology
Enhanced
Learning.
Lecture
Notes
in
Engineering and Computer Science, ISSN 20780958, Volume 2186, Issue 1, Year 2010, str. 321323. - registrovaný vo Web of Science.
[19] MORAVČÍK, O. et al. Experiences with the
Personalised
Technology
Support
for
Engineering Education. In: Proceedings of the
2010 AaeE Conference. 2010, Australia, Sydney.
ISBN 978-0-646-54610-0, s. 532-538.
[20] SVETSKÝ, Š. Praktické aspekty
konštruovania vedomostí a automatizácie výučby
v
rámci
technológiou
zdokonaľovaného
vzdelávania a eLearningu. Trnava: STU v
Bratislave MTF, 2012, 129 s. (habilitačná práca).
[21] CHESLER, M. A. Participatory action
research with self-help groups: An alternative
paradigm for inquiry and action. American
Journal of Community Psychology. 1991, 19,
(5), p. 757-768.
[22] SVETSKÝ, Š., MORAVČÍK, O.,
ŠTEFÁNKOVÁ, J., SCHREIBER, P. IT Support
for Knowledge Management within R&D and
Education. In: ICL 2012 - 41st International
Conference on Engineering Pedagogy, 26 - 28
September, Villach, Austria. IEEE Catalog
Number: CFP1223R-USB. IEEE, 2012.
[23] SVETSKÝ, Š., MORAVČÍK, O.,
TANUŠKA,
P.,
ŠTEFÁNKOVÁ,
J.,
SCHREIBER, P., VAŽAN, P. The Particular
Approach
for
Personalised
Knowledge
Processing,” Advances in Computer Science,
Engineering & Applications. Advances in
Intelligent and Soft Computing, Berlin Heidelberg: Springer - Verlag, 2012, Volume
166, pp. 937 -946.
Ing. Štefan Svetský, Ph.D.
Detašované pracovisko Materiálovotechnologickej fakulty so sídlom v Trnave STU
Partizánska 131/2
018 51 Dubnica nad Váhom, SR
Tel: +421 42 442 2375,
E-mail: [email protected]
Www pracoviska: www.mtf.stuba.sk
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
THEORETICAL
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
PRESCHOOL EDUCATION VERSUS CURRICULAR REFORM
Eva ŠMELOVÁ
Abstract: The curricular reform, its strategies and implementation requires a systematic and thorough
reflection that should monitor the impact and effect on education at all levels. The curriculum is being
reviewed in order to react to and eliminate any problems with an objective to increase the quality of
Czech education.
The aim of the article is to inform readers about the current issues of the ongoing curricular reform in
the Czech Republic with an emphasis on preschool education in the context of a research study
performed within a Czech Science Foundation scheme at the Faculty of Education, Palacký
University, Olomouc focusing on children’s readiness for starting compulsory school attendance. The
research was carried out from 2009 to 2012 and provided data that identify problem areas in preschool
education.
Key words: curriculum, reform, curriculum review, kindergarten, preschooler, school maturity,
research, compulsory school attendance
PŘEDŠKOLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ VERSUS KURIKULÁRNÍ REFORMA
Resumé: Kurikulární reforma, její strategie a uvádění do praxe vyžaduje systematickou a důslednou
reflexi, která by měla sledovat její dopad a efekty ve vzdělávání na všech úrovních škol. Revize
kurikula by měla reagovat a eliminovat zjištěné problémy, s cílem zvyšovat kvalitu českého školství.
Cílem příspěvku je seznámit čtenáře s aktuálními otázkami probíhající kurikulární reformy v České
republice se zaměřením na oblast předškolního vzdělávání v kontextu výzkumu, který byl realizovaný
v rámci GAČR na Pedagogické fakultě UP v Olomouci a zabýval se na připraveností dětí k zahájení
povinné školní docházky. Výzkum probíhal v letech 2009 – 2012 a poskytl mimo jiné data, která
avizují problematické oblasti v předškolním vzdělávání.
Klíčová slova: kurikulum, reforma, revize kurikula, mateřská škola, dítě předškolního věku, školní
zralost, výzkum, povinná školní docházka.
vždy vytvářejí s ohledem na vlastní ekonomickou
situaci či zájmy obce potřebné podmínky.
K dalším prioritám patří zvyšování kvality
vzdělávání
prostřednictvím
vzdělávacích
programů, které reflektují potřeby moderní,
demokratické společnosti.
Z analýzy naplňování cílů Bíle knihy (2001),
která byla zveřejněna v roce 2009, vyplývá řada
problémů, které se přímo dotýkají práce škol a
mohou vést ke snížení kvality vzdělávací práce a
jejich výsledků. Například avizovaný Státní
program nebyl zpracovaný a jeho absence, jako
zastřešujícího dokumentu, se odráží v nejednotně
pojímané vizi dodnes.
Pokud vezmeme v úvahu, že vize představuje
základní sjednocující východisko reformy jako
procesu, je zřejmé, že již na samém začátku došlo
k zásadnímu pochybení. Uvedená skutečnost se
ukazuje doposud, a to v nepochopení a
v nedostatečném přijetí současného kurikula.
Každá odborná publikace managementu
seznamuje se základními kroky při zavádění
1 Úvod
Po roce 1989 dochází v naší zemi k zásadním
politickým, ale i společenským změnám, které se
přímo dotýkají vzdělávací politiky státu, a to
v evropském i globálním kontextu. Za významný
mezník v tomto procesu lze považovat vydání
Národního programu rozvoje vzdělávání v České
republice (Bílá kniha, 2001). Dokument vymezil
východiska proměn českého školství. Nastavenou
strategii lze považovat za soubor podnětů pro
práci škol v souladu s jejich podmínkami a
možnostmi. Jedná se o otevřený dokument, který
musí procházet v určitých časových intervalech
nezbytným kritickým posouzením, s ohledem
na potřeby společnosti.
2 Předškolní vzdělávání v kontextu
naplňování cílů vzdělávací politiky
Jedním z hlavních cílů vzdělávací politiky je
posílení rozvoje předškolního vzdělávání.
V současné době je plnění tohoto cíle zejména
v rukou místních orgánů měst a obcí, které ne
31
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
změny, kde musí být jasná vize a připravený
terén pro její implementaci. Ta potom může
následovat, ale ne chaoticky. Jedná se o proces,
vyžadující systematické monitorování s cílem
eliminovat a pružně reagovat na možné
problémy.
Ani v této oblasti nebylo postupováno
promyšleně. Proces monitoringu lze považovat za
nedostatečný. Částečný pohled na implementaci
nového kurikula přinášela sice Česká školní
inspekce, Rychlá šetření NÚV (2002 – 2008) a
dílčí výzkumy. Komplexní pohled ale
postrádáme.
První verze Rámcového vzdělávacího
programu pro předškolní vzdělávání (dále RVP
PV), určená jako pokusná, byla vydaná v roce
2001, v roce 2005 byl RVP PV schválený a od 1.
9. 2007 se stává závazným kurikulárním
dokumentem.
Přestože od roku 2001 uplynulo dvanáct let,
stále se setkáváme s nepochopením koncepce
kurikula, jeho terminologie, pojetím cílů apod.
(Šmelová 2004, 2008, 2009). Jak ukazuje praxe,
RVP PV na pedagoga a jeho odbornost klade
vyšší nároky. Tato oblast se přímo dotýká
profesního a dalšího vzdělávání předškolních
pedagogů.
Byla tedy skutečně na počátku příprava
učitelů pro práci s novým kurikulem systematická
a na odpovídající odborné úrovni?
Zde je nutné připomenout počátky, kdy do
vzdělávání
vstupovala
řada
lektorů
a
vzdělávacích institucí mnohdy bez potřebné
znalosti problematiky.
S podobnými problémy se setkáváme i např.
na základních školách, jak uvádí např. Fasnerová,
Petrová (2008).
Uvedené skutečnosti se odrážejí v mateřských
školách nejenom na úrovni školní, ale následně i
v projektování na úrovni třídy, kde k zásadním
problémům patří nezvládnutí plánovat vlastní
práci s ohledem na potřebu a možnosti
jednotlivých dětí.
Zde si můžeme položit další otázky: Do jaké
míry se tyto skutečnosti odrážejí do kvality práce
předškolního pedagoga? Existuje souvislost mezi
uvedenými problémy a vysokými počty odkladů
školní docházky?
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
v Olomouci uskutečnili v letech 2009 – 2012
výzkum, v němž se zaměřili na připravenost dětí
k zahájení povinné školní docházky české
populace v kontextu předškolního kurikula.
Současně provedli výzkumná šetření se stejnou
metodologií ve spolupráci se zahraničními
partnery ve Slovinsku, na Slovensku a v Polsku.
Výzkumný soubor ČR zahrnoval 931 dětí.
Z hlediska pohlaví bylo ve sledovaném souboru
celkem 405 dívek (průměrný věk (73,31 měsíce),
49 dívek s odkladem školní docházky (průměrný
věk 76,63 měsíce), chlapců bylo 376 (průměrný
věk 73,84 měsíce), chlapců s odkladem školní
docházky bylo 101 (průměrný věk 77,67 měsíce).
Byla použita jednotná testová baterie, která
obsahovala sadu deseti testových úkolů.
Pro ilustraci prezentujeme v příspěvku
výsledky orientačního testu školní zralosti
(Jirásek, 1982), který patří již po mnoho let
k nejefektivnějším orientačním testům pro danou
oblast. Pro naše potřeby nám predikuje slabá
místa a rezervy v současném předškolním
vzdělávání,
které
se
vztahuje
k
přímé pedagogické práci učitele mateřské školy.
Test obsahuje tři úkoly:
A. Kresbu mužské postavy (JAZ)
B. Napodobení psacího písma (JBZ)
C. Obkreslení skupiny bodů (JCZ)
Hodnocení je prováděno na pěti bodové
klasifikační stupnici.
Ad 1 Děti bez odkladu školní docházky
chlapci (376)
děvčata (405)
JAZ
2,83
2,44
JBZ
2,53
2,27
JCZ
2,28
2,14
Výsledky ukazují, že ve všech třech úkolech
dosahují děvčata ve srovnání s chlapci lepších
výsledků. Hodnocení ve všech oblastech u obou
skupin se pohybuje v průměru nebo na jeho dolní
hranici.
Ad 2 Děti ve vztahu ke vzdělání rodičů
základní středoškolské vysokoškolské
JAZ
2,86
2,58
2,51
JBZ
2,69
2,31
2,3
JCZ
2,35
2,19
2,13
3 Co ukazuje výzkum
Pracovníci Katedry primární a preprimární
pedagogiky (Šmelová), Katedry psychologie a
patopsychologie (Petrová, Plevová, Pugnerová,
Křeménková, Dařílek) a Ústavu speciálně
pedagogických studií (Souralová) na PdF UP
Výsledky ukazují, že ve všech třech úkolech
dosahují nejlepších výsledků děti rodičů
s vysokoškolským vzděláním. V této souvislosti
32
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
můžeme konstatovat, že významný vliv vzdělání
rodičů se nám potvrdil u většiny testových úkolů.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
umožní učiteli kvalifikovaný přístup k dítěti a k
realizaci edukačního procesu tzv. „šitého na
míru“.
V této souvislosti stojí za zmínku připomenutí
Vygotského „zóny nejbližšího vývoje“, kterou
definuje jako vzdálenost mezi dvěma rovinami, a
to úrovní současného vývoje, kde je dítě schopno
řešit problémy samostatně a úrovní, kde dítě
potřebuje k řešení pomoc druhého. Stávající
úroveň představuje míru minulého vývoje. Zóna
nejbližšího vývoje představuje potenciál procesů,
které dozrávají. (Bertrand, 1998)
Dnešní předškolní vzdělávání zdůrazňuje
odklon od transmisivních přístupů. Východiska
pro současné pojetí nalézáme tedy např.
v kognitivně psychologických teoriích (Piaget) či
sociokognitivních teoriích (Vygotskij).
Do určité míry můžeme do přímé souvislosti
dávat učitelovo pojetí kurikula a již zmiňované
odklady školní docházky.
Zahájení povinné školní docházky představuje
významný a náročný mezník v životě dítěte, na
nějž jsou kladeny nové nároky. Dítě současně
vstupuje do nových rolí, což je spojeno
s adaptačními problémy, které u většiny dětí po
krátké době ustupují. Setkáváme se ale i se
skupinou dětí, jejichž schopnost nepřizpůsobení
se školním podmínkám přetrvává, což sebou nese
řadu „nabalujících“ se problémů, které většinou
vyústí ve školní neúspěšnost. Východiska zde
sice jsou, dítě se může např. vrátit zpět do MŠ,
ale toto řešení může mít nepříznivý dopad, který
se odrazí v negativním vztahu ke škole, učení, ale
i v samotném sebepojetí jedince. Tlak rodiny na
lepší výkon dítěte může vyústit do různých
psychických problémů (ranní zvracení, bolesti
hlavy, poruchy spánku).
Zralost CNS dítěte ve vztahu k připravenosti
pro zahájení povinné školní docházky
považujeme za zásadní, ale vliv prostředí sehrává
taktéž významnou roli.
Mateřská škola má řadu možností pomoci, a
to nejenom přímým pedagogickým působením,
ale i prostřednictvím spolupráce s rodiči,
odborníky atd.
Pomoci vybavit dítě pro vstup do základní
školy nezbytnými elementárními kompetencemi
by mělo i kvalitní kurikulum, které udává směr a
je oporou pro působení učitele. Domníváme se,
že by pomohla rekonstrukce stávajícího kurikula,
a to z hlediska výstupů do dvou věkových
kategorií (3 – 5, 5 – 6).
Nově nastavené výstupy by ukázaly učitelům
včas na problematické oblasti a pomohly by jim
Ad 3 Děti s odkladem a bez odkladu školní
docházky
s odkladem
bez odkladu
JAZ
3,03
2,63
JBZ
2,96
2,4
JCZ
2,37
2,21
Výsledky potvrzují, že děti s odkladem školní
docházky, i po jeho absolvování, ve všech
oblastech dosahují slabší výsledky ve srovnání
s dětmi bez odkladu školní docházky. Upozornit
ale musíme na to, že u dětí s odkladem došlo
vždy k výraznému zlepšení.
Pokud bychom si ukázali i další ve výzkumu
sledované oblasti, setkali bychom se převážně
s velmi
podobnými
výsledky.
Uvedená
skutečnost nás upozorňuje, že děti se ve
sledovaných oblastech pohybují v průměru,
mnohdy spíše na jeho dolní hranici. Jako
významné se ukazují výsledky ve prospěch dětí
rodičů s vyšším vzděláním. Za zcela zásadní
považujeme výsledky, které hovoří ve prospěch
odkladů školní docházky. Tuto skutečnost zcela
jistě ovlivňuje vyšší úroveň zralosti CNS, děti již
jsou soustředěnější, dosahují lepší úrovně
celkové koordinace pohybu apod.
Celý výzkum je podrobně popsaný v publikaci
Šmelová, Petrová, Souralová a kol. (2012), kde
se autorský kolektiv věnuje zejména české
populaci dětí. Anglická verze publikace se
zaměřuje i na komparaci populace dětí z Česka,
Slovinska, Slovenska a Polska.
4 Výsledky výzkumu jako možné východisko
revize kurikula
Zásadní problém v práci mateřských škol
spatřujeme
v
nedostatečné dovednosti
či
nedocenění projektování v souladu s vývojovou
úrovní dítěte, s ohledem na jeho individualitu,
zájmy a potřeby.
RVP PV učitelům pouze říká, čeho má dítě
v rámci svých možností dosáhnout před
zahájením povinné školní docházky, což ale
vyžaduje kvalitní orientaci pedagoga ve
vývojových řadách dítěte předškolního věku a
zvládnutí pedagogické diagnostiky.
Jedná se o zásadní dovednosti, které se
odrážejí v přípravě podnětného prostředí, ve
výběru vhodných her a vzdělávacích aktivit
s ohledem na individualitu dítěte. To vše potom
33
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
systematicky s dítětem pracovat celý rok před
zahájením povinné školní docházky.
Opomíjena by neměla být návaznost a užší
propojenost
preprimárního
a
primárního
vzdělávání. Dítě do základní školy nevstupuje
jako „nepopsaná deska“, jak někdy slyší učitelé
mateřských škol od svých kolegů ze školy
základní, ale je již vybavené řadou dovedností,
poznatků apod., na něž by měla škola navazovat.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[7] ŠMELOVÁ, E. Terminologie RVP PV jako
pedagogický problém. In Hornáčková, V. Dítě
předškolního věku a jeho paidagogos: sborník
příspěvků z mezinárodní vědecké konference
[CD-ROM], Hradec Králové: PdF, 2009. ISBN
978-80-7041-647-1.
[8]
ŠMELOVÁ,
E.,
PETROVÁ,
A.,
SOURALOVÁ, E. a kol. Připravenost dětí
k zahájení povinné školní docházky v kontextu
současného kurikula. Olomouc: UP, 2012. ISBN
978-80-244-3345-5.
[9]
ŠMELOVÁ,
E.,
PETROVÁ,
A.,
SOURALOVÁ, E. a kol. Pre-school education in
the context of curriculum. Olomouc: UP, 2012.
ISBN 978-80-244-3370-7.
[10]
ŠMELOVÁ, E., PETROVÁ, A.,
SOURALOVÁ, E. a kol. Připravenost dětí
k zahájení povinné školní docházky v kontextu
současného kurikula. Olomouc: UP, 2012. ISBN
978-80-244-3345-5.
5 Závěr
I když si předškolní vzdělávání neklade za cíl
přípravu dítěte na vstup do školy, musíme si
uvědomit, že dítě připravujeme pro život a
součást jeho života je i vstup do základní školy
jako navazující vzdělávací etapy na předškolní
vzdělávání, které je sice nepovinné, ale velmi
významné pro další vývoj jedince.
6 Literatura
[1] BERTRAND, Y. Soudobé teorie vzdělávání.
Praha: Portál, 1998. ISBN 80-7178-216-5.
[2] FASNEROVÁ, M, PETROVÁ, J. Zkušenosti
s novou školskou reformou na základní škole. In
Škola v dialogu kultury, pedagogiky a
společnosti. Sborník z pedagogické konference.
Liberec: TU, 2008. ISBN 978-80-7372-414-6.
[3] JIRÁSEK, J. Orientační test školní –
příručka. Bratislava: Psychodiagnostika, 1992.
[4] LANGMEIER, J., KREJČÍŘOVÁ, D.
Vývojová psychologie. Praha: Grada, 2006. ISBN
80-247-1284-9.
[5] ŠMELOVÁ, E. Dítě v kontextu současného
předškolního vzdělávání. In Pedagogický výzkum
jako proměna současné školy. Sborník příspěvků
16. konference ČAPV. [CD-ROM], Hradec
Králové: PdF, 2008. ISBN 978-80-7041-958-8.
[6] ŠMELOVÁ, E. Práce s výukovými cíli při
tvorbě třídního vzdělávacího programu v MŠ. In
Profese učitele a současná společnost. Sborník
příspěvků z 12. konference ČAPV. [CD-ROM],
Ústí nad Labem: UJEP, 2004. ISBN 80-7044571-8.
Dokumenty
[1]Analýza naplnění cílů Národního programu
rozvoje vzdělávání v České republice (Bílé knihy)
v oblasti předškolního, základního a středního
vzdělávání [online]. 2009 [citováno: 2013-06-6].
Dostupný z www. msmt.cz.
[2] Národní program rozvoje vzdělávání v ČR.
Praha: Tauris, 2001. ISBN 80-211-0372-8.
doc. PhDr. Eva Šmelová, Ph.D.
Katedra primární a preprimární pedagogiky
Pedagogická fakulta UP
Žižkovo nám. č. 5
771 40 Olomouc, ČR
Tel: +420 585 635 105
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: www.kpv.upol.cz
34
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
THE PERCEPTION AND USING OF ICT IN THE DIFFERENT AGE
GROUPS
Milan KUBIATKO
Abstract: The using of information and communication technologies (ICT) is typical for the recent
time in the all aspects of human life. Every age group is using ICT due to different purposes and the
difference is possible to observe in the time length spent by using of ICT. On the basis of the
mentioned fact, there is the dividing of people into the different groups according to using of ICT.
One of the dividing is determining the group called “Generation Y” or “Millennial Generation”. This
generation comprises people born in 1981 and later. The Generation Y is different in the using of ICT
and it has got different perception of ICT in the comparison with older people. The main aim of the
investigation was to compare using and perception of ICT, with the focusing on the using and
perception of Internet, by two groups of respondents. First group was created by respondents
belonging to Generation Y and the second group was created by older respondents, which was called
Generation X. The sample size was created by 266 respondents of different work environment, there
were presented college students, academic staff, high school students. The Generation Y comprised of
200 respondents, the age range was between 17 – 57 years. As the research tool was a questionnaire
with 64 Likert type items focusing on the perception of ICT and 9 items focusing on the using of ICT.
The methods of inductive statistic (chi-square for independent samples and t-test for independent
samples) were used for the determination of differences. Also, the methods of multidimensional
statistic were used for the determination of reliability (Cronbach’s alpha) and validity (explorative
factor analysis).
Key words: questionnaire, Generation Y and X, information and communication technologies,
quantitative methodology
VNÍMANIE A POUŽÍVANIE ICT V RÔZNYCH VEKOVÝCH SKUPINÁCH
Resumé: Pre súčasnú dobu je typické využívanie informačných a komunikačných technológií (ICT)
vo všetkých aspektoch ľudského života. Každá veková skupina využíva ICT kvôli iným účelom
a rozdiel je možné sledovať aj v čase strávenom používaním ICT. Na základe uvedených skutočností
dochádza k deleniu ľudí do rôznych skupín podľa používania ICT. Jedno z používaných delení
vymedzuje skupinu nazvanú „Generácia Y“ alebo „Millennial generácia“. Táto generácia zahrňuje
ľudí narodených v roku 1981 a neskôr. Generácia Y sa vyznačuje určitými odlišnosťami vo využívaní
a vo vzťahu k ICT v porovnaní so staršími ľuďmi. Vo výskumnom šetrení bolo hlavným cieľom
porovnať používanie a vnímanie ICT, pričom zameranie bolo hlavne na internet, dvoma skupinami
respondentov. Prvú vytvárali respondenti patriaci do Generácie Y a druhú starší respondenti, ktorá
bola pracovne nazvaná Generácia X. Výskumnú vzorku vytváralo 266 respondentov rôzneho
pracovného zaradenia, časť z nich bola tvorená vysokoškolskými študentmi, akademickými
pracovníkmi, či učiteľmi zo stredných škôl. Do generácie Y bolo zaradených 200 respondentov, vek
sa pohyboval v rozmedzí 17 až 57 rokov. Ako výskumný nástroj bol použitý dotazník so 64 položkami
Likertovho typu zameranými na vnímanie ICT, s 9 položkami zameranými na používanie ICT. Na
stanovenie rozdielov medzi vo vzťahu k ICT a v používaní ICT boli použité metódy induktívnej
štatistiky (chí-kvadrát test pre nezávislé výbery a t-test pre nezávislé výbery). Okrem uvedených
metód boli použité aj metódy viacrozmernej štatistiky, ktoré slúžili na stanovenie reliability
(Cronbachovo alfa) a validity výskumného nástroja (exploratívna faktorová analýza).
Klíčová slova: dotazník; generácia Y a X; informačné a komunikačné technológie; kvantitatívne
spracovanie dát
odvetviach ľudskej činnosti. S touto generáciou
je úzko spätý aj ekonomický svet [1]. Pre
generáciu Y je možné nájsť väčšie množstvo
1 Úvod
Generácia Y nie je používaným pojmom len
vo vzdelávacom procese, ale tiež vo všetkých
35
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
synoným, napríklad net generácia, generácia
nového tisícročia (millennial generation) a ďalšie.
Ako jeden z prvých, kto oficiálne definuje pojem
generácia Y je Tapscott vo svojej práci z roku
1997 [2]. Jeho ponímanie daného pojmu bolo
nasledované ďalšími, napríklad [3] v podstate
podobne ako Tapscott rozlišuje len medzi
generáciou Y, ktorá vníma informačné
a komunikačné
technológie
v pozitívnom
význame, v porovnaní s druhou skupinou
nazvanou digitálni imigranti. Postupom času
definícia generácie Y naberala jasnejšie kontúry.
Pre generáciu Y je typické, že vyrastá v
globalizovanej spoločnosti, kde nedostatok času a
priestoru sa prekonáva ďalším rozvojom
a používaním informačných a komunikačných
technológii; je to technologická generácia, ktorá
chápe počítače (desktopy aj laptopy), e-maily,
internet so všetkými ich možnosťami za bežnú
súčasť života, niektorí autori uvádzajú, že až
nevyhnutnú. Pre generáciu Y je typickým
pojmom tzv. glokalizácia (spojenie globalizácie a
lokalizácie). Jedinci patriaci do uvedenej
generácie ostávajú dlhšie študovať, aby boli
vyzbrojení na trh práce, ktorý vyžaduje čoraz
viac špecializované a flexibilné pracovné sily.
Prežívajú
neistotu
ohľadne
zamestnania,
celoživotné zamestnania sú pre nich neznámym
pojmom. Pre týchto ľudí je typická preinformovanosť, priepasť medzi tým, čo vedia a
tým, čomu rozumejú. Často vytvárajú tzv. ekomunity, kde nachádzajú podporu rovnakozmýšľajúcich. Typickým javom pozorovaným
u generácie Y je vykonávanie viacerých vecí
naraz, popri práci dokážu telefonovať, počúvať
hudbu, sledovať televíziu, byť pripojený
k rôznym
sociálnym
sieťam,
k rôznym
chatovacím programom, prípadne hrať aj on-line
hru. Čo sa týka práce, majú radi flexibilnú
pracovnú dobu, a tiež rôzne pracovné prostredia,
dokážu pracovať nielen v kancelárii, ale aj
v domácom prostredí, prípadne v reštauračnom
zariadení, cestou do práce, či z práce, ale aj cez
víkendy, či v noci. Autori pri charakteristike
uvedenej skupiny píšu aj o jej negatívach. Do
popredia
sa
dostáva
najmä
oslabenie
porozumenia absolútnej morálky a neuznávanie
rodiny [4, 5, 6, 7, 8].
Pri definovaní generácie Y dochádza často
k problému stanovenia jej hranice. Niektorí autori
uvádzajú, že do danej generácie patria jedinci
narodení po roku 1980 [9], či 1982 [10]. Ale asi
najčastejšie publikovaným rokom je rok 1981,
ktorí označuje jedincov patriacich do uvedenej
generácie, čiže narodených v roku 1981 a neskôr
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[11, 12]. Pred generáciou Y bola generácia X
(generácia next, digital generation, MTV
generation) (1963 – 1980), rozpätie rokov môže
varírovať v závislosti od autora. Pre túto
generáciu je typické, že je ovplyvnená predošlou
generáciou. Je možné sa stretnúť aj s označením,
že sa jedná o generáciu detí s kľúčikom na krku,
ktorí boli svedkom rozvodu svojich rodičov,
rozšírenia AIDS vo vlastnej generácii a čelia
narastajúcej nezamestnanosti, čo je možno
spôsobené aj ich nie úplnou znalosťou
informačných a komunikačných technológií
a tým aj zaostávania v ich adekvátnom používaní
v porovnaní s generáciou Y. Zastihol ich prudký
rozvoj a rozmach informačných a komunikačných technológií, ktorému nie vždy dokážu čeliť
[13]. Pomenované sú aj predošlé generácie
(generácia svetových vojen, generácia staviteľov
a tzv.
baby-boomers)
[13].
V porovnaní
s generáciou Y sa často dostávajú do porovnania
najmä kvôli ich vzťahu a prístupu k informačným
a komunikačným technológiám. Do porovnania
sa dostáva najmä generácia X, prípadne babyboomers.
Výskumné práce sa orientujú buď na to, ako
vnímajú jedinci patriaci do generácie Y
informačné a komunikačné technológie, prípadne
sú porovnávané generácie X a generácie Y.
Napríklad vo výskumnej práci Borgesa a kol [11]
boli porovnávané práve tieto dve generácie
prostredníctvom dotazníka. Autori uvádzajú, že
ich výsledky sú v zhode s vnímaním oboch
generácií. Twenge [14] vo svojej zhrňujúcej
štúdii uvádza, že ľudia patriaci do generácie Y
dokážu viac profitovať z informácii, ktoré sú
v elektronickej podobe, tiež moderné technológie
viac používajú vo svojej práci, či štúdiu.
V porovnaní s inými generáciami viac dôverujú
informáciám poskytovaným v internetovom
prostredí, dokážu vykonávať popri práci aj ďalšie
činnosti. Z ďalších vecí autor ešte uvádza,
napríklad majú radšej text členený na kratšie
segmenty, ako keby mali pracovať s jedným
dlhým textom. Výskumné šetrenie Djamasbiho
a kol. [15] na meranie pozornosti pri poskytovaní
informácií. Autori uvádzajú, že jedinci patriaci
do generácie Y majú radšej krátke úseky textu,
ktoré sú obohatené interaktívnymi prvkami.
Jones a Hosein [16] pri porovnaní mladších
a starších respondentov uviedli, že jedinci
narodení po roku 1981 vykazujú väčšiu sociálnu
zaangažovanosť než starší jedinci, ale len na
sociálnych sieťach, viac preferujú používanie
chatovacích programov v porovnaní so staršími
a podobne ako v predchádzajúcich výskumných
36
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
šetreniach autori zistili, že mladší študenti radšej
pracujú s kratšími textami.
Dôvodom výskumného šetrenia je fakt, že
výskum podobného charakteru sa v podmienkach
Slovenska, či Českej republiky neuskutočnil. Pri
tvorbe výskumného nástroja bola snaha sa
neodkloniť od doteraz publikovaných prác
a vytvoriť výskumný nástroj, ktorý by svojim
obsahom postihoval čo najviac aspektov
odlišujúcich generáciu Y od ľudí nepatriacich do
tejto generácie. Vo výsledkovej časti sú
predstavené rozdiely medzi dvoma generáciami,
prípadnými ďalšími analýzami by bola
výsledková časť predimenzovaná, preto ostatné
výsledky sú plánované v ďalších publikačných
výstupoch týkajúcich sa danej problematiky.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
frekvencie používania (napr. Internet používam
na chatovanie), meranej na 4-stupňovej škále
(nikdy – v priemere raz za mesiac – v priemere
raz za týždeň – takmer každý deň). Možnosti
„nikdy“ sa priradila bodová hodnota 1 a možnosti
„takmer každý deň“ 4. Tretiu časť tvorilo 64 5bodových položiek Likertovho typu (úplne
nesúhlasím-....-úplne súhlasím). Položky boli
zamerané na rôzne aspekty ICT, napríklad na
vzťah respondentov k chatovacím programom,
k sociálnym sieťam, na sťahovanie filmov, či
hudby. Položky v dotazníku boli prezentované
v pozitívnej (n = 46) aj negatívnej (n = 18)
podobe. Pri pozitívnych položkách bol najviac
negatívnej možnosti prisúdený 1 bod a najviac
pozitívnej bolo priradených 5 bodov. Negatívne
položky boli kódované opačne. Celkové skóre
ukázalo vzťah k ICT. Ak sa skóre pohybovalo
v rozsahu <2,75; 3,25> tak je možné hovoriť
o neutrálnom vzťahu, ak bolo nižšie ako 2,75 je
možné hovoriť o negatívnom vzťahu, a ak bolo
vyššie ako 3,25 je možné označiť vnímanie ICT
za pozitívne. Jednou z možností stanovenia
validity je posúdenie výskumného nástroja
odborníkmi. Po obdŕžaní ich pripomienok boli
návrhy na úpravu zapracované do finálnej verzie
výskumného nástroja. Na stanovenie validity
tretej časti dotazníka bola použitá exploratívna
faktorová analýza (viď Analýza dát).
Administrácia výskumného nástroja
Výskumný nástroj bol distribuovaný medzi
respondentov dvoma spôsobmi. Prvým bolo
rozdanie papierovej verzie medzi poslucháčov
vysokých škôl na prednáške. Druhý spôsob bol
elektronickou formou, vtedy bol respondentom
zaslaný webový odkaz, po ktorého odkliknutí sa
im zobrazil dotazník. Všetci respondenti boli
informovaní o anonymite výskumného nástroja,
a vyplňovanie nepresiahlo viac ako 20 minút.
Analýza dát
Po prekódovaní získaných dát do číselnej
podoby z tretej časti dotazníku bola aplikovaná
exploratívna faktorová analýza s Varimax
rotáciou. Pred jej samotným použitím boli na
dáta aplikované testy, ktorých hodnoty umožnili
použitie faktorovej analýzy (KMO = 0,68;
Bartlettov test sféricity χ2 = 4774,81; p < 0,001).
Faktorová analýza rozdelila položky z tretej časti
dotazníka do siedmych kategórií: 1. Práca a ICT
(15 položiek); 2. Internet ako zdroj informácií (6
položiek); 3. Sociálne siete (14 položiek); 4.
Bezpečnosť internetu (13 položiek); 5. Ťažkosti
s používaním internetu (5 položiek); 6.
Dôležitosť internetu (5 položiek); 7. Ďalšie média
a internet (6 položiek). Hraničná hodnota
2 Metodika
Hlavným cieľom bolo porovnať používanie
informačných a komunikačných technológií a ich
vnímanie medzi respondentmi patriacimi do
generácie Y a staršími respondentmi. Tomuto
porovnaniu predchádzalo vytvorenie a overenie
výskumného nástroja zameraného na používanie
a postoje k ICT.
Výskumná vzorka
Výskumnú vzorku tvorilo 266 respondentov
zo Slovenska a Českej republiky. Respondenti
boli z rôzneho prostredia, najpočetnejšiu časť
vytvárali respondenti z akademického prostredia
(študenti, vysokoškolskí učitelia), ďalej to boli aj
učitelia zo základných, či stredných škôl. A do
výskumnej vzorky boli zaradení aj respondenti
z iného pracovného prostredia. Respondenti boli
rozdelení do dvoch skupín, generáciu Y vytvárali
respondenti narodení roku 1981 a neskôr. Druhá
skupina respondentov bola tvorená staršími
jedincami, síce tu boli zaradení aj respondenti
narodení skôr ako v roku 1963, ale týchto
respondentov bolo veľmi malé množstvo, tak táto
skupina bola označená ako generácia X.
Z uvedeného počtu respondentov do generácie Y
ich patrilo 200 a do druhej skupiny zvyšok.
Priemerný vek skúmaných osôb bol 26,36 (SD =
10,39). Najmladší respondent mal 17 a najstarší
57 rokov.
Výskumný nástroj
Ako výskumný nástroj slúžil dotazník vlastnej
konštrukcie pozostávajúci z troch hlavných častí.
Prvú časť vytvárali demografické položky
(gender, vek a bydlisko). Druhú časť tvorili
položky (n = 9) zamerané na používanie
informačných a komunikačných technológií.
Časť z nich bola dichotomická (napr. Využívam
internetbanking – áno / nie) a časť sa týkala
37
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
faktorového skóre bola 0,30. Výsledky faktorovej
analýzy sú uvedené v prílohe 1.
Na určenie spoľahlivosti výskumného nástroja
bol použitý koeficient Cronbachovo alfa (α). Jeho
hodnota pre tretiu časť dotazníka (α = 0,83)
indikuje
vysokú
spoľahlivosť.
Hodnota
Cronbachovho alfa pre jednotlivé kategórie sa
pohybovala v rozmedzí od 0,51 do 0,66, čo je
dostačujúce hodnota pre určenie spoľahlivosti
jednotlivých kategórií [17].
Pre štatistické vyhodnotenie bol použitý t-test
pre nezávislé výbery, ktorý bol aplikovaný pri
porovnaní vnímania ICT medzi generáciou Y
a generáciou X a tiež pri frekvencii používania
rôznych ICT aplikácii. Pri položkách, ktoré boli
dichotomické a boli zamerané na používanie ICT
bol aplikovaný chí-kvadrát test nezávislosti.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
dimenziách dosiahli vyššie skóre respondenti
patriaci do generácie Y. V jednoduchosti
povedané to znamená, že táto skupina
respondentov pozitívnejšie vníma prepojenie
informačných a komunikačných technológií s ich
prácou, je pre nich viac prirodzené mať zapnuté
chatovacie programy, pracovať z domu, používať
v pracovnej dobe súkromný mail a takisto aj
naopak mimo pracovnej doby používať pracovný
mail. Viac-menej je očakávané, že mladší
respondenti budú pozitívnejšie vnímať sociálne
siete a mať k nim väčšiu dôveru, ako ich starší
kolegovia. Čo sa týka poslednej kategórie,
v ktorej zistený významný rozdiel mladší
respondenti pozitívnejšie vnímajú fakt, že
televízne vysielanie sa prenáša na internet
a dokážu ho sledovať aj mimo dobu jeho
skutočného vysielania. Na grafe je možné vidieť
aj skutočnosť, že v dvoch kategóriách dosiahli
vyššie skóre starší respondenti. Jedná sa
o zaujímavé zistenie, keďže starší respondenti
pozitívnejšie vnímajú internet ako zdroj
informácií, čo znamená, že majú väčšiu dôveru
voči informáciám prezentovaných na internete
a tiež majú menšie ťažkosti s používaním
internetu ako mladší respondenti.
3 Výsledky
Celkové skóre časti zameranej na vnímanie
informačných a komunikačných technológií bolo
x = 3,02 (SD = 0,32), čo indikuje neutrálne
vnímanie ICT. V grafe 1 je zobrazená distribúcia
skóre za jednotlivé dimenzie. Najnižšie skóre
bolo zistené pri kategórii „Sociálne siete“, táto
kategória spolu s kategóriou „Práca a ICT“ boli
vnímané negatívne. Najvyššie skóre bolo
zaznamenané v kategórii „Bezpečnosť internetu“.
Okrem tejto kategórie bola pozitívne ešte
vnímaná kategória „Ťažkosti s používaním
internetu“, ostatné kategórie dosahovali skóre,
ktoré vypovedá o ich neutrálnom vnímaní.
Graf 2 Priemerné skóre za jednotlivé dimenzie
s ohľadom na generáciu
Graf 1 Priemerné skóre za jednotlivé dimenzie
NS – nesignifikantný rozdiel
* p < 0,05
** p < 0,01
*** p < 0,001
Používanie ICT a internetu bolo merané
viacerými spôsobmi. Prvým bolo určenie
frekvencie používania jednotlivých možností,
ktoré ponúka internetové prostredie. A ako je
možné pozorovať na grafe 3 generácia Y
dosahovala
významne
vyššie
skóre
v možnostiach „chatovanie“, „sťahovanie hudby
a filmov“ a „hranie hier“. Starší respondenti
v dvoch možnostiach a to: „mailovanie“ a
Generácia Y dosiahla pri hodnotení časti
dotazníka zameraného na vnímanie informačných
a komunikačných technológií významne vyššie
skóre (x = 3,04; SD = 0,33) v porovnaní
s generáciou X (x = 2,93; SD = 0,28) (t = 2,51; p
< 0,05). Pri analýze jednotlivých kategórií bol
zistený významný rozdiel u troch kategórií
„Práca a ICT“, „Sociálne siete“ a „Ďalšie média a
internet“. Vo všetkých troch vyššie menovaných
38
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
„vyhľadávanie
odborných
informácií“.
U ostatných možností nebol zistený významný
rozdiel, skóre bolo zväčša vyrovnané.
Z uvedených zistení vyplýva, že kým mladší
respondenti preferujú aktivity, ktoré trvajú
relatívne dlhší čas a slúžia v prevažnej miere na
zábavu. A tiež, čo sa týka najmä chatovania
uprednostňujú ak je odpoveď, ktorú žiadajú
rýchla, v porovnaní so staršími respondentmi,
ktorí radšej napíšu dlhšiu informáciu do mailu
a nečakajú pri tom na okamžitú odpoveď. A ak
majú stráviť v internetovom prostredí dlhší čas,
tak je to hlavne kvôli vyhľadávaniu odborných
informácií, ktoré slúžia k príprave na vyučovanie,
či týkajúce sa ich práce.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Z grafu možno vyčítať, že starší respondenti
trávia používaním internetu menej času.
Graf 4 Percentuálne vyhodnotenie odpovedí na
položku „Na internete priemerne strávim (na
jedno posedenie)“
Graf 3 Priemerné skóre za jednotlivé možnosti
položky „Internet používam na tieto časti“.
Internetové bankovníctvo majú viac v obľube
starší respondenti (χ2 = 8,41; p < 0,05). Na ďalšiu
položku, ktorá bola v spojitosti s predošlou,
respondenti odpovedali, či ich rodičia používajú
internetové bankovníctvo, tak mladší respondenti
odpovedali častejšie kladne ako ich starší
kolegovia (χ2 = 43,62; p < 0,001). Vo
výsledkoch ďalších položiek už nebol zistený
významný rozdiel: „Už som mal zavírený
počítač“ (χ2 = 0,46; p = 0,49), “ Už sa mi stalo, že
som prišiel o všetky údaje v počítači ” (χ2 = 0,13;
p = 0,72) and “ Používal som už internet aj v
zahraničí ” (χ2 = 0,03; p = 0,96).
NS – nesignifikantný rozdiel
*** p < 0,001
4 Diskusia a záver
Jedným z hlavných cieľov výskumu bolo
porovnať
používania
informačných
a komunikačných technológií medzi generáciou
Y a X. Druhým cieľom bolo navrhnúť a overiť
výskumný nástroj zameraný na vnímanie
a používanie ICT. Súhrnne je možné rozdeliť
výsledky do troch častí.
Ako prvým výrazným výsledkom je
vytvorenie a overenie výskumného nástroja.
Najmä postojová časť, ktorá bola aj
najrozsiahlejšia, bola podrobená detailným
analýzam. Exploratívna faktorová analýza bola
použitá na zabezpečenie validity a rozdelila
položky do siedmich kategórií. Výskumný
nástroj je voľne prístupný pre iných záujemcov
o danú problematiku.
Po druhé, vo výskumnom šetrení bolo
zisťované
vnímanie
informačných
a komunikačných technológií respondentmi.
Účastníci výskumu vykazovali neutrálne
vnímanie ICT, po detailnejších analýzach bolo
možné sledovať pozitívne skóre v dvoch
kategóriách „Bezpečnosť internetu“ a „Ťažkosti
Používanie
možností
ktoré
ponúkajú
informačné a komunikačné technológie a internet
boli získavané od respondentov prostredníctvom
dichotomických odpovedí (áno / nie) a následne
ich zastúpenie porovnávané prostredníctvom chíkvadrát testu. Generácia Y používa na
komunikáciu s kamarátmi významne vo väčšej
miere chatovacie programy, ako sú napríklad
Skype, ICQ v porovnaní s generáciou X (χ2 =
26,01; p < 0,001). Podobná situácia, je aj pri
používaní chatovacích programov pre pracovné
účely, rozdiel bol opäť významný v prospech
mladších respondentov (χ2 = 6,89; p < 0,05).
Štatisticky významný rozdiel v prospech
mladších respondentov bol nájdený pri ďalšej
položke, týkajúcej sa vlastníctva minimálne
jedného konta na sociálnej sieti (χ2 = 34,23; p <
0,001). V ďalšej položke respondenti odpovedali,
koľko času strávia na internete. Účastníci
výskumného šetrenia mali 5 možností (graf 4)
a bol zistený významný rozdiel vo výsledkoch (χ2
= 21,45; p < 0,001). Detailnejšia analýza ukázala,
že významný rozdiel bol len pri prvej možnosti.
39
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
s používaním internetu“. Znamená to, že pre
respondentov nebol problém používať internet
a oni verili, že internet nie je náročný na
používanie, ani pre deti, ani pre skôr narodených
ľudí. Respondenti ďalej verili v bezpečnosť
internetu, nemali problém s nakupovaním cez
internet a problém im nerobilo ani používanie
služieb ako je internetové bankovníctvo. Ďalej
bolo zistené pozitívnejšie vnímanie sociálnych
sietí generáciou Y. Respondenti spadajúci do
tejto skupiny preferujú komunikáciu s inými
práce cez sociálne siete. Uvedené zistenia sú
v zhode aj s inými výskumnými šetreniami
podobného charakteru, napríklad [18] poukazujú
na fakt neoddeliteľnosti počítačov od života
mladých ľudí, autori ďalej uvádzajú, že mladí
ľudia trávia svoj voľný čas prevažne prihlásení
na sociálnych sieťach a chatovaním. Mladí ľudia
preferujú komunikáciu práve cez vyššie
zmienené možnosti, v porovnaní s komunikáciou
tvárou v tvár. V našom výskume bolo zaujímavé
zistenie, respondenti patriaci do Y generácie
dosiahli významne vyššie skóre v dimenzii
„Ďalšie média a internet“. Na základe daného
faktu je možné povedať, že respondenti patriaci
do Y generácie nemajú problém zameniť
sledovanie televízie alebo čítanie novín za ich
používanie na internete. Podobné zistenie je
možné nájsť v štúdii [19]. Generácia mladších
ľudí dosiahla vyššie skóre v kategórii „Práca
a ICT“, čo znamená, že nemajú problém
vykonávať svoju prácu v domácom prostredí,
a tiež nemajú problém mať popri práci zapnutý
chatovací program, sledovať zároveň televíziu
a byť pripojený k sociálnej sieti.
Posledným
záverom
vyplývajúcim
z výsledkov bolo rozličné používanie ICT
generáciou Y a generáciou X. Generácia X
používa internet viac na mailovanie a generácia
Y viac na chatovanie. Mail pravdepodobne pre
mladších respondentov neobsahuje toľko
interaktívnych prvkov, aby ich mohol zaujať,
a tiež podstatnú úlohu tu zohráva aj relatívne dlhá
doba čakania na odpoveď, ktorá je u chatu
okamžitá (ak sú obe strany on-line). Celkovo
povedané respondenti zaradení do generácie Y
používajú internet a ICT viac nekonformne ako
generácia X. Podobne o používaní internetu
a ICT uvádzajú aj [4] a niektoré z ich
charakteristík generácie Y sú v zhode s našimi.
Ako autori uvádzajú táto generácia ľudí používa
internet a ICT inak ako staršia generácia, mladší
ľudia sú viac závislí na ICT, je to pre nich
prvotný zdroj a informácií, ICT je pre nich
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
nástrojom na zdieľanie získaných aj vlastných
informácií.
Sumárne povedané, naše výskumné šetrenie
ukázalo, že v podmienkach Českej republiky
a Slovenska je možné vidieť rozdiel v používaní
a vo vnímaní ICT medzi generáciou X
a generáciou Y. Uvedené výskumné šetrenie
obsahuje mnoho limitov, na ktoré je možné brať
ohľad pri ďalších výskumných šetreniach
podobného typu, napríklad zahrnúť do analýz
ďalšie premenné, ktoré môžu vplývať na
používanie a vnímanie ICT (napr. bydlisko,
gender), prípadne sa pokúsiť naviazať
medzinárodnú spoluprácu a porovnať výsledky
medzi viacerými štátmi, kde je pohľad
a využívanie ICT odlišné ako v Českej republike,
či na Slovensku.
5 Literatúra
[1] GORMAN, P., NELSON, T., GLASSMAN,
A. (2004), The Millennial Generation: A
Strategic oportunity. Organizational Analysis,
Volume 12, Issue 3, p. 255-270. ISSN 1551-7470
[2] TAPSCOTT, D. (1997) Growing Up Digital:
The Rise of the Net Generation. McGraw-Hill,
Toronto.
[3] PRENSKY, M. (2001). Digital natives, digital
immigrants. On the Horizont, Volume 9, Issue 5,
p. 1-9. ISSN 1074-8121
[4] BENNETT S., MATON K., KERVIN L.
(2008). The digital natives debate: a critical
review of the evidence. British Journal of
Educational Technology, Volume 39, Issue 5, p.
775–786. ISSN 0007-1013
[5] BROWN, C., CZERNIEWICZ, L. (2010).
Debunking the ‘digital native’: beyond digital
apartheid, towards digital democracy. Journal of
Computer Assisted Learning,Volume 26, Issue
5, p. 357–369. ISSN 0266-4909
[6] BULLEN M., BELFER K., MORGAN T.,
QAYYUM A. (2008) The net generation in
higher education: rhetoric and reality.
International Journal of Excellence in ELearning, Volume 2, Issue 1, p. 1–13. ISSN
1996-871X
[7] LYSÁK, L. (2003). Globalisation versus
glocalisation. Journal of Economics, Volume 51,
Issue 8, p. 931-946. ISSN 0013-3035
[8] RETTIE, R. (2002). Net generation culture.
Journal of Electronic Commerce Research,
Volume 3, Issue 4, p. 254-264. ISSN 1389-5753
[9] WEILER, A. (2004). Information-seeking
behavior in Generation Y students: motivation,
critical thinking, and learning theory. The
40
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Journal of Academic Librarianship, Volume 31,
Issue 1, p. 46-53. ISSN 0099-1333
[10] MONACO, M., MARTIN, M. (2007). The
Millennial Student: A New Generation of
Learners. Athletic Training Education Journal,
Volume 2, Issue 2, p. 42-46. ISSN 1947-380X
[11] BORGES, N., MANUEL, S., ELAM, C. &
JONES, B. (2006). Comparing Millennial and
Generation X medical students at one medical
school. Academic Medicine, Volume 81, Issue 6,
p. 571-576. ISSN 1040-2446
[12] BORGES, N. J., MANUEL. R.S., ELAM,
C. L., JONES, B. J. (2010). Differences in
motives between Millennial and Generation X
medical students. Medical Education, Volume,
44, Issue 6 p. 570-576. ISSN 1365-2923
[13] ELAM, C., STRATTON, T., GIBSON, D.
D. (2007). Welcoming a new generation to
college: The millennial students. Journal of
College Admission, Volume 195, Issue 2, p. 20–
25. ISSN 0734-6670
[14] TWENGE, J. M. (2009). Generational
changes and their impact in the classroom:
Teaching generation me. Medical Education,
Volume 43, Issue 5, p. 398-405. ISSN 1365-2923
[15] DJAMASBI, S., SIEGEL, M., TULLIS, T.
(2010). Generation Y, web design, and eye
tracking. International Journal of Human-
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Computer Studies, Volume 68, Issue 5, p. 307323. ISSN 1071-5819
[16] JONES, C., HOSEIN, A. (2010). Profiling
University Students’ Use of Technology: Where
is the Net Generation Divide? The International
Journal of Technology, Knowledge and Society,
Volume 6, Issue 3, p. 43-58. ISSN 1832-3669
[17] KERLINGER, F. N., LEE, H. B. (2000).
Foundations of behavioral research (4th ed.).
Forth Worth, TX: Hartcourt College Publishers.
[18] SCHMIDT, C.E., MÖLLER, J., SCHMIDT,
K., GERBERSHAGEN, M.U., WAPPLER, F.,
LIMMROTH, V., PADOSCH, S.A., BAUER, M.
(2011). Generation Y. Anaesthesist, Volum 60,
Issue 6, p. 517-524. ISSN 0003-2417
[19] SELWYN, N. (2009). The digital native myth and reality. Aslib Proceedings, Volume 61,
Issue 4, p. 364-379. ISSN 0001-253X
PaedDr. Milan Kubiatko, Ph.D.
Katedra pedagogiky
Pedagogická fakulta MU
Poříčí 31
603 00, Brno, ČR
Tel: +420 54949 4885
E-mail: [email protected]
WWW pracoviště:
http://www.ped.muni.cz/wedu/index.php
41
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
INTERACTIVE P&E METHOD IN TEACHING PHYSICS AT SECONDARY
SCHOOLS
Ľuboš KRIŠŤÁK, Miroslav NĚMEC, Ján STEBILA, Zuzana DANIHELOVÁ
Abstract: The paper deals with the possibilities of using interactive P&E method with supplementary
teaching aid in a form of multimedia DVD in teaching of the topic – nuclear physics at secondary
schools in Slovakia. The paper deals also with the interactive P&E method, whose main idea is
interactive working with students with the help of experiment and problem task analyses and with
multimedia DVD. DVD contains supplemented study text from nuclear physics for grammar schools,
a set of computer aided experiments and problem tasks from nuclear physics. DVD contains also
teacher’s guidelines and students’ worksheets available for each task. The second part of the paper is a
pedagogical research aimed at practical verification of use successfulness of multimedia DVD from
nuclear physics in real secondary school conditions.
Key words: Teaching Physics, nuclear physics, secondary school, multimedia DVD, P&E, PC.
understood as a systematic scientific discipline
whose procedures and results can be replicated.
One of the research results mentioned above is
for instance the learning pyramid (Fig. 1), which
implies that the most important presumption of
the change in teaching Physics is the change in
student position to an independently and actively
recognising element of the teaching process [8,
9].
1 Introduction
Key competences of pupils and their
development have become more current recently
[1]. This fact is a consequence of the Slovak
pupils results in international researches; e.g. in a
study of OECD PISA (Programme for
International Student Assessment) carried out in
2006 aimed at scientific literacy showed that
Slovak pupils, in comparison to other OECD
countries, achieved significantly lower statistical
results than is the average of OECD countries.
The research showed that Slovak pupils can
describe scientific issues; they are able to select
the knowledge and facts appropriately in order to
explain the issues and are able to use simple
models, but they have problems with hypotheses
stating, with experimenting as a tool for data
acquisition and their subsequent analysis,
interpretation and conclusion formulation [2, 3].
2 State of the Art
Results of year-long research into teaching
Physics are represented by the knowledge and
generalisations leading to a significant change of
the view on teaching of Physics. Significant are
considered mainly the working results of Arnold
Arons, prof. Lillian McDermott, D. Hastenes, I.
Halloun and other groups building on their results
[4, 5, 6, 7]. Many teachers of Physics ate
primary, secondary schools and universities think
that teaching Physics does not have a character of
science and depends mainly on so called
pedagogical talent of the teacher. However
research results of these (and other) groups
proved that teaching of Physics can be based on
science and methodology of Physics can be
Fig. 1 Learing Pyramid [10].
Recently this knowledge has become a base
for the origin of new approaches and methods
used in teaching Physics. Their use brings
significantly better results than the use of
traditional methods.
Some of other these methods are PI (Peer
Instruction),
ILD
(Interactive
Lecture
Demonstration), JiTT method (Just-in-timeteaching), etc. [11, 12]. These methods emerge
mainly from the interaction between the lecturer
and students, whereas students are actively
involved into individual stages of the teaching
42
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
and learning process and actively participate in
solving of the dealt problems what gives an
immediate feedback to the lecturer and he/she
can immediately respond to incorrectly
understood concepts, or misconceptions [13].
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
4. Problem solving: After the teacher assigned
the problem (in one of the four ways) a class
discussion follows. Within the discussion
the students, under the teacher’s supervision,
discuss possible solutions of the given
problem. Teacher gradually writes the
solutions on the board. Discussion about
individual solutions follows; incorrect
solutions are excluded following a physical
reasoning. This process continues until there
is only one correct solution. Students write
into their worksheets incorrect solutions
including the physical reasoning and also the
correct solution. In the next part the teacher
explains the connection of the given
problem to everyday life and practice and
where the students can encounter this, or
similar problems. At the end of this part the
teachers goes with the students through the
questions and tasks assigned in the students’
worksheets.
3 Interactive P&E Method
At the Technical University in Zvolen
(Slovakia) we tried to build on the benefits of
using multimedia, experiments and qualitative
tasks in the teaching of Physics. The result is the
interactive P&E method [14], whose main idea is
interactive working with students with the help of
experiment and problem tasks analyses and to
change the position of student from a passive one
to an active one. The method consists in dividing
the lesson into 5 – 10 minute blocks. Within
these blocks the teacher (usually) deals with one
important physical concept whereas each of these
blocks is followed by a problem task that is being
dealt by students within a discussion with the
presence of the teacher.
Phases of the interactive P&E method:
1. Preparatory phase: In the case of lesson
aimed at explanation the teacher sets basic
concepts which he/she wants to explain and
deal with in the lesson. He/she prepares a
block of 5 – 10 minutes for each concept.
Within this block the concept is being dealt
with and the teacher also presents few
physical problems connected to the given
concept.
2. Dealing with the concept: The teacher
teaches the 5 – 10 minute block during
which he/she deals with the important
physical concept (or more concepts).
3. Assignment of a problem: Presentation of a
problem task, connected to the dealt
concept, follows. Problem task can be, in the
case of P&E method, assigned in for ways:
 task assigned in the form of a text (e.g.
How does a ship’s draught change after
shipping out from a river into the sea?),
 via experiment – teacher performs a
simple experiment. To explain this
experiment it is necessary to understand
the concept dealt with during the
previous block (it can be a traditional or
computer aided experiment),
 via video-experiment – teacher plays
experiment recorded by a video camera
[15],
 via applet (simulation) [16, 17].
For each way of setting of problem
students’ worksheets and teachers’ guidelines
were created. Students get a worksheet for each
problem dealt with in a lesson (assigned in any
way). Examples of students’ worksheets for
problems assigned in a form of a text and via
experiment:
Structure of students’ worksheets for problem
assigned in a form of a text
Name of the experiment
A little bit of theory – the introduction can
contain an example from everyday life that
motivates pupils to solve the problem raised at
the end of this part.
Problem task – assignment of the problem task
Task analysis – a brief analysis of a problem
task and its connection to Physics
Possible answers – students under the
supervision of the teacher write possible
solutions of the problem task
Incorrect answers – students, in stages, write
incorrect answers and include physical reasoning
why they cannot be correct
43
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Correct answer – students write the correct
solution of the problem task including physical
reasoning
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
In the case of a problem assigned via
experiment the problem task can be the solving
of experiment. In this case the teacher describes
the given experiment and students discuss the
solution of the experiment. Teacher carries out
the experiment within the analysis of possible
solutions proposed by students. In the case of a
problem task assigned via video-experiment, the
problem task can be the end of the videoexperiments. In such case the whole videoexperiment is played within the discussion about
possible solutions or the problem can be
represented by the physical essence of the videexperiment. In this case a video-analysis can be
played for students within the explanation [19].
Connection to life and practice – in this part
pupils learn what practical impact of the given
problem is and where, in every day life, they can
come across with it or with similar problems
Questions and tasks – additional questions and
tasks corresponding to the problem and
phenomena closely connected to it
Structure of students’ worksheets for problem
assigned via traditional experiment [18]
4 Nuclear physics at secondary schools
The paper is focused on using the interactive
P&E method in the field of nuclear physics
presented in the 3rd grade of secondary schools in
the Slovak Republic (within the topic
“Electromagnetic radiation and the Micro-world
of Particles”). Consultations with secondary
school teachers revealed that they deal with the
topic of nuclear physics within 3-5 lessons on
average; within these lessons they deal with
following topics:
 Radioactivity
 Alpha, Beta and Gamma Radiation
 Principles of protection against nuclear
radiation, Radionuclides in practice
 Atom
 Fission of uranium nuclei, nuclear chain
reaction, nuclear power plant,
Name of the experiment
A little bit of theory – the introduction can
contain an example from everyday life that
motivates pupils to solve the problem raised at
the end of this part.
What do we need - list of aids used during the
experiment.
Scheme of the experiment - detailed scheme of
the experiment development.
How will we proceed - detailed procedure of the
experiment.
Problem task – carrying out of experiment and
assignment of the problem task
Task analysis – a brief analysis of a problem
task and its connection to Physics
Possible answers – students under the
supervision of the teacher write possible
solutions of the problem task
In spite of the difficulty and excessive
abstractness of this area of Physics given chapter
does not contain any experiments enabling better
understanding of such a difficult issue. One of the
possibilities of reducing excessive abstractness
and difficulty of the given chapter is the
integration of experiments into the chapter.
Nuclear physics experiments are a suitable tool
for development of scientific literacy of the 3rd
grade students; according to mentioned study of
PISA, scientific literacy belongs to key
competences.
Experiments
can
increase
demonstration of physical phenomena being dealt
with on a lesson. Moreover, experiment can
increase students’ interest in Physics, motivate
them to increased activity and contribute to the
development of creative skills [20]. Using of
experiments prepares the pupils for solving of
tasks which they can later encounter in everyday
Incorrect answers – students, in stages, write
incorrect answers and include physical reasoning
why they cannot be correct
Correct answer – students write the correct
solution of the problem task including physical
reasoning
Connection to life and practice - in this part
pupils learn what practical impact of the given
problem is and where, in every day life, they can
come across with it or with similar problems.
Questions and tasks - additional questions and
tasks corresponding to the problem and
phenomena closely connected to it.
44
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
life [21, 22]. Creative experiments integrated into
the teaching process increases the level of
understanding and attention of students and at the
same time the theory of physics is becoming
interconnected with everyday life [23, 24, 25].
While Slovak secondary schools have not
experienced such experiments by now, in other
countries they are a common part of the teaching
process (Tab. 1).
Slovakia
England
Austria
7
Germany
7
Poland
USA
5
8
http://jtie.upol.cz
1) First part is theoretical, i.e. elaborated
curriculum from nuclear Physics. During the
curriculum elaboration we considered the
analysis of Slovak and foreign textbooks and
created a textbook that is, in comparison to
Physics textbooks for the 3th grade of
secondary schools, enlarged and changed for
the needs of experiments integration into
teaching of this topic. As today's curriculum
in textbooks of scientific subjects is being
said to be excessive, we tried not to
introduce new concepts. Introduction of new
concepts was only due to experiments
integration. The topic was enlarged only to a
minimal extent so that the number of lessons
needed could remain the same. Mentioned
changes were carried out only in chapters
that enabled integration of practical
experiments. Text is divided into 5 – 10
minute blocks for a eventual use of the
interactive P&E method.
2) Second part deals with experiments. It was
necessary to create an accompanying text to
the experiments for teachers and students to
enable them as effective carrying out of
experiments as possible. Therefore, this part
is divided into three parts: guidelines for
teachers, worksheets for students and videos.
Individual stages of experiments were
selected in order to develop, beside practical
skills, also creativity. This part includes 9
experiments altogether: measuring of
atmospheric radioactivity, absorption of beta
radiation, range of alpha particles in the air,
statistics of radioactive decay, half life of
radioactive emitter, measuring by means of a
ionisation
chamber,
absorption
of
radioactivity by means of different materials
and gamma ray absorption measurements.
3) Third part of the multimedia DVD consists
of problem tasks from nuclear Physics
elaborated in the style of PISA tasks; their
aim is to verify students' understanding of
the topic. Problem tasks are selected in a
way to enable the teacher the use the
interactive P&E method for the teaching of
nuclear physics, i.e. to enable to divide the
curriculum into 5 – 10 minute blocks and to
have enough problem tasks for each physical
concept. The majority of problem tasks is
assigned in the form of a text, some via
experiment and some via applet. Teachers’
guidelines and students’ worksheet is
available for each problem task.
Tab. 1 Comparison of using experiments in
teaching of nuclear physics at primary schools
in Slovakia and other countries
Number of
experiments
0
7
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
Way of carrying out
Pupils experiments,
simulations, applets
Pupils experiments,
demonstration
experiments, applets
Pupils experiments,
demonstration
experiments, applets
Simulations, applets
Simulations, applets
5 Multimedia DVD from Nuclear Physics
Physics and Technology are often considered
difficult subjects. Mainly it is due to the fact that
it is not easy to explain empirical principles and
dynamic phenomena in text books. Multimedia
technologies showed their potential in teaching
such subjects. New techniques increase pupil’s
attention – it enables easier and faster learning.
Pupils like to work with computers and modern
information technologies [26]. If we connect
working with computer with the study of Physics
such form will be very interesting for pupils and
it can be supposed that they will achieve better
study results [27]. It can be supposed that
multimedia support can increase the effectiveness
of physical education at secondary schools [28].
We created a multimedia DVD from nuclear
Physics. The aim, during its creation, was to
introduce elements of a real laboratory into
teaching of scientific and technical subjects [29].
The attention was paid to the area of nuclear
Physics at primary schools as this topic does not
contain any experiments and it is dealt only in
theory.
The contents of the multimedia DVD is
divided into three main parts:
45
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
6 Pedagogical Research
Research Object
Students in the 3rd grade of secondary school
were the object of the research. Interactive
method P&E with supplementary teaching aid in
a form of multimedia DVD from nuclear Physics
was used in the teaching of the topic devoted to
nuclear Physics.
In control groups the teaching process was
carried out in a traditional way, i.e. no
experiments were carried out during teaching of
the topic. In experimental groups interactive
teaching method P&E was used, moreover the
teacher used demonstration within the
explanation and student experiments from
nuclear Physics were carried out. 5 experiments
were carried out altogether within the
explanation; some were demonstration some
student experiments; there were three
demonstration experiments and two applets used
within problem tasks. While doing demonstration
experiments one set was used; experiment was
demonstrated by the teacher with the help of
pupils. During pupil experiments three measuring
sets were used whereby pupils were divided into
three groups.
Regarding experiments and problem tasks
after each 5 – 10 minute block in experimental
groups pupils got worksheets and teachers were
provided with teacher guidelines. Worksheets
were provided during student experiments as well
as during demonstration experiments and
problem task solving.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Research Hypotheses
Based on the aforementioned objective the
main hypothesis was formulated:
H: The use of interactive P&E method with
multimedia DVD from nuclear Physics in the
teaching of Physics in the 3rd grade of secondary
school influences the level of students'
knowledge from nuclear Physics from the point
of view of statistical significance.
To verify the main hypothesis operational
hypotheses were stated:
H1: At the end of the experimental teaching
process students taught by interactive P&E
method and with use of the multimedia DVD
achieve higher performance in didactic test in the
area of specific and nonspecific transfer than
students taught traditionally.
H2: At the end of the experimental teaching
process students taught by interactive P&E
method and with use of the multimedia achieve
higher performance in didactic test in the area of
remembering than students taught traditionally.
H3: At the end of the experimental teaching
process students taught by interactive P&E
method and with use of the multimedia DVD
achieve higher performance in didactic test in the
area of understanding than students taught
traditionally.
H4: Students in experimental group, where the
interactive method P&E method and multimedia
DVD from nuclear Physics is used, will learn
more actively during lessons than students in
control groups, where multimedia DVD from
nuclear Physics is not used.
Research Objectives
The main objective was to verify the
effectiveness of the teaching via interactive P&E
method using the multimedia DVD from nuclear
Physics in real conditions of selected secondary
schools in the subject Physics. Knowledge at the
three levels of learning (remembering,
understanding, specific and nonspecific transfer –
use knowledge in typical and problem situations)
and active learning of pupils were researched.
Research Methods and Techniques
To achieve the stated objectives and to verify
hypotheses following research methods and
techniques of empirical research were proposed:
 pedagogical experiment
 didactic test (DT) for verifying
operational hypotheses H1-H3
 standardised questionnaire AUS [30] for
verifying hypothesis H4 [31]
 statistical methods for research results
processing.
To reach the aim partial tasks were determined:
 to verify stated hypotheses using research
tools and methods;
 to find out whether the use of multimedia
DVD from nuclear Physics influences the
level of knowledge of the 3rd grade
students at primary school in the subject
Physics.
Selection of Respondents
Groups were selected according to the level of
knowledge from Physics characterised by the
mark from Physics at the end of the 2nd grade at
secondary school and the terminal mark in the 3rd
46
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
grade at secondary school. 10 groups were
selected altogether (Tab. 2).
Grammar School I
Grammar School II
Grammar School III
TOGETHER
Control
group
34
25
25
84
http://jtie.upol.cz
(Fig. 2) show that there is a difference between
knowledge of students in experimental and
control group showed in the test. Statistical
verification of hypothesis was carried out using
two-sample T-test and F-test. At first F-test was
used to assess the equality of variances.
Following, the hypothesis of equally acquired
score in the control and experimental groups was
tested. Independent two-sample Student T-test
for unequally large populations and equal
variances was used [32].
Tab. 2 Structure of individual control and
experimental groups
School Name
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
Experimental
group
36
26
25
87
The research was carried out on 171 pupils;
84 were in 4 control groups and 87 were in 4
experimental groups. After the selection of
suitable groups the pedagogical experiment
followed simultaneously during one year in all
groups. In all control groups the same curriculum
was dealt with. In experimental groups the same
curriculum (supplemented minimally for the
needs of experiments and divided into 5 – 10
minute blocks) was taught via interactive P&E
method and experiments were carried out, while
the teaching in control groups was carried out
traditionally, i.e. without the use of the
interactive P&E method and interactive DVD
from nuclear physics.
During the experiment pupils did not know
that they were a part of an experiment. After the
experiment pupils in all groups took didactic test.
All pupils had the same didactic test (there were
only two groups that were different in the order
of tasks) containing 10 questions. Questions were
selected after an agreement with teachers. The
majority of questions were open, some were
multiple choice. Pupils had 40 minutes to do the
test and could reach a maximum of 25 points.
The correct answer was evaluated with 1-3
points, according to the level of difficulty. After
the test pupils had to fill in the questionnaire; the
questionnaire was anonymous and pupils had 10
minutes to fill it in. The aim of the questionnaire
was to find out the activity of pupils during
teaching and learning process. After
the
pedagogical experiment obtained data was
collected and statistically and qualitatively
analysed.
Figure 2 Test successfulness histogram in the
control and experimental group. (control
group: N = 84, Mean = 50.4%, Stand. Dev. =
16.47%, Max = 96%, Min = 10%,
experimental group: N = 87, Mean = 65.01%,
Stand. Dev. 16.74%, Max = 98%, Min = 20%).
Summary of Research Results
Validity of operational hypotheses is summarised
in following table (Tab. 3).
Tab. 3 Summary of individual hypotheses
verification
Method of
Hypothe
Hypothe
data
Researche
sis
sis
acquisitio
d value
validity
n
DT H1
Application
valid
posttest
DT Rememberi
H2
valid
posttest
ng
H3
DT Understand
valid
posttest
ing
Standardis
ed
Active
H4
Valid
questionna
learning
ire
Research Results
To verify hypotheses H1-H3 a nonstandardised didactic test - posttest, taken by
pupils after dealing with the topic devoted to
nuclear Physics, was used.
Normal distribution was verified via
Kolmogorov-Smirnov Test. Results in the chart
From statistical analyses and results of partial
hypotheses testing it is possible to say that the
initial hypothesis is confirmed and true. Research
into the use of presented multimedia DVD from
nuclear physics shows that:
47
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu


1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
8 References
[1] DEMKANIN, P., PIŠÚT, J., VELMOVSKÁ,
K. Vybrané faktory prispievajúce k rozvoju
kompetencií žiakov při vyučovaní fyziky,
Knižničné a edičné centrum FMFI UK, 2011.
[2] KRUPOVÁ, I. The Development of Natural
Science Literacy in Pupils in the First Stage of
Basic School Using the Method of Managed
Discovery. Pedagogika, Vol. LIX – 2009, No. 3,
pp. 259 – 268. ISSN 0031-3815.
[3] HOCKICKO, P. Nontraditional Approach to
Studying
Science
and
Technology.
Communications, Vol. 12, No. 3, 2010, pp. 6671. ISSN 1335-4205.
[4] MCDERMOTT, L.C Oersted medal lecture
2001: Physics Education Research – The Key to
Student Learning, In: Am.J.Phys., 69(2001), p.
1127-1137.
[5] ARONS, A.B. Achieving Scientific Literacy,
In: Daedalus, Spring, 1983 (český preklad: Cesta
k přírodovědní gramotnosti I, II, In: Čs. čas. fyz.
A35 (1985), s. 58-68, s. 151-158)
[6] ARONS, A.B. Teaching Introductory Physics,
A guide to Teaching for Learning and
Understanding. New York: John Wiley and Sons,
1997.
[7] HALLOUN, I., HESTENES, D. „The initial
knowledge state of college physics students“,
Am. J. Phys. 53 (1985), 1043-1055.
[8] REDISH, E.F. Teaching Physics, John Wiley
and Sons, New York, 2003.
[9] HANČ, J., DEGRO, J., JEŠKOVÁ, Z.,
KIREŠ, M., ONDEROVÁ, Ľ., ČUKANOVÁ, E.,
KONKOĽOVÁ, M. „Rozumejú alebo memorujú
vaši žiaci fyziku, ktorú učíte? Štandardizované
konceptuálne a postojové testy ako nástroje
hodnotenia výučby“. DIDFYZ 2006, Nitra 2007.
[10] HANČ, J., DEGRO, J., JEŠKOVÁ, Z.,
KIREŠ, M., ONDEROVÁ, Ľ., ČUKANOVÁ, E.,
KONKOĽOVÁ, M., TÓTH, J. Štandardizované
konceptuálne a postojové testy vo fyzikálnom
vzdelávaní,
elektronický
preprint,
Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach, 2008.
[11] MAZUR, E. Peer instruction. A user´s
manual. Prentice Hall, New York, 1997.
[12] CROUCH, C.H., MAZUR, E. Peer
Instruction: Ten Years of Experience and
ResultsL Am. J. Phys. 69(9), 2001
[13] SOKOLOFF, D.R., THORTON, R.K. Using
interactive lecture demonstrations to create an
active learning environment“ Phys. Teach. 35(6).
1997
[14] KRIŠŤÁK, Ľ., NĚMEC, M. Fyzikálne
vzdelávanie na TU vo Zvolene. Vedecká
Pupils taught by the interactive P&E method
and with the multimedia DVD from nuclear
Physics achieved higher performance in the
didactic test in the area of specific and
nonspecific transfer, understanding and
remembering at the end of the experimental
education than pupils taught traditionally.
Pupils taught by the interactive P&E method
and with the multimedia DVD from nuclear
Physics learned more actively during lessons
than pupils taught traditionally.
7 Conclusions
Results
obtained
during
pedagogical
experiment, evaluation of didactic tests and
questionnaires and after consultations with
teachers can be concluded into following points:
1) The use of interactive P&E method and
multimedia DVD from nuclear physics in
the teaching process contributes to achieving
of higher performance of pupils in
experimental groups in the area of specific
and nonspecific transfer, understanding and
remembering in the given topic. The use of
interactive P&E method and multimedia
DVD from nuclear physics in the teaching
process contributes to increasing of the
principle of the curriculum demonstration,
includes pupils into all stages of the teaching
and learning process thus encourages active
working. Pupil experiments develop their
ability to work independently. Some
experiments
were
demonstration
experiments carried out by the teacher; some
were pupil experiment carried out by pupils
in groups. During all types of experiment
and problem tasks pupils were provided with
worksheet which helped them to carry out
the experiment (teachers were provided with
teacher’s guidelines). Worksheets contained
plenty of questions a task to think about
what forced the pupils to work
independently and to look for appropriate
solutions.
2) Questionnaire results have shown that
experiments from nuclear Physics increase
the popularity and attractiveness of the
subject Physics. Questionnaire and also talks
with pupils have indicated that pupils liked
nuclear Physics experiments very much;
after the topic of nuclear Physics they
evaluated the subject as more interesting,
more understandable, more popular and
attractive subject.
48
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
monografia. TU Zvolen 2011. ISBN 978-80-2282216.
[15] BROWN, D., COX, A.J. Innovative Use sof
Video Analysis“, in The Physics Teacher, vol.
47, no. 3, pp. 145-150, 2009, ISSN 0031-921X.
[16] PERKINS, K., ADAMS, W., DUBSON,
M., FINKELSTEIN, N., REID, S., WIEMAN,
C., LEMASTER, R. „PhET: Interactive
Simulations for Teaching and Learning Physics“,
Physics Teacher, vol. 44, pp. 18 – 23, 2006, ISSN
0031-921X.
[17] WIEMAN, C., ADAMS, W., LOEBLEIN,
P., PERKINS, K Teaching physics using PhET
simulations, The Physics Teacher, vol. 48, is. 4,
pp. 225-227, ISSN 0031-921X.
[18] HOLEC, S. et al. Integrovaná prírodoveda
v experimentoch. Žiacke pracovné listy. Banská
Bystrica: Fakulta prírodných vied UMB,
Medzinárodný projekt Leonardo da Vinci II N°.
SI 143008 Computerised Laboratory in Science
and Technology Teaching, 2004. 126 s. ISBN 808055-903-1.
[19] HOCKICKO, P. Forming of Physical
Knowledge in Engineering Education with the
Aim to Make Physics More Attractive. In:
Proceedings SEFI - PTEE 2011 (Physics
Teaching in Engineering Education), Mannheim,
Germany (2011), ISBN 978-3-931569-18-1
[20] BEDNAŘÍK, M., LEPIL, O. Netradiční
typy fyzikálních úloh, Praxe učitele matematiky,
fyziky, informatiky, Praha 1995.
[21] VELMOVSKÁ, K. Rozvíjanie tvorivosti
žiakov gymnázia pomocou úloh, Zborník zo
seminára, Bratislava: UK, 2001, s. 75-78.
[22] ZELENICKÝ, Ľ. Úloha fyzikálneho
experimentu vo vyučovaní. In: MEDACTA´91
časť 3. Nitra: Pedagogická fakulta, 1991
[23] NACHTIGALL, D.K. What is wrong with
physics teachers´education? Eur. J. Phys.
11(1990) 1-14.
[24] BUSSEI, PAOLO AND MERLINO,
SILVIA European workshop on Multimedia in
Physics Teaching and Learning. Europhysics
News, 34(3), 2003, pp. 116-117. ISSN 05317479.
[25]
DYKSTRA,
D.I.,
BOYLE
C.F.,
MONARCH, I.A. Studying conceptual Change in
learning physics, Science Education, 1992 (6),
pp. 615 – 652.
[26] STEBILA, J. Research and Prediction of the
Application of Multimedia Teaching Aid in
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Teaching Technical Education on the 2nd Level
of Primary Schools. Informatics in Education,
Vol. 10, No. 1, pp. 105 – 122. ISSN 1648-5831.
[27] STURM, B. Science in School, Issue 13,
Autumn, 2009,29.
[28] ŽÁČOK, Ľ. Research examination of the
options to increase the education effectiveness in
the technical subjects at the 7th grade of
elementary school using hypertext educational
material. In: Informatics in Education, 9(2),
2010, 283–299. ISSN 1648-5831.
[29] SHELLY, G.B., CASHMAN, T.J.,
GUNTER, R.E., GUNTER, G.A. Teachers
Discovering Computers: Integrating Technology
in the Classroom, Thomson Learning,
Cambridge, MA, 2001.
[30] KÖBÖLOVA, E., RÖTLING, G.,
SIHELSKY, B. Príručka na uskutočnenie
pedagogického prieskumu. MPC Banská
Bystrica. 2006. 80-8041-490-4. (available in
http://mpcskolenie1.webnode.sk/studijnematerialy/, studijny material V-PK.doc).
[31] STEBILA, J. Výsledky z výskumu použitia
multimediálnej učebnej pomôcky v reálnych
podmienkach základných škôl v SR. Journal of
Technology and Information Eucation, 1/2009,
Volume 1, Issue 1, ISSN 1803-537X.
[32] KRIŠŤÁK, Ľ., NĚMEC, M. Innovation of
physical education at Technical University in
Zvolen. Journal of Technology and Information
Eucation, 2/2010, Volume 2, Issue 2, ISSN 1803537X.
PaedDr. Ľuboš Krišťák, PhD.1
Mgr. Miroslav Němec, PhD.1
Mgr. Zuzana Danihelová2
1
Katedra fyziky, elektrotechniky a aplikovanej
mechaniky
Drevárska fakulta
2
Ústav cudzích jazykov
Technická Univerzita Zvolen
T.G. Masaryka 24
960 53 Zvolen
PaedDr. Ján Stebila, PhD.
Katedra techniky a technológií
Fakulta porodných vied
Univerzita Mateja Bela
Tajovského 40
97401 Banská Bystrica
49
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
I. EDUCATIONAL ROBOTICS IN PRIMARY SCHOOL: UNUSUAL
METHODS OF EVALUATION
Karolína MAYEROVÁ – Michaela VESELOVSKÁ
Abstract: In this article we offer brief overview of evaluation, assessment process and importance of functions,
which should support evaluation. Further, look at the article from the perspective of educational robotics and we
are trying to find appropriate evaluation methods that could make lessons with educational robotics more
effective. Reasons for choosing unusual methods of evaluation robotics lessons are described in detail in article.
In the same way we describe how have we designed and created these methods, their implementation and
analysis of data that were collected during testing. At the end we confirm some conclusions using the interview
with the class teacher and teacher who teachers educational informatics. Research we are describing in this
article is very closely linked to our previous research and builds on the results of our previous research, which is
part of the dissertation.
Key words: primary school, educational robotics, evaluation.
I.
EDUKAČNÁ ROBOTIKA NA PRVOM STUPNI ZÁKLADNÝCH ŠKÔL:
NETRADIČNÉ METÓDY HODNOTENIA
Abstrakt: V tomto článku ponúkame stručný pohľad na hodnotenie, jeho procesy a dôležitosť funkcií,
ktoré má hodnotenie podporovať. Ďalej sa v článku pozeráme na hodnotenie z pohľadu edukačnej
robotiky a snažíme sa nájsť vhodné hodnotiace metódy, ktoré by zefektívnili proces výučby pri
používaní robotických stavebníc na vyučovaní. V článku podrobne popisujeme dôvody, prečo sme si
vybrali práve netradičné metódy hodnotenia aktivít, ktoré so žiakmi robíme. Podrobne popisujeme aj
priebeh návrhu a tvorby týchto metód, ich implementáciu a analýzu na základe zozbieraných údajov
počas testovania. V závere článku ponúkame zdôvodnenia niektorých zistení, podporené aj tvrdeniami
od triednej pani učiteľky a od učiteľky učiacej túto triedu informatickú výchovu. Popisovaný výskum
priamo súvisí a nadväzuje aj na výsledky nášho doterajšieho výskumu, ktorý je súčasťou dizertačnej
práce.
Kľúčové slová: prvý stupeň ZŠ, edukačná robotika, hodnotenie.
inými problémami ako sú napríklad: vysoké ceny
robotov, malá časová dotácia predmetu,
problematické hodnotenie tímovej spolupráce
a mnohé iné. Faktory spôsobujúce tieto problémy
vzájomne súvisia a navzájom sa mnohokrát
ovplyvňujú. Napríklad vysoká cena stavebníc
spôsobuje, že škola nemá pre každého žiaka
vlastnú stavebnicu. Preto žiaci väčšinou pracujú
v tímoch zložených z dvoch alebo troch členov.
Takáto spolupráca síce môže mať aj svoje
výhody ako napríklad rozvoj kooperácie,
kolaborácie, komunikácie, sociálnych zručností
a mnohých iných zručností, ktoré sú potrebné nie
len pre ďalšie štúdiu, ale aj pre budúce
zamestnanie [5], [6], [7]. Na druhej strane tu však
vzniká problém, ako takúto spoluprácu
spravodlivo ohodnotiť. Učiteľ, ktorý má v triede
tri až štyri tímy, nie je schopný v priebehu hodiny
sledovať, či všetci žiaci v tíme pracujú aktívne
alebo nie. Preto sme sa snažili do vyučovania
1 Úvod
V posledných rokoch je čoraz modernejšie
používať roboty a robotické stavebnice na
vyučovaní. Podľa dostupných materiálov sa
najčastejšie používajú robotické stavebnice
LEGO Mindstorms [1], [2], [3] a [4]. Tento trend
začal na vysokých školách a postupne sa zavádza
aj do nižších stupňov škôl. Na prvom stupni je
stále takáto výučba veľmi ojedinelá a aj preto je
veľmi náročné nájsť relevantné materiály, ktoré
by hovorili o vhodnom používaní robotických
stavebníc na vyučovacích hodinách. Jeden z mála
dostupných
dokumentov,
ktorý
hovorí
o konkrétnych aktivitách s čiastkovými cieľmi,
návrhoch hodnotení týchto aktivít a obsahuje aj
pripravené materiály k týmto aktivitám, je
napríklad kurikulum [5] z americkej školy
v New Yorku. Ten je však v podstate veľmi nový
a nerozšírený. Okrem nedostatku relevantných
materiálov, stretli sme sa v našom výskume aj s
50
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
edukačnej robotiky zaviesť vhodné a možno
netradičné metódy hodnotenia. Zamerali sme sa
na viaceré funkcie týchto metód hodnotenia.
Výskum je súčasťou širšej dizertačnej práce.
Všetky nami navrhnuté aktivity (bez hodnotenia)
boli testované v predošlých etapách výskumu, ale
spôsoby hodnotenia neboli doteraz do výskumu
zahrnuté. Návrh a implementácia netradičných
spôsobov hodnotenia sú ďalšou iteráciou
v procese nášho výskumu.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
sa nájsť tvrdenia, resp. teóriu, ktorou by sme
vedeli popísať získané dáta. Namiesto toho sa
nám analýzou dát zväčšil okruh otázok, na ktoré
sme potrebovali získať odpoveď. Na základe
rozhovoru s triednou učiteľkou, ktorá nám
vysvetlila charakter a povahu chovania žiakov, sa
okruh týchto otázok zúžil a začali sa rysovať prvé
opisné teórie. Po získaní týchto prídavných
informácií sme sa mohli zamerať na
zodpovedanie
otázok,
ktorých
odpovede
smerovali priamo k cieľom nášho výskumu.
Samozrejme voľba výskumnej metódy bola
ovplyvnená výskumnými otázkami, ktoré jasne
určovali cieľ výskumu. Výskumné otázky:
1. Ako reagujú deti pri zavádzaní nami
navrhnutých hodnotiacich metód do
vyučovania?
2. Aké dôvody a argumenty uvádzajú deti na
obhajobu svojich názorov? Aký je potenciál
pre rozvoj ich argumentačných schopností?
2 Použité výskumné metódy
Výskum,
ktorý
robíme
s robotickými
stavebnicami na základných školách je časovo
náročný. Len málo škôl má zakúpené robotické
stavebnice, a preto si do škôl nosíme vlastné
stavebnice, s ktorými žiaci pracujú na hodinách.
Z tohto dôvodu nemôže výskum prebiehať
súčasne na viacerých školách.
Jedným z dôvodov, prečo sme nezvolili
kvantitatívny výskum je, že potenciálna
výskumná vzorka je veľmi malá na to, aby
poskytla zovšeobecniteľné a objektívne výsledky.
V tomto článku sa venujeme hodnoteniu,
pričom testujeme netradičné spôsoby hodnotenia,
ktoré nie sú bežne používané vo vyučovaní na
slovenských školách. Na väčšine slovenských
škôl sa práca žiakov hodnotí známkami. Len
školy, ktoré požiadali štát o povolenie, môžu
hodnotiť svojich žiakov slovne. Výber našej
výskumnej vzorky sme volili tak, aby žiaci
zapojení do tohto testovania boli na netradičné
spôsoby výučby a hodnotenia zvyknutí. Preto
sme si vybrali žiakov zo súkromnej základnej
školy, kde žiaci dostávajú slovné hodnotenie
a nie známky. Sú v neustálom styku s podobnými
netradičnými metódami, aké chceme zaviesť do
edukačnej robotiky. Takto sme chceli docieliť
vyššiu výpovednú hodnotu výskumu.
Keďže zámerom tejto štúdie bolo overenie
nami navrhnutých metód, vybrali sme si pre náš
výskum ako dizajn výskumu prípadovú štúdiu
[8]. Našou výskumnou vzorkou boli žiaci
druhého ročníka z triedy prvého stupňa ZŠ,
rozdelení na dve skupiny. Pre väčšiu validitu
výsledkov sme používali viaceré dostupné
spôsoby zbierania dát, ktoré umožňuje prípadová
štúdia. Okrem terénnych zápiskov sme všetky
vyučovacie hodiny zaznamenávali na kameru,
fotografovali,
robili
rozhovor
s triednou
učiteľkou a učiteľkou informatickej výchovy.
Súčasťou metódy hodnotenia boli aj krátke
dotazníky s otvorenými otázkami, ktoré žiaci
vypĺňali na hodinách. Odpovede, ktoré žiaci
uvádzali v dotazníkoch sme analyzovali a snažili
3 Teoretické východiská
Podľa
nášho
doterajšieho
prieskumu
neexistuje veľa relevantných materiálov, ktoré by
hovorili o overenej metodike a aktivitách, ako
využiť stavebnicu LEGO WeDo s deťmi na
prvom stupni ZŠ (6 – 11 rokov). Väčšina prác,
ktoré sa venujú edukačnej robotike sú určené pre
staršie deti a na mimoškolské aktivity, napr.: [9],
[10]. „A Currriculum Unit on Programming and
Robotics“ [5] je jedným z mála metodických
materiálov pre robotiku na prvom stupni ZŠ.
Toto kurikulum navrhla Amandou Sullivan
s výskumným tímom pre americkú základnú
školu v New Yorku. V dokumente je uvedený
zoznam aktivít, ktoré si učitelia môžu rozvrhnúť
na rôzne dlhé časové obdobie. Jasne sú však
vytýčené ciele, ktoré jednotlivé aktivity sledujú a
konkrétny návrh hodnotenia týchto aktivít.
Návrh aktivít je dobre premyslený a sleduje
nárast vedomostí žiaka pracujúceho s robotickou
stavebnicou. Avšak použitie takéhoto charakteru
hodnotenia nám po prvé, neumožňuje fakt, že
v našom výskume nemá každý študent svoju
stavebnicu a po druhé, takýto spôsob hodnotenia
je podobný tradičnému známkovaciemu systému,
ktorým učitelia hodnotia žiakov, len je v ňom
vidieť snahu o väčšiu objektívnosť.
Podľa J. Slavíka z knihy [11], školské
hodnotenie v sebe zahrňuje všetky hodnotiace
procesy a ich prejavy, ktoré bezprostredne
ovplyvňujú školskú výučbu alebo o nej nejakým
spôsobom hovoria. Podľa Tureka [12] by malo
byť takéto hodnotenie viac kontrolované
a premyslené, pretože na základe kontroly a z nej
51
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
vyplývajúceho hodnotenia a klasifikácie sa
rozhoduje o ďalšom osude žiakov (voľba
povolania, prijatie na vysokú školu, ...), čím
zasahuje najcitlivejšiu sféru človeka – jeho
sebavedomie.
Takáto kontrola vyučovacieho procesu sa
skladá z dvoch procesov, a síce, zo zisťovania a z
posúdenia výsledkov vyučovacieho procesu [12].
Tieto dva procesy sa nielenže zdajú veľmi
podobné, ale reálne sú aj vzájomne veľmi
prepojené.
- Pri zisťovaní výsledkov vyučovacieho
procesu ide v podstate o meranie výkonu
žiakov, o zistenie toho, čo vedia a čo nie,
aká je miera poznatkov v porovnaní s tým,
čo vedieť majú a v čom sa každý ako
jednotlivec zlepšil. Túto činnosť môžeme
nazývať aj preverovanie, či skúšanie.
- Posúdenie výsledkov vyučovacieho procesu,
inak povedané – hodnotenie, je pripisovanie
hodnoty tým, kto hodnotí (zvyčajne
učiteľom), tomu, koho alebo čo hodnotí (t.j.
zvyčajne žiakovi alebo jeho výkonu).
Na Slovensku sa hodnotenie žiakov zvykne
vyjadrovať vo forme čísla, resp. známky.
Takémuto hodnoteniu hovoríme klasifikácia, t.j.
zaraďovanie žiakov do výkonnostných skupín,
ktorých máme na Slovensku 5. Ako synonymum
sa často používa aj výraz známkovanie, čo nie je
podľa Tureka úplne adekvátne, pretože jednotlivé
výkonnostné skupiny nemusia byť hodnotené len
známkami, ale aj písmenami (napr.: A, B, C, D,
E) alebo slovným hodnotením.
Pri kontrole vyučovacieho procesu by sa nemal
dávať dôraz len na jednu funkciu tohto procesu
(kontrolnú), ako to možno často vidieť na
vyučovaní, ale na všetky jeho funkcie
(prognostická, motivačná, výchovná, informačná,
rozvíjajúca či spätnoväzobná). Podceňovanie
napríklad spätnoväzobnej či motivačnej funkcie
vedie k tomu, že žiaci sa stavajú ku klasifikácií
odmietavo až záporne a vôbec ju nepokladajú za
niečo, čo im môže pomôcť k lepšiemu zvládaniu
preberanej látky. Tradičné známkovanie ako ho
poznáme zo škôl, podporuje len niektoré
funkcie, väčšinu z nich skoro vôbec. Aj preto
chceme v našich návrhoch hodnotenia rozvíjať
tie funkcie, ktoré sú menej podporované, napr.
motivačnú, rozvíjajúcu, spätnoväzobnú a
výchovnú. Tie majú podľa [12] za úlohu:
1. Motivačná:
udržiavanie a zvyšovanie
štúdijnej aktivity žiakov,
2. Rozvíjajúca:
rozvoj
schopnosti
sebakontroly a sebahodnotenia žiakov,
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
3. Spätnoväzobná: získavanie informácií
o úspešnosti vyučovacieho procesu žiakmi
a učiteľom na reguláciu ďalšieho postupu
tak, aby sa efektívne dosiahli ciele
vyučovacieho procesu,
4. Výchovná:
formovanie
pozitívnych
vlastností
a postojov
a odstraňovanie
negatívnych vlastností.
Ako bolo spomenuté vo výskumných
metódach, pre náš výskum bolo dôležité, aby
deti, ktoré budú testované nami navrhnutými
hodnotiacimi metódami, boli zvyknuté na
netradičné spôsoby a metódy hodnotenia.
Najlepšie na tie, ktoré by už v minulosti rozvíjali
viaceré funkcie hodnotenia. Napríklad slovné
hodnotenie. Preto ideálnou voľbou bola
súkromná základná škola v Bratislave, ktorá
hodnotí svojich žiakov slovným hodnotením.
4 Priebeh výskumu
Výskum prebiehal na súkromnej základnej
škole pre nadané deti. Výskumu sa zúčastnila
jedna trieda druhákov rozdelená na dve skupiny,
ktoré mali informatickú výchovu vo štvrtok ráno
hneď za sebou – prvú a druhú vyučovaciu
hodinu. V prvej skupine bolo 8 žiakov (5 dievčat
a 3 chlapci). V druhej skupine bolo 7 žiakov (3
dievčatá a 4 chlapci). Mená žiakov sme pre
potreby výskumnej správy zmenili.
Na prvej hodine sa žiaci sami rozdelili do
tímov, v ktorých pracovali aj na ďalších
hodinách. Zmeny v tímoch nastali, len ak niekto
chýbal, alebo ak to vyžadovali potreby výskumu.
Výskum prebiehal počas piatich hodín v oboch
triedach paralelne. Prvé štyri hodiny odučil jeden
člen výskumného tímu a poslednú hodinu odučila
ich učiteľka informatickej výchovy. Pred začatím
hodiny jej boli povedané inštrukcie, ako majú
byť odučené aktivity danej hodiny. Druhý člen
výskumného tímu vždy zaznamenával priebeh
hodiny, t.j. robil terénne poznámky, videá
a fotografie.
Stručný opis priebehu piatich hodín, ktoré sme
odučili:
 1. hodina: Na začiatku hodiny sme urobili
so žiakmi asi 10 - 15 minútový rozhovor o
tom, čo je podľa nich robot, kde sa s ním
stretli, ako ho doteraz vnímali, atď.
Následne si mohli zo stavebnice LEGO
WeDo postaviť svoj vlastný model robota
a rozhýbať ho pomocou motora, ktorý bol
pripojený k PC.
 2. hodina: Žiaci postavili podľa návodu
model lietadla, ktorý mali rozhýbať troma
rôznymi spôsobmi. Na domácu úlohu si
52
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
mali rozmyslieť, aký kolotoč si chcú
postaviť na ďalšej hodine.
 3. hodina: Na začiatku hodiny dostali
zadanie, aby postavili kolotoč. Na konci
hodiny mala každá skupina prezentovať
svoj model - ako sa volá, čo robí, čím je
charakteristický, koľko ľudí odvezie, ... .
 4. hodina: Táto hodina bola zameraná na
tímovú spoluprácu a celá bola tematicky
spojená príbehom o „plťke“. Na začiatku sa
rozprávalo o tom, čo je to plťka, či sa s ňou
niekto stretol, atď. Následne sa žiaci
rozdelili do trochu väčších skupín. Každá
skupina si vybrala jedného zástupcu, ktorý
sa mohol chodiť pozerať na skryté modely,
ktoré sme vopred pripravili. Potom ich
musel ostaným členom skupiny opísať len
slovne, bez používania rúk, či inej časti tela
a na základe tohto popisu mali žiaci daný
model postavať. Pri každom ďalšom kole sa
menil opisovaný model aj člen, ktorý model
opisoval. Takto sa mohli vystriedať všetci
členovia tímu. Modely boli koncipované od
najjednoduchších až po zložité (napr.
prevod dvoch ozubených kolies).
 5. hodina: Učiteľka žiakov najprv
oboznámila s úlohou postaviť model lode,
ktorá nezastavila na hranici, ale stihli ju
zachytiť bezpečnostné kamery. Úlohou
žiakov bolo postaviť model lode zo
stavebnice podľa troch fotografií, ktoré
dostali. Okrem fotografií dostali vytlačenú
aj mapu so znázornenou trasou lode.
Pomocou programu mali nasimulovať
pohyb lode, ako sa pohybovala po mape.
Prvé dve hodiny sa žiaci oboznamovali so
stavebnicou a softvérovým prostredím. Až na
tretiu a štvrtú hodinu sme zaradili naše navrhnuté
metódy hodnotenia. Tieto metódy sme navrhovali
a dotvárali spolu s učiteľkou, ktorá túto triedu učí
informatickú výchovu – je dobre oboznámená
s metódami, ktoré táto škola používa a zároveň
dobre pozná vedomostný stav žiakov. Výsledkom
našich rozhovorov bol návrh troch metód, ktoré
majú rozvíjať u žiakov vytváranie, formulovanie
a prezentovanie vlastných, objektívnych a
spravodlivých názorov na svoju prácu a na prácu
a produkty vytvorené spolužiakmi. Prvé dve
navrhnuté metódy sú si po obsahovej stránke
veľmi podobné a líšia sa len formou. Preto sme
sa rozhodli skúsiť ich implementovať na tretej
vyučovacej hodine, v oboch skupinách paralelne.
Tretia metóda mala za úlohu prebudiť u žiakov
záujem rozmýšľať o efektívnosti zloženia
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
skupiny, o tímovej spolupráci, o hodnotení
vlastností
spolužiakov
v súvislosti
so
strategickým
plánovaním,
vo
forme
zodpovedajúcej ich veku. Túto metódu sme
zaradili na koniec štvrtej vyučovacej hodiny, lebo
žiaci mali počas nej možnosť skúsiť si tímovú
spoluprácu v inom zložení ako na predošlých
hodinách. Mali
teda možnosť porovnávať
viaceré výhody a nevýhody, ktoré priniesli noví
členovia. Túto metódu sme implementovali
rovnako v oboch skupinách. Stručný opis nami
navrhovaných metód hodnotenia:
Metóda1:
Na konci hodiny dostali žiaci do triedy
tabuľku, kde boli v riadkoch napísané ich mená
a v stĺpcoch boli názvy kolotočov, ktoré robili,
spolu s vytlačenými obrázkami kolotočov. Do
ďalšej hodiny mal každý za úlohu ku každému
kolotoču napísať, čo si o ňom myslí.
Metóda2:
Na konci tretej hodiny žiaci dostali papier
s vytlačenou tabuľkou, kde mali odpovedať na tri
zadania, ktoré zneli:
 Tvoje meno:
 Názov kolotoča, ktorý sa ti páči:
 Prečo sa ti páči:
Metóda3:
Na konci hodiny dostali žiaci papier
s vytlačenou tabuľkou, kde mali odpovedať na
štyri otázky, ktoré zneli:
 S kým si bol/a v skupine dnes?
 S kým by si chcel/a byť nabudúce?
 Prečo?
 Ako sa ti dnes stavalo?
Po odučení hodín sme spravili analýzu
zozbieraných dát, z ktorých nám vzišli rôzne
otázky. Niektoré z nich sa nám zdali byť ľahko
zodpovedateľné osobou, ktorá by poznala
charakter a vlastnosti žiakov. Preto sme robili
rozhovor s triednou pani učiteľkou. O aktivitách
a nami implementovaných metódach vedela
dopredu a bola požiadaná, aby sledovala reakcie
žiakov pri vypĺňaní tabuľky z Metódy1. Otázky,
ktoré sme sa jej pýtali zneli:
1. Je pre žiakov takáto aktivita intelektuálne
náročná? Alebo je pre nich bežná a teda
stretli sa s podobnou aktivitou aj na iných
hodinách?
2. Myslíte si, že takáto metóda je vhodným
nástrojom pre žiakov na rozvoj ich
argumentačných schopností?
3. Pýtali sa žiaci pri vypĺňaní tabuľky čo majú
robiť, čo od nich chceme? Bolo ich treba
vyzývať k tomu, aby ju vyplnili?
53
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
4. V akom poradí vypĺňali tabuľku? Mohla
vzniknúť
nejaká
závislosť
medzi
odpoveďami a poradím, v akom tabuľku
daný žiak vypĺňal?
5. Prečo sú odpovede žiakov v štvrtom stĺpci
tabuľky, ktorú sme použili pri Metóde1
takmer totožné?
6. Čím mohli byť spôsobené extrémne krátke
odpovede žiakov v Metóde2?
7. Danka ako jediná osoba pri zdôvodňovaní
svojich
odpovedí
uvádzala
viacero
argumentov. Čím to mohlo byť spôsobené?
8. Pri Metóde3, kde sa mali žiaci vyjadriť,
s kým by chceli byť v skupine na budúcej
hodine, nikto nenapísal Otku. Čím to mohlo
byť spôsobené?
9. Naopak veľa žiakov chcelo byť s Tomom,
čím to mohlo byť spôsobené?
10. Žiaci
nepísali
žiadne
negatívne
vyjadrenia. Mohlo to byť spôsobené
neúprimnosťou,
hanblivosťou
alebo
neuvedomovaním si nedostatkov daného
modelu, ktorý hodnotili?
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
funkcia,
ako
ju
uvádzame
v kapitole
o teoretických východiskách.
Zavedením metód, ktoré podporujú tieto
funkcie sme žiakov nenásilnou formou nútili
zamýšľať sa nad formuláciou svojich dojmov
a pocitov. Žiaci zároveň riešili problém
objektívnosti medzi pravdou o modeli a tým, že
autor modelu je ich kamarát.
Analýza dát: prvá výskumná otázka
Analýzou reakcií detí sme sa snažili nájsť
odpoveď na prvú výskumnú otázku: Ako
reagujú deti pri zavádzaní nami navrhnutých
hodnotiacich metód do vyučovania? Odpovede
sme hľadali analýzou videozáznamov. Chovanie
žiakov pri požiadavke zodpovedania otázok
Metódy2 a 3 boli porovnateľné s ich chovaním
pri zadávaní úloh na začiatku hodiny, t.j.
nespozorovali sme žiadne významné rozdiely
v ich
správaní.
Tieto
metódy
boli
implementované až v závere vyučovania.
Badateľná bola väčšia ochota dievčat, než
chlapcov zanechať prácu s LEGOm a pracovať
s papierom, na ktorom boli zadania úloh.
Ďalší fakt, na ktorý nás upozornila učiteľka
informatiky už pri prvotnom rozhovore, je veľký
rozdiel medzi druhákmi a tretiakmi v čítaní
a písaní. Túto skutočnosť sme naozaj následne
mohli vidieť aj v rozhovoroch, ktoré boli
zaznamenané na videách. Ako ukážku uvádzame
dva druhácke rozhovory, ktoré potvrdzujú ich
oprávnené nedostatky v oblasti gramatiky.
Prvý rozhovor bol medzi dvoma dievčatami.
Sonička nepochopila znenie poslednej otázky
a nevedela, či na konci každej odpovede má
dávať bodky, tak sa pýtala Danky. Väčšina
žiakov bodky na konci odpovedí nedávala.
Prepis ukážky:
Soňa: Ja nechápem to posledné. (Význam
tretej otázky, ktorá bola napísaná na papieri.)
Danka: Ako sa ti dneska stavalo?
Soňa: Jáááj. Ahá.
.....
Soňa: Za každým máme dať bodku?
Danka: Asi hej.
5 Výsledky výskumu
Použitím troch metód, ktoré uvádzame
v kapitole Priebeh výskumu, sme napĺňali najmä
výchovné a rozvíjajúce funkcie hodnotenia.
Ďalšie funkcie ako spätnoväzobná, je
zabezpečená počas celého priebehu výučby
edukačnej robotiky. Z doterajšieho pozorovania
vieme, že žiaci majú veľkú potrebu ukazovať
svoje poznatky - čiastkové objavy. Či už
učiteľom, spolužiakom v tíme, alebo iným
tímom, hoci aj na opačnej strane triedy. Tento jav
je jasne pozorovateľný. Žiaci mnohokrát až
kričia, kým k ním vyučujúci nepríde a nepochváli
ich, resp. neschváli im aktuálny model. Tu
možno jasne vidieť, ako je pre žiakov potrebné
nielen hodnotenie výsledku, ale aj priebehu.
Edukačná robotika toto umožňuje veľmi
prirodzeným spôsobom. Takéto ukazovanie
a predvádzanie objavov býva zväčša hlasné, ale
môže byť aj tiché. Avšak vždy jasne upozorní
zvyšné tímy, v akom štádiu je ich model
v porovnaní
s ukazovaným
modelom
spolužiakov. Zaznamenali sme viaceré prípady,
keď žiaci po takomto priebežnom predvedení
modelu boli povzbudení, ako veľmi sú popredu
a začali sa snažiť ešte viac, aby skončili stavanie
ako prví. Iní zas zistili, že sú veľmi pozadu so
stavaním, lebo značný čas strávili rozhovorom
o farbe kocky a usúdili, že tento problém je
zanedbateľný a začali naozaj postupovať. Týmto
spôsobom sa naozaj prirodzene spĺňa motivačná
Druhý rozhovor bol medzi dvoma chlapcami
– Milom a Vilom. Milo mal potrebu zdieľať
nahlas, čo chce napísať do odpovede, avšak Vilo
sa napriek tomu nenechal ovplyvniť a ako jediný
z triedy na otázku ako sa mu dnes pracovalo
napísal „stredne“. Všetci ostatní žiaci napísali
„dobre“, alebo „veľmi dobre“. Ďalej sa Vilo,
dovtedy
inak
výrazná
postava,
pýtal
nezrozumiteľným spôsobom na ý-čka v slove
dobrý.
54
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Prepis ukážky:
Milo: Ja napíšem veľmi dobre.
Vilo: Áno, dobrý je krátko. ... Dobrý je tiež
s tvrdým (a pozerá spolužiakovi vedľa neho do
papiera).
Okrem problému s gramatikou5 a čítaním
s porozumením, sme na videách zaznamenali aj
vzájomné znemožňovanie odpisovania. Takéto
chovanie
žiakov
nenarušovalo
funkcie
hodnotenia, ktoré sme chceli rozvíjať. Plynulé a
prirodzené plnenie úloh bez otázok umožnil aj
fakt, že žiaci sú zvyknutí na hodnotenie svojich
prác. Toto nám potvrdila aj učiteľka informatiky
pri prípravnom rozhovore. Vysvetlila nám, že
žiaci dostávajú od učiteľov na konci každého
štvrťroku, t.j. štyrikrát do roka, slovné
hodnotenia o sebe, svojej práci, o pokrokoch
ktoré robia, prípadne, ktoré by mali ešte spraviť.
Na konci každého polroka, teda dvakrát za rok, si
píšu aj oni sami na seba posudky. Z toho je
zrejmé, že žiaci majú skúsenosti s formuláciou
svojich tvrdení a s ich zdôvodňovaním.
Analýza dát: druhá výskumná otázka
Znenie druhej výskumnej otázky je: Aké
dôvody a argumenty uvádzajú deti na
obhajobu svojich názorov? Aký je potenciál
rozvíjať ich argumentačné schopnosti?
Odpovede na tieto otázky sme hľadali
v odpovediach žiakov a následne v rozhovore
s triednou pani učiteľkou. Veľmi zaujímavé bolo,
že všetky odpovede žiakov v Metóde1 boli
pozitívne. Žiaci neuvádzali negatívne argumenty.
Najnegatívnejšie odpovede zneli: „Páčil bi sa mi
viac, keby mu nepadala vrtuľa.“, „Páčil sa mi.
Len mu trochu odpadávala vrtuľa.“ Ďalej to bola
veľmi podobná formulácia viet: „Páčil sa mi lebo
...“, „Páčil sa mi preto lebo...“, „Mne sa páčil
lebo ...“, „Tento kolotoč sa mi páčil lebo ...“, ... .
Zdôvodnenie tohto zistenia sme hľadali
v odpovedi učiteľky (otázka č.10), kde vravela,
že žiaci vedia byť naozaj kritický, ak si to myslia.
To, že neuvádzali negatívne názory znamená, že
sa im modely naozaj páčili. Z tejto pre nás
významnej informácie vyplýva, že žiakom sa
práca s LEGOm naozaj páčila, aj keď na pútavé
aktivity počas výučby sú zvyknutí. Toto zistenie
nám potvrdili aj pri osobnom rozhovore na konci
hodiny, keď sme sa všeobecne pýtali, či sa im
hodiny páčili, alebo sa im zdali nudné, alebo či
by nechceli robiť niečo iné. Všetci chceli
pokračovať v stavaní až na jedného žiaka, ktorý
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
chcel ísť na počítač, lebo doma mali pokazený
internet a nemohol si skontrolovať e-mail.
Ďalší zaujímavý jav sme objavili pri analýze
odpovedí v Metóde1 v poslednom stĺpci tabuľky.
V ňom sa nachádzal kolotoč, ktorý vyzeral ako
mlyn a volal sa „Náš mlyn“. Všetci uviedli, že sa
im páčil preto, lebo: „Vyzerá ako mlyn.“. Všetci
žiaci zo skupiny uviedli rovnaký, podobne
naformulovaný dôvod. Príčinu tohto javu nám
čiastočne vysvetlila triedna pani učiteľka (otázky
č. 4 a 5). Je normálne, že žiaci v tomto veku často
kopírujú vzory, ktoré vidia. Takže najťažšie to
mal ten, kto vypĺňal tabuľku ako prvý. V tomto
prípade to bola Janka, ktorej napísané odpovede
patrili ku kratším. Jej krátke vety, podľa tvrdenia
pani učiteľky, neboli spôsobené slabším
vyjadrovacím aparátom, ale práve tým, že prišla
ako prvá a koncepciu viet musela vytvárať sama.
Triedna učiteľka nám tiež vysvetlila, že
výstižnosť a zložitosť odpovedí žiakov súvisia s
ich spôsobom vyjadrovania. Niektorí žiaci sú
struční, presne a jasne sa vyjadrujúci ako
napríklad Miriam a Milo. Miriamine vety boli
najkratšie, ale výstižné. Ukážka jej štyroch
odpovedí: „Páčil sa mi, lebo bol zábavný.“,
„Tento som stavala ja a Janka.“, „Páčil sa mi,
lebo sa pekne točil.“ a „Páčil sa mi, lebo vyzeral
ako mlyn.“ Žiaci, ktorí sú komunikatívnejší,
výreční, nemali problém napísať viac textu napr.
Danka. Podľa skúsenosti pani učiteľky však
vo väčšine takýchto prípadov logické myslenie
nie je až tak rozvinuté. Ukážka jednej Dankinej
odpovede: „lebo mal pas lebo sa pekne točil lebo
mali dobré nápady“. Danka patrila do skupiny,
kde sme používali Metódu2. Ostatní žiaci
uvádzali oveľa kratšie odpovede, ako napríklad:
„lebo bol bespečný“, „lebo sa mohol zdvíhaď“,
„LEBO VIZERAL AKO GULOMET.“, ... .
Stručné odpovede v Metóde2 mohol spôsobiť aj
krátky čas, ktorý mali žiaci na vypracovanie
zadania.
Týmto popisom charakteru žiakov nám pani
učiteľka odpovedala na otázku 6, 7 a k otázkam
7, 8 a 9 sa vyjadrila nasledovne: Každý zo žiakov
je jedinečný, každý má svoj vlastný charakter.
Tom je napríklad dieťa, ktoré je veľmi
hyperaktívne, komunikatívne, po intelektuálnej
stránke veľmi rozvinuté a veľmi dobre
spolupracuje s kýmkoľvek. Tieto pozitívne a pre
úspešnú spoluprácu dôležité vlastnosti si žiaci
naozaj uvedomujú. Aj preto medzi najčastejšie
odpovede žiakov, pri zdôvodnení otázky, prečo
by chceli byť nabudúce s niekým v tíme, patrili
tieto zdôvodnenia: „lebo sú šikovní“, „lebo dobre
stavajú“, „lebo dobre pracujú“, „lebo sa mi
5
ktorý je možné si všimnúť aj v ďalej uvádzaných
odpovediach žiakov
55
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
dobre s nimi pacuje“, „lebo sú dobrí“. Jediná,
výrazne odlišná odpoveď bola od Otílie, ktorá
napísala, že by chcela byť na ďalšej hodine sama.
Jej zdôvodnenie znelo: „lebo ma nikto
nediriguje“. Podľa slov pani učiteľky má problém
pracovať s niekým, lebo má veľmi dominantnú
povahu. Žiaci s ňou nechcú byť v tíme, lebo
nechce pristúpiť na spoločné dohody a svoje
názory si presadzuje niekedy aj fyzickým
násilím. Spolužiaci sa naučili, že ak s ňou budú v
tíme, nedostanú sa k slovu, ani sa nebudú môcť
aktívne zapájať. Tieto informácie nám objasnili
dôvod, prečo žiaci neuvádzali Otíliu medzi
žiakov, s ktorými by chceli byť na ďalšej hodine
v tíme. Môžeme teda vidieť, že žiaci vedia
strategicky rozmýšľať o vhodnom výbere členov
do svojich skupín.
Aby žiaci v takomto veku vedeli dopredu
plánovať a neboli ovplyvňovaní len práve
zažívanou skutočnosťou, alebo tým, kto je ich
najlepší kamarát, musí byť takéto myslenie
rozvíjané.
Pani
učiteľka
nám
naozaj
potvrdila(otázky č.1, 2 a 3), že žiaci sú na ich
škole od prvého roka vedení k tomu, aby sa
dokázali samostatne vyjadrovať. Učitelia sa preto
do výučby počas celého školského roku snažia
zakomponovať také aktivity, ktoré by rozvíjali
u žiakov takéto myslenie. Napríklad žiaci sú
povinní už od prvého ročníka publikovať do
školského časopisu, písať sebahodnotenie
k vysvedčeniu a podobne. Podľa vyjadrenia pani
učiteľky, implementované metódy hodnotenia
nemali byť pre žiakov intelektuálne náročné.
Aktivity na vyjadrenie vlastného názoru ona
sama veľmi často používa ako metódu
hodnotenia na hodinách, avšak skôr vo forme
ústnej, ako písomnej. Žiakov vedie k tomu, aby
sa nehanbili a povedali svoje názory a myšlienky.
Aj to môže byť jeden z dôvodov, prečo sa žiaci
nepýtali učiteľov, aké odpovede majú do tabuľky
písať.
Podľa osobného názoru pani učiteľky, žiaci
musia prejsť po viacerých stupienkoch k tomu,
aby sa vedeli správne vyjadrovať a takéto metódy
hodnotenia sú jedným z nich.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
ročníka ZŠ, vedia sa k hodnoteniu a
sebahodnoteniu postaviť veľmi racionálne
a prirodzene.
Pri
implementovaní
nami
navrhnutých netradičných metód hodnotenia,
žiaci pracovali prirodzene a spontánne, ako keď
sme im zadávali úlohy na začiatku hodiny.
Nestretli sme sa s nechápavými pohľadmi
a otázkami žiakov, ktorými by žiadali presné
inštrukcie na vypracovanie týchto zadaní. Žiaci
použili
mechanizmy
a spôsoby
riešenia,
ku ktorým boli doteraz vedení. Problémy
nenastali na úrovni obsahovej, ale výrazovej, kde
žiaci nemali ešte úplne zvládnutú gramatiku
jazyka.
Dôvody
a argumenty,
ktorými
žiaci
zdôvodňovali svoje rozhodnutia boli premyslené
a založené na dlhodobej skúsenosti. Obsahovali
prvky dlhodobého plánovania a strategického
myslenia. Rozhovor s učiteľkou potvrdil, že
takéto netradičné metódy hodnotenia majú miesto
v školskej výučbe a prispievajú k čiastkovému
napĺňaniu cieľov pre rozvoj argumentačných
schopností žiakov.
7 Literatura
[1] Atmatzidou, S. Markelis, I. Demetriadis, S.
The use of LEGO Mindstorms in elementary and
secondary education: game as a way of
triggering
learning.
2008,
Workshop
Proceedings of SIMPAR
Intl. Conf. on
SIMULATION,
MODELING
and
PROGRAMMING
for
AUTONOMOUS
ROBOTS, s. 22-30. Venice(Italy) 2008, ISBN
978-88-95872-01-8 (print).
[2] Dagdilelis, V. Sartatzemi, M. Kagani, K.
Teaching (with) Robots in Secondary Schools:
some new and not-so-new Pedagogical problems.
2005, ICALT’05 - Proceedings of the Fifth IEEE
International Conference on Advanced Learning
Technologies, s. 757-761 . ISBN:0-7695-2338-2
(print).
[3] Hussain, S. Lindh, J. Shukur, G. The effect of
LEGO Training on Pupils’ School Performance
in Mathematics, Problem Solving Ability and
Attitude: Swedish Data. 2006.Educational
Technology & Society, s. 182-194. ISSN 14364522 (online) and 1176-3647 (print).
[4] LEGO® MINDSTORMS® NXT 2.0.
(online)
[cit.
2012-12-14].
URL
:
<http://mindstorms.lego.com/enus/products/default.aspx >.
[5] DevTech Research Group. A Curiculum Unit
on Programing and Robotics. (online) [cit. 201212-14].
URL
:
<
http://api.ning.com/files/pTaEwxWbXOXEvuHU
6 Diskusia a závery
V článku sme opísali návrh a priebeh
implementácie netradičných metód hodnotenia, o
ktorých si myslíme, že rozvíjajú dôležité, ale
často zanedbávané funkcie hodnotenia ako napr.
motivačná,
spätnoväzobná,
rozvíjajúca
a výchovná. Táto prípadová štúdia ukázala, že ak
sú žiaci vedení k vytváraniu, formulovaniu a
prezentovaniu svojich názorov už od prvého
56
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
8f7N4KIH76oLjbiFnY23K28QpazleBAFGekTJ
GOQME9VCBK3lS8SQr4RkZVUw3PL3CYYnrIrbVgGgqF/WeDoThePlaygroundCurric
Grades12.pdf>.
[6] GURA, M. Getting Started with LEGO
Robotics. 2011, ISTE. ISBN 978-1-56484-298-5.
[7] Mayerová, K., Veselovská, M. Robotic kits
and key competences in primary school. 2012,
Information and Communication Technology in
Education. Ostrava: University of Ostrava,
Pedagogical Faculty, s. 175-183. ISBN 978-807464-135-0 (print).
http://jtie.upol.cz
[10] Marais, A. Smith, A. Duvejkog, N.
TekkiKids:
Experiences
in implementing
technology clubs in a South African context.
2008, 3rd International Conference on ELearning: Icel, s. 273-282. ISBN 978-1-90663804-7 (print).
[11] KALHOUS, Z., OBST, O. a kol. Školní
didaktika. 2009, Praha: Portál, s. 447. 2. vyd.
ISBN 978-80-7367-571-4 (print).
[12] Turek, I. Didaktika. 2008, Bratislava: IURA
EDITION. 1. Vyd. ISBN 978-80-8078.198-9
(print).
II.
1) [8] Švaříček, R., Šeďová K. a kol.
Kvalitativní výzkum v pedagogických vedách.
2007.
Mgr. Karolína Mayerová,
Mgr. Michaela Veselovská,
Katedra základov a vyučovania informatiky
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK
Mlynská dolina
842 48, Bratislava, SR
E-mail: [email protected]
[email protected]
Www pracovisko:
http://www.edi.fmph.uniba.sk
In: Praha: Portál, s. r. o., 384 str. 1. vyd. ISBN
978-80-7367-313-0(print).
[9] Rocha Neves, O. Mota Alves, J. Ramos J. An
8 Year Old Educational Robotics Program –
Structure, Methodology and Goals. 2011, D.
Obdržálek and A. Gottscheber: EUROBOT 2011,
s. 236–247. 1. vyd. ISBN 978-3-642-21975-7
(print).
57
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
MODERN APPROACHES TO TEACHING PROGRAMMING
Rostislav FOJTÍK
Abstract: The article bases from practical experience of the author teaching programming on
secondary and tertiary level of education. The aim is to show suitable methods in teaching of objectoriented programming. The results of the surveys in primary and secondary schools, we can say that
the teaching of programming and algorithms are not sufficiently exploited. The author tries to find
most frequent problems of this teaching and at the same time its subjects matter and methods in
generally use and present some suggestions of possible solution.
Key words: object-first, object-oriented programming, teaching programming.
MODERNÍ PŘÍSTUPY K VÝUCE PROGRAMOVÁNÍ
Resumé: Cílem příspěvku je představit vhodné moderní způsoby výuky programování. Podle
výsledků provedených průzkumů na základních a středních školách je možné konstatovat, že výuka
programování a algoritmizace není dostatečně využívaná. Případně se používají méně vhodné postupy
a metodiky pro výuku programování. Na základě provedených experimentů ukazuje příspěvek
možnosti výuky programování metodikou object-first, její výhody i úskalí. Výběr příhodných postupů
při výuce a vhodných vývojových nástrojů.
Klíčová slova: object-first, objektově orientované programování, výuka programování.
1 Úvod
Výuka algoritmizace a programování prochází
v současné době velkými změnami, které se snaží
reagovat na dynamický rozvoj softwarového
průmyslu. Dříve využívané metodické postupy,
modely vývoje či programovací jazyky
nedostačují aktuálním potřebám.
Učitelé se mnohdy ptají, který programovací
jazyk je vhodný pro výuku programování. První
otázka při vytváření kurzu programování by se
však neměla týkat programovacího jazyka, ale
výběru vhodného paradigmatu a cíle kurzu. Je-li
cílem naučit studenty vytvářet algoritmy a
logicky přemýšlet, jeví se jako nejvhodnější
mikrosvěty, například Karel nebo Logo. Tyto
nástroje jsou přehledné, jednoduché a velmi
názorné. Studenti vidí pomocí grafického
znázornění výsledky svého postupu. Nástroje
nevyžadují dlouhou fázi učení pravidel jazyka
a uživatele se mohou skutečně zaměřit na tvorbu
algoritmů a jednoduchých programů. Neztrácejí
se ve složitostech a konkrétních detailech jazyka.
Je-li však cílem výukového kurzu naučit
studenty programovat a to tak, aby se jejich
znalosti a dovednosti daly využít následně i
v praxi, je potřeba nejprve vybrat vhodné
paradigma. V současné době je nejrozšířenějším
objektově orientovaný přístup. Nové přístupy
v oblasti programování však vyžadují rovněž
nové metodické postupy ve výuce. [7]
2 Jak se v současnosti vyučuje programování?
Rámcový vzdělávací program pro gymnázia
obsahuje jen velmi obecně popsané kompetence
v oblasti
algoritmizace
a programování.
V dokumentu se nacházejí pouze pojmy
algoritmus,
zápis
algoritmů,
úvod
do
programování. [8]
Podíváme-li se do požadavků potřebných pro
složení společné části maturitní zkoušky v oblasti
informatiky, zjistíme, že v základní úrovní se od
žáků očekává jen schopnost vysvětlení pojmu
algoritmus, jeho základní
vlastnosti a
algoritmizovat jednoduchou úlohu. Nejedná se
tedy o znalosti a dovednosti v oblasti
programování,
ale
pouhé
algoritmizace.
V takovém případě není nutné vyučovat
programování pomocí programovacích jazyků,
ale jde využít například mikrosvěty. U vyšší
úrovně maturitní zkoušky již musí žák prokázat
znalosti a dovednosti skutečného programování
a jedním z požadavků je i znalost základů
objektově orientovaného programování. [4][5]
Výuka programování na mnoha středních
školách však neprobíhá podle současných
požadavků. Velká část pedagogů vyučuje
stejnými nebo velmi podobnými přístupy jako
byli učeni sami v době svého studia. Problém je,
že současné nároky na vývoj programů se značně
změnily.
Dříve
nejběžnější
procedurální
58
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
paradigma a přístup imperative-first nebo
algorithm-first mnohdy nedostačují. Zvláště je to
vidět u v současnosti velmi využívaného
objektově orientovaného programování (OOP).
Mnozí vyučující uplatňují nejprve klasicky
procedurální přístup a teprve následně se začínají
věnovat principům objektově orientovanému
programování. Tento přístup však u mnohých
studentů vytváří nevhodné návyky, které se
obtížně odstraňují. Z praktických zkušeností na
Katedře informatiky a počítačů Ostravské
univerzity vyplývají následující poznatky.
Studenty přicházející ze středních škol můžeme
rozdělit na tři skupiny. První skupinou jsou
studenti, kteří jsou výukou programování
nedotčeni. Druhá skupina pochází ze škol, kde se
programování věnovali, ale vzhledem k malé
hodinové dotaci jen v omezené míře. Do poslední
skupiny patří studenti, ze škol, které věnují
programování samostatný předmět. V dobách,
kdy se v předmětu věnovanému základům
programování využíval programovací jazyk
Pascal a imperativní přístup, se mezi studenty ve
velké míře objevovaly dále popsané chyby a
špatné návyky. Pro první skupinu studentů bylo
typické,
že
se
potýkala
hlavně
s
programovacím jazykem a jeho pravidly. Většinu
času věnovali studenti zvládnutí syntaxe a na
samotné algoritmy jim nezbýval dostatek energie.
Pro druhou skupinu studentů bylo naopak
mnohdy charakteristické velké
množství
nevhodných návyků. Mnoho studentů z této
skupiny programování považovalo za velmi
složité a mělo pocit, že jej nemohou nikdy
pochopit.
Studenti
vycházeli
obvykle
z dosavadních nedobrých zkušeností, které byly
způsobeny špatným výběrem programovacího
jazyka, vývojového nástroje, nekvalitními a málo
názornými příklady a nedostatkem času
na výuku. Další problémy nastaly v navazujících
předmětech, které byly zaměřeny na objektově
orientované programování. Studenti museli
zvládnout nový programovací jazyk a hlavně
nové paradigma, které od nich vyžadovalo
zásadně jiný přístup v návrhu programů. Situace
se výrazně změnila v okamžiku, kdy úvodní kurz
zaměřený na základy programování se začal
vyučovat pomocí programovacího jazyka Java
a byl doplněn o objektově orientované
paradigma.
Dosavadní zkušenosti s výukou programování
ukazují, že mezi obvyklé chyby studentů, kteří se
učí programování nejprve pomocí klasického
přístupu a teprve pak objektového, patří:
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
- přemýšlí hlavně o kódu – jazyku, ne o řešení
problému,
- studenti mají tendenci vytvářet monolitická
řešení, ve kterém spojují funkční logiku,
strukturu a uložení dat s uživatelským
rozhraním,
- nedostatečné využívání návrhových vzorů,
- nevhodné používání globálních proměnných
uvnitř podprogramů,
- již na počátku se snaží řešit nejdetailnější
problémy,
- vytvářejí velké třídy s moha kompetencemi,
- třídy obsahují nevhodné kompetence.
Podíváme-li se na tematické plány předmětů
programování na středních školách, najdeme dost
často následující schéma. Začátek je věnován
algoritmizaci,
pak
následuje
popis
programovacího jazyka. Jednotlivá témata
vysvětlují syntaktická pravidla jazyka. Žáci se
dozví o jednotlivých datových typech, vytváření
proměnných, operátorech, co jsou to cykly,
podmínky, pole a podobně. Na konci (pokud na
to vyjde čas) se věnuje výuka základům
objektového programování. Dozví se, co je třída,
objekt, dědičnost, polymorfismus. Žáci z tohoto
postupu získají pocit, že objektové programování
je jen určitá nadstavba jazyka. Jedním z důvodů
tohoto postupu výuku je rovněž zaměření
učebnic. Podíváme-li se na nabídku knihkupectví
v sekci programování, zjistíme, že velká část knih
je zaměřena na programování v konkrétním
jazyce. V úvodních kapitolách se autoři věnují
datovým typům, od těch primitivních až po ty
složitější a strukturované, dále jsou na mnoha
stránkách popisovány základní řídící struktury,
práce s poli, přístup k souborům, vytváření
programových modulů a podobně. Popis všech
pravidel konkrétního jazyka zabírá mnoho
desítek až stovek stránek. O analýze a návrhu
programu, návrhových vzorech a vhodných
programovacích postupech se kniha zmiňuje
často jen velmi okrajově nebo vůbec ne. Nezbývá
na ně místo! Místo učebnic programování se pak
tisknou spíše referenční manuály pro konkrétní
programovací jazyk. Taková učebnice je vhodná
pro člověka, který umí programovat a potřebuje
zvládnout nový programovací jazyk. Ke škodě
věci se pak velmi často podobným způsobem
vyučuje programování a učitele si knihu berou
jako vzor postupu výuky. Hlavní důraz je kladen
na zvládnutí syntaktických pravidel a úskalí
vybraného programovacího jazyka.
Než učitel sestaví tematický plán, měl by si
ujasnit cíl výuky programování:
59
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- Naučit základům algoritmizace – zde je
vhodné využívat jednoduché a názorné
prostředky, jako jsou například mikrosvěty.
- Zvládnout konkrétní jazyk – žáci už znají
základy programování a vzhledem k profilu
absolventa daného studijního oboru mají
zvládnout konkrétní programovací jazyk.
- Naučit se programovat podle moderních
měřítek – to znamená zaměřit se na
objektově orientovaný přístup, který je
uplatňován v současné praxi nejčastěji.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
Druhou
zkoumanou
skupinou
bylo 71 základních škol a 15 víceletých
gymnáziích (nižší stupeň). Z tohoto počtu jen
32 % respondentů zařadilo do svých tematických
plánů v rámci předmětu výpočetní technika nebo
v zájmovém kroužku výuku programování. 22 %
respondentů
vyučovalo
programování
v dřívějších
dobách
a
zbylých
46 %
programování nevyučovalo ani nevyučuje.
Jedním z důvodů malého zastoupení výuky
programování je i nadále nedostatečná aprobace
vyučujících. Stále jen malá část učitelů má
informatiku jako svou původní aprobaci (pouze
15 % respondentů). Více učitelů informatiku
absolvovalo v rámci některé z forem rozšiřujícího
studia (30 % respondentů) nebo učí informatiku
neaprobovaně.
3 Průzkum na základních a středních školách
Hlavním cílem průzkumu bylo zjistit, jakým
způsobem přistupují základní a střední školy
k výuce programování. Zda zařazují do svých
tematických plánů výuku algoritmizace a
programovaní, jaká vývojová prostředí a jaké
metodiky využívají ve výuce. [2][3] První
samostatně
zkoumanou
skupinou
bylo
63 středních škol v Moravskoslezském kraji,
z nichž 84% uvedlo, že se věnuje výuce
programování. Nejčastěji využívaným jazykem
byl Pascal. Na odpovědích je bohužel vidět, že
někteří učitelé si pletou vývojové prostředí
s programovacím jazykem. Příkladem může být
vývojový nástroj Delphi, který přes 10 %
respondentů mylně považuje za programovací
jazyk.
Výuka
programování na ZŠ
33%
Jaké programovací jazyky se vyučují na Vaší škole?
20%
15%
Obr 2: Výuka programování na ZŠ
Pro
výuku
základů
algoritmizace
a programování používá 33 % dotazovaných
základních škol mikrosvěty. Jedná se o
jednoduché a většinou uzavřené vývojové
nástroje, jejichž hlavní výhodou je jednoduché
ovládání a hlavně velká názornost. Tyto nástroje
jsou mnohdy uzpůsobeny pro menší děti, ale dají
se úspěšně aplikovat i na střední škole. Nejčastěji
jsou používané Logo, Karel a Baltík.
10%
5%
C
C#
Ja Ja
va va
Sc
rip
Pa
sc HT t
a
M
Vi
l
su (O L
al bje
Ba ct
sic )
.N
et
Fl
a
La sh
za
ru
Py s
th
Ja
V
zy
isu on
ky
Vi al C
pr
su
o
al #
ov
C+
la
da
ni XH +
CN TM
C
L
st
r ..
.
0%
ca
De l
lp
hi
Vi
su C+
+
al
Ba
sic
PH
P
v předmětu
povinném
pro
všechny
žáky
28%
25%
Počet škol
18%
21%
30%
Pa
s
http://jtie.upol.cz
Programovací jazyky
Obr 1: Využití programovacích jazyků na
koumaných středních školách.
Jeden z hlavních důvodů využívání jazyka
Pascal (případně novější varianty Object Pascal)
je to, že se učitelé sami pomoci něj učili
programovat. Je otázkou nakolik je jazyk Pascal
vhodný pro moderní výuku programování. Je
potřeba si uvědomit, že přestože Niklaus Wirth
koncipoval začátkem 70.let minulého století jako
jazyk pro výuku, byl to jazyk poplatný hlavně
tehdejším požadavkům. Nezahrnoval objektově
orientovaný přístup, který byl zaveden do jazyka
až mnohem později, a to mnohdy ne úplně
vhodným způsobem.
60
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
67%
9%
13%
2%
2%
Obr 3: Využití mikrosvětů
programování na ZŠ.
Baltík
ve
http://jtie.upol.cz
a nevěnovala se jim hlavní pozornost. Vzhledem
k omezenému času to nebylo ani možné. Hlavní
důraz při výuce byl kladen na pochopení
objektově orientovaného přístupu, konstrukci
tříd, vztahů mezi objekty, využití návrhových
vzorů a tvorba správné architektury.
Při rozhodování o výběru programovacího
jazyka byl vybrán pro kontrolní i experimentální
skupinu programovací jazyk Java. Jeho vlastnosti
v současné době vyhovují výuce:
- umožňuje objektově orientovaný přístup,
- možnost využít jazyk přímo v praxi je pro
studenty motivující. Většina studentů nerada
pracuje s programovacími jazyky, které jsou
určeny pouze k výuce či teoretickému
bádání,
- jazyk je jednodušší než C++,
- syntaxe jazyka je podobná jako u jazyků C,
C++, C# a některých dalších často
využívaným programovacích a skriptovacích
jazyků,
- ke grafickému znázorňování tříd a jejich
vztahů lze využit pro výuku vhodné
prostředí BlueJ,
- je k dispozici zdarma kvalitní vývojov0
prostředí (v kurzech byly využit nástroj
NetBeans).
Výuka v experimentální skupině byla
prováděna hlavně pomocí řešení konkrétních
problémů a programů. Cílem nebylo vytvářet
komplexní a dokonalé programy, ale ukázat
možné objektově orientované postupy. A to
mnohdy i za cenu velkého zjednodušení
problému a následného řešení. Vytvářet složité
a rozsáhlé kódy by nebylo vhodné a jen velmi
obtížně by se realizovalo ve výuce s takto
nevelkou časovou dotací. Naopak veliký důraz
byl kladen na diskusi a komunikaci mezi všemi
účastníky výuky. Při řešení jednotlivých úkolů
bylo nejprve využito grafického znázornění
problému a teprve pak následovalo psaní
samotného kódu. Grafické znázornění je velmi
důležité a usnadňuje studentům pochopení řešení.
Velmi důležitou roli hrály vhodně zvolené
příklady a problémové úkoly. Jejich příprava
a hlavně vymýšlení je velice obtížné. Příklady,
které studenti během výuky řeší, musí často
splňovat téměř protichůdné požadavky:
- musí být dostatečně komplexní, aby
dostatečně pokryly řešenou oblast,
- měly by sloužit jako vzor pro řešení
reálných problémů,
- měly by mít alespoň částečnou spojitost
s reálným využitím, neměly by to být pouze
„příklady pro příklady“,
Využití mikrosvětů
při výuce
programování na ZŠ
7%
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
výuce
4 Experiment
Katedra informatiky a počítačů Ostravské
univerzity se snaží pravidelně pořádat kurzy
výuky programování pro zájemce z řad studentů
středních škol. Hlavním cílem je seznámit
účastníky s moderními vlastnostmi programování
s důrazem na objektově orientovaný přístupu.
V rámci výuky byl proveden pedagogický
experiment. Pro studenty byly připraveny dva
kurzy v rozsahu 20 hodin prezenční výuky
a materiály pro samostudium. Každého kurzu se
zúčastnilo od 12 do 28 středoškolských studentů.
Jejich znalosti programování byly na různé
úrovni. Třetina studentů se zatím neučila žádný
programovací jazyk. Zbylá část studentů uměla
základy jazyka C nebo Pascal. Alespoň základy
objektově orientovaného programování znalo jen
několik studentů. Jediný náznak objektově
orientovaného přístupu měli studenti, kteří při
výuce na své škole využívali vývojový nástroj
Delphi. Ale i ti o třídách a objektech věděli jen
velmi málo. Hlavní důraz jejich výuky byl
zaměřen spíše na využití grafických komponent
a návrh grafického rozhraní aplikace. Při svých
programech většinou nevyužívali architekturu
Model-View-Controler.
V kontrolní skupině byla výuka vedena
tradičními postupy. Jednotlivá setkání byla
nejprve věnována vlastnostem programovacího
jazyka
Java,
syntaktickým
pravidlům,
jednoduchým a strukturovaným datovým typům,
řídícím strukturám jazyka a podobně. Teprve
v závěru se výuka věnovala základům objektově
orientovaného jazyka. Experimentální skupina
byla po nezbytném úvodu hned seznamována
s paradigmatem
objektově
orientovaného
programování. Metodika výuky vycházela
z přístupu Object-First. [1][6] Syntaktická
pravidla se „dovysvětlovala za pochodu“
61
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- jejich
řešení
nesmí
být
rozsáhlé
a komplikované natolik, že se v čase
vyučovací hodiny nedají vyřešit.
Přestože účast studentů na seminářích nebyla
povinná, byla docházka většiny z nich překvapivě
dobrá.
K vyhodnocení
byly
použity
metody
pozorování a interview se studenty. Při srovnání
obou skupin bylo pomocí pozorování zjištěno, že
účastníci kontrolní skupiny lépe zvládli
syntaktická pravidla programovacího jazyka Java
a některé algoritmické konstrukce. Vzhledem
k omezené časové dotaci, však ani znalosti
účastníků kontrolní skupiny nebyly dostatečné
k tomu, aby žáci mohli okamžitě tvořit reálné
projekty. To by vyžadovalo další hodiny výuky a
samostudia. V kontrolní skupině bylo možné
pozorovat velké rozdíly mezi studenty, kteří se na
své střední škole programování věnovali a
studenty, kteří doposud, žádný programovací
jazyk neznali. Všichni studenti kontrolní skupiny
však oproti členům experimentální skupiny
nedostatečně pochopili základy objektově
orientovaného přístupu, činilo jim větší potíže
definovat třídy, objekty, vztahy mezi nimi a
hlavně mnohem hůře rozuměli praktickému
využití OOP. V experimentální skupině se často
ukazovalo, že předchozí znalosti programování
nemusí být výhodou. Naopak občas studenti měli
problém změnit způsob uvažování.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
porozumět
programů.
analýze,
http://jtie.upol.cz
návrhu
a
architektuře
6 Literatura
[1] BENNEDSEN, J., SCHULTE, C. What does
“Objects-First” Mean?, Proc. Seventh Baltic Sea
Conference on Computing Education Research,
Finland
2007,
[online]
http://crpit.com/confpapers/CRPITV88Bennedse
n.pdf
[2] FOJTÍK, R., JIRÁSKOVÁ, D. Programování
na základních a středních školách. Objekty 2009.
Gaudeamus, Univerzita Hradec Králové, 2009.
s. 75-83. ISBN 978-80-7435-009-2
[3] FOJTÍK, R., DROZDOVÁ, M. Teaching of
programming at secondary schools. ICTE 2009.
Ostrava: University of Ostrava, 2009. s. 77-81.
ISBN 978-80-7368-459-4
[4] Katalog požadavků zkoušek společné části
maturitní
zkoušky,
Zkušební
předmět:
Informatika, vyšší úroveň obtížnosti, Centrum pro
zjišťování výsledků vzdělávání, Praha 2010
[5] Katalog požadavků zkoušek společné části
maturitní
zkoušky,
Zkušební
předmět:
Informatika, základní úroveň obtížnosti, Centrum
pro zjišťování výsledků vzdělávání, Praha 2010
[6] PECINOVSKÝ, R. Jak efektivně učit OOP.
Tvorba softwaru 2005, ISBN 80-86840-14-X.
[7] PECINOVSKÝ, R. Výuka programování
podle metodiky Design Patterns First, Tvorba
software 2006, ISBN 80-248-1082-4
[8] Rámcový vzdělávací program pro gymnázia,
Výzkumný ústav pedagogický, Praha 2007,
ISBN 978-80-87000-11-3
5 Závěr
Současné požadavky na programátorské
dovednosti se postupně mění. Programátoři
v praxi stále více potřebují správně chápat
objektově orientovaný přístup v oblasti návrhu a
tvorby programů. Proto již nestačí vyučovat
programování
s hlavním
důrazem
na algoritmizaci a zvládnutí programovacího
jazyka. Praktické zkušenosti z výuky ukazují, že
metodika Object-First je vhodnější pro získání
správných návyků a kvalitnější pochopení
problematiky
objektově
orientovaného
programování. Pro studenty je důležité správně
Mr. Rostislav Fojtík, PhD.
Katedra informatiky a počítačů
Přírodovědecká fakulta UO
30.dubna 22
701 00, Ostrava, ČR
Tel: +420 603 167 768
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: http://prf.osu.cz/kip/
62
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
CONTINUOUS PROFESSIONAL DEVELOPMENT ORIENTATION IN THE
FIELD OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY
Ondřej NEUMAJER
Abstract: The paper summarizes results of the research in which the analysis of submitted applications
for accreditation in the continuous professional development of teachers dealing with information and
communication technologies (ICT) was realised. These applications for accreditation are tracked
separately: educational programs on basic ICT literacy, the ICT methodology, pedagogical
documentation and programs dealing with computer science, programming and algorithms. The results
should help in designing and shaping the new career system of continuous professional development
of teachers.
Key words: continuous professional development, information and communication technologies,
computer science, research, didactics, career professional development
ZAMĚŘENÍ DALŠÍHO VZDĚLÁVÁNÍ UČITELŮ V OBLASTI ICT
Resumé: Příspěvek shrnuje výsledky výzkumu, ve kterém byla provedena analýza předkládaných
žádostí o akreditace dotýkajících se problematiky informačních a komunikačních technologií
v systému dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků. Analýza databáze žádostí akreditační
komise MŠMT na podzim 2012 umožňuje zmapovat kompletní nabídku vzdělávání, která je posléze
předkládána učitelům v celorepublikovém kontextu. Odděleně jsou sledovány vzdělávací programy
zaměřené na podporu základní ICT gramotnosti, didaktiku práce s ICT, vedení pedagogické
dokumentace a programy zabývající se informatikou, programováním a algoritmizací. Analýza
nabídky by měla posloužit při rozhodování o směrování a formování kariérního systému dalšího
vzdělávání.
Klíčová slova: další vzdělávání pedagogických pracovníků, ICT, informatika, výzkum, didaktika,
kariérní systém
vzdělávání
pedagogických
pracovníků
z prostředků státního rozpočtu, které jsou
za tímto účelem školám k dispozici.
Pro ilustraci trendu vývoje posledních let je
možné citovat z poslední výroční zprávy České
školní inspekce za školní rok 2010/2011 [1],
ze které vyplývá, že průměrná roční částka na
jednoho pedagogického pracovníka určená na
DVPP byla v roce 2010 pro mateřské školy
537 Kč, pro základní školy 715 Kč a pro střední
školy 472 Kč. Oproti předchozímu roku se
fakticky jednalo v průměru o pokles na polovinu.
Výzkum zaměření dalšího vzdělávání učitelů
v oblasti ICT proběhl v návaznosti na výzkum
realizovaný autorem v první polovině roku 2012,
který se zabýval strukturou nabídky vzdělávacích
programů z hlediska jejich pokročilosti, resp.
inovativnosti [2].
Základní
použité
charakteristiky (zejm. rozdělení žadatelů
do příslušných kategorií) použité v tomto
výzkumu byly využity i nyní.
1 Úvod
Příspěvek
se
zaměřuje
na
některé
charakteristiky současné nabídky vzdělávání
pedagogických
pracovníků
v oblasti
informačních a komunikačních technologií (ICT),
které mohou učitelé regionálního školství
využívat pro svůj profesní rozvoj.
2 Systém dalšího vzdělávání
Další vzdělávání pedagogických pracovníků
(DVPP) vychází ze Zákona o pedagogických
pracovnících č. 563/2004 Sb. a z vyhlášky
317/2005 Sb. o DVPP, akreditační komisi
a kariérním systému pedagogických pracovníků.
Požádat
Ministerstvo
školství,
mládeže
a tělovýchovy (MŠMT) o akreditaci vzdělávacího
programu může každá organizace, která splní
požadované kvalifikační předpoklady. Její žádost
s podrobným rozpisem vzdělávacích programů
následně projde posouzením akreditační komise
MŠMT. Důvodem vzdělavatelů pro podání
žádosti o udělení akreditace je možnost škol
a školských zařízení hradit takto akreditované
3 Kategorie vzdělávacích programů
63
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Akreditační komise DVPP jedná pětkrát
v průběhu školního roku, tedy každý jeho druhý
měsíc. Komise je rozdělena do několika
subkomisí. Členům subkomise ICT jsou
přidělovány pouze takové žádosti, které
se dotýkají problematiky informatiky a ICT.
Akreditační komise zkoumá předloženou
žádost na základě kritérií, resp. jednotlivých
náležitostí žádosti. Požadované náležitosti jsou
uvedeny na webu MŠMT v sekci věnované
akreditacím [3]. Je důležité uvést, že nelze
zajistit, zda je obsah žádosti ve finále realizován
v té podobě, v jaké byl předložen k akreditaci.
Dodržení tohoto požadavku je zodpovědností
předkladatele.
Za účelem rozdělení žádostí dle obsahového
zaměření do skupin vytvořil autor výzkumu
následující čtyři kategorie:
kategorie
vzdělávacího
programu
1. vzdělávací
programy
podporující rozvoj
uživatelských
dovedností
(ICT gramotnost)
2. vzdělávací
programy zaměřené
na didaktiku práce
s ICT a výukové
ICT aktivity
3. vzdělávací
programy zaměřené
na informatiku,
zejm. algoritmizaci,
programování či
databáze
4. vzdělávací
programy zaměřené
na zajištění
administrativního
vedení pedagogické
dokumentace
za pomoci ICT
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
dokumentace s ICT atp.
Tabulka 1: Použitá kategorizace vzdělávacích
programů
Takto
pojatá
typologie
jednoznačně
nevyznačuje ostré hranice mezi jednotlivými
kategoriemi, ty mají nezřetelný předěl. Každá
žádost musí být posuzována individuálně,
univerzální jednoznačné vymezení vyjádřené
formou definice není prakticky možné stanovit.
V několika případech, ve kterých bylo obsahové
posouzení obzvláště obtížné, bylo při provádění
analýzy nutné přistoupit členy subkomise ICT ke
vzájemným konzultacím. Výsledkem takových
diskuzí pak je rozšíření jednotlivých kategorií
o příklady a komentáře (viz tabulka).
4 Parametry zkoumaného vzorku
Do zkoumaného vzorku byly zahrnuty
všechny žádosti, které subkomise ICT obdržela
na svém říjnovém jednání: jednalo o 286
vzdělávacích
programů,
které
předložilo
50 institucí. Toto množství představuje cca jednu
pětinu všech žádostí, které subkomise ICT v roce
2012 posuzovala.
Pro zjištění bližších informací o vazbě
poskytovatelů
vzdělávacích
programů
na charakter kurzů byli žadatelé o akreditaci
rozděleni dle právní formy a charakteru
zřizovatele do čtyř kategorií:
podíl
předklá
kategorie
příklad
daných
žadatele
program
ů
MŠ, ZŠ, SŠ,
škola
22 %
VOŠ, VŠ
příspěvková
NIDV, KVIC,
organizace
DDM, středisko
18 %
MŠMT či kraje
služeb školám
nevládní a
nestátní
organizace,
o. p. s., o. s. atp.
12 %
nezisková
organizace
komerční
a. s., s. r. o.,
48 %
společnost
OSVČ atp.
Tabulka 2: Žadatelé dle právní formy
a charakteru zřizovatele
příklady a komentáře
především základní
školení funkčních
dovedností, ovládání
základního software
a internetu (kancelářské
balíky, základy internetu
atp.), SIPVZ školení
úrovně Z, P0, psaní na
klávesnici, základy
počítačové grafiky atp.
tvorba digitálních
učebních materiálů
(DUM), práce
s interaktivní tabulí,
eTwinning, projektová
výuka s ICT, e-learning
programování v různých
programovacích
jazycích, semináře
k programovatelným
robotickým stavebnicím
atp.
práce se software
zaměřeným na vedení
pedagogické
dokumentace, školní
informační systémy,
internetovou prezentaci
školy, školní matriku,
výkaznictví, novou
legislativu dotýkající se
Pro srovnání může být zajímavé uvést, že
podíl zastoupení předložených vzdělávacích
64
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
programů státních a krajských (18 %)
a nestátních organizací (12 %) byl zcela
identický, jako v předchozích dvou jednáních
komise (v dubnu a červnu 2012). Rozdíly
v podílu předkládaných žádostí ale zaznamenaly
školy (snížení na 22 % v říjnu oproti 30 %
v dubnu a červnu) a komerční společnosti
(zvýšení na 48 % v říjnu oproti 40 %. v dubnu
a červnu). Zmenšení podílu žádostí škol na úkor
zvýšení podílu žádostí komerční společností
může být způsobeno letními prázdninami, tedy
obdobím, kdy učitelé čerpají povinně významnou
část dovolené a tudíž na přípravu vzdělávacích
aktivit nemají dostatek času. Pro další měsíce
nebyla statistika zpracována.
Obr. 1 Rozložení
vzdělávacích
do jednotlivých kategorií
1základ
ní…
2didakt
ické…
programů
Téměř polovina (47 %) všech předložených
vzdělávacích programů jsou ty, které podporují
rozvoj uživatelských ICT dovedností, tedy to, co
je zpravidla označováno jako ICT gramotnost.
37 % ze všech žádostí tvoří vzdělávací programy
zaměřené na didaktiku práce s ICT a výukové
ICT aktivity. Mezi nimi jednoznačně převažují
vzdělávací programy zaměřené na vytváření
digitálních učebních materiálů (DUM) a práci
s interaktivní
tabulí.
Hlavním
důvodem
způsobujícím masivní akcentaci těchto seminářů
a workshopů způsobil probíhající dotační
program MŠMT EU peníze školám (Oblast
podpory 1.4 – zlepšení podmínek pro
vzdělávání).
Ten
přinesl
mimopražským
základním školám 4,2 a středním školám
1,4 miliard Kč, z čehož téměř polovina byla
směrována na ICT šablony [4].
Při hlubším zkoumání obsahu vzdělávacích
programů, které svým deklarovaným zaměřením
http://jtie.upol.cz
spadají do této kategorie, lze dojít k závěru, že
ve skutečnosti je z nich jen malá část skutečně
věnována uplatňování didaktických zásad při
tvorbě učebních materiálů. Významná část těchto
vzdělávacích programů se ve svých cílech
a postupech zaměřuje na popis technických
vlastností nástrojů pro vytváření daných
materiálů (nejčastěji DUM, objektů SMART
Notebook či ActivInspire) a jen okrajově
na samotné didaktické zásady a charakteristiky
vzniku takových materiálů. Tyto vzdělávací
programy ve své většině učí učitele obecně
pracovat s autorskými nástroji, nežli aby jim
zprostředkovávali a přibližovaly didaktické
aspekty tvorby materiálů.
Vzdělávací
programy
zaměřené
na
informatiku, algoritmizaci, programování či
výuku databází jsou zastoupeny 15 %. Zbylé
jedno procento náleží vzdělávacím programům
soustřeďujícím se na zajištění administrativního
vedení pedagogické dokumentace za pomoci
ICT. Mezi ně zpravidla patří práce se školními
informačními systémy či vytváření internetových
prezentací škol. Jistým překvapením je
skutečnost, že jediné dva vzdělávací programy
v této
kategorii
nepředložily
komerční
společnosti (např. autoři daných software), ale
státní a krajské organizace. Tento fakt může být
ale ovlivněn malým počtem žádostí v této
kategorii vzdělávacích programů.
Rozložení
vzdělávacích programů do
jednotlivých kategorií dle skupin jednotlivých
žadatelů je patrné z následujícího grafu:
5 Výsledky výzkumu
Zjištěné zastoupení jednotlivých kategorií
vzdělávacích programů je patrné z následujícího
grafu:
4veden
í…
3infor
mati…
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
100%
0%
1 - základní
2 -3didaktické
- ICT
4informatika,
- vedení
gramotnost
využití
ped.
algoritmizace,
dokumentace
ICT
… s ICT
Škola
Nestátní organizace
Státní či krajská organizace
Firma
Obr. 2 Rozložení do jednotlivých kategorií dle
skupin jednotlivých žadatelů
Graf ilustruje nerovnoměrné zastoupení
ve struktuře nabídky jednotlivých kategorií ICT
vzdělávání poskytovateli vzdělávání. Komerční
společnosti nabízejí především vzdělávání
v základních uživatelských dovednostech a se
zvyšující se didaktickou složitostí či odborností
vzdělávacích programů klesá i rozsah jejich
nabídky. Naopak nestátní a neziskové organizace
65
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
se nejvíce zaměřují na problematiku informatiky
a algoritmizace.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[3]
Akreditace
v systému
DVPP.
Praha: Ministerstvo
školství,
mládeže
a tělovýchovy,
2012.
Dostupné
on-line
http://www.msmt.cz/vzdelavani/akreditace-vsystemu-dvpp.
[4] Tisková zpráva. Program „EU peníze
školám“ zaznamenal úspěch. Praha: Ministerstvo
školství, mládeže a tělovýchovy, 16. 10. 2012.
Dostupné
on-line
http://www.msmt.cz/strukturalni-fondy/programeu-penize-skolam-zaznamenal-uspech.
[5] RAMBOUSEK, V., HUSTOPECKÝ, J.,
NEUMAJER, O.,
MUDRÁK, D.
PROCHÁZKA, J.,
ŠTÍPEK, J.
Výzkum
informační výchovy na základních školách.
Praha: Koniáš, 2007. 360 stran. ISBN 80-8694810-2.
[6] STARÝ, K., DVOŘÁK, D., GREGER, D.,
DUSCHINSKÁ, K. Profesní rozvoj učitelů.
Podpora učitelů pro zlepšování výsledků žáků.
Praha: Karolinum, 2012. ISBN 978-80-2462087-9.
6. Význam analýzy
Provedená obsahová analýza předkládaných
vzdělávacích programů přináší výsledky, které
mohou být zajímavé například pro žadatele
o akreditaci vzdělávacích programů a směrování
jejich vzdělávací nabídky pedagogickým
pracovníkům. Především by ale měly být
podkladem pro odborný diskurz o směrování
institucionalizovaného
systému
dalšího
vzdělávání pedagogických pracovníků. Autor si
není vědom žádné jiné analýzy vzdělávací
nabídky realizované v systému DVPP a to nejen
v oblasti ICT. Pro jednání o změnách v kariérním
systému pedagogických pracovníků by mělo být
například důležité zjištění, že pouhých
22 % předkládaných vzdělávacích programů
pochází od škol (mateřských, základních,
středních, vyšších odborných a vysokých).
7 Literatura
[1] Výroční zpráva ČŠI za školní rok 2010/2011.
Praha: Česká školní inspekce. 2012. Dostupné
on-line
http://www.csicr.cz/cz/Dokumenty/Vyrocnizpravy/Vyrocni-zprava-CSI-za-skolni-rok-20102011.
[2]
NEUMAJER, O.
Výzkum
struktury
vzdělávání učitelů v oblasti ICT v roce 2012
in Sborník
mezinárodní
konference
ICT
ve vzdělávání. [v tisku]. Olomouc: UPOL, 2013.
PhDr. Ondřej Neumajer, Ph.D.
Katedra informačních technologií a technické
výchovy
Pedagogická fakulta UK
M. D. Rettigové 4
116 39 Praha 1
Tel: +420 602 763 275
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: http://it.pedf.cuni.cz/
66
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
COMPUTER SCIENCE TASKS AND TOPICS AS A PART OF ICT
CURRICULA IN THE EYES OF PUPILS AND TEACHERS
Jiří VANÍČEK
Abstract: Last years, the trend of reintroducing into teaching of information and communication
technology not only topics of digital literacy, but also topics from the basics of computer science is
emerging in many countries. Czech national school documents disregards these topics and narrow it to
digital literacy and handling with applications and information on the Internet. Consequently, Czech
primary and secondary schools in global do not produce people prepared for studying IT subjects at
the universities. One of projects how to introduce informatics tasks into schools is a Bebras contest, in
Czech Bobřík informatiky. A research among participants of the contest has been realized. His
research task was to answer questions how teachers and their students take in computer science
problems, whether perceive contest tasks as informatical and which tasks are taken in as easy, difficult
or inappropriate. The results show that neither students nor their teachers are not clear which problems
are solved by computer science, they take informatics as a work with computer or software handling
and mark pure informatical problems as non-informatical. Task in which reading and analyzing the
code, understanding different representations and structures of information is necessary are very
difficult for students. The questing is arising how well are future IT university studnets are prepared at
schools.
Key words: ICT education, computer science topics, informatics contest, Beaver of informatics
INFORMATICKÉ ÚLOHY A TÉMATA JAKO SOUČÁST KURIKULA ICT V OČÍCH
ŽÁKŮ A UČITELŮ
Abstract: V poslední době lze v řadě zemí pozorovat příklon k zavádění informatických témat do
školního kurikula výuky informačních a komunikačních technologií. České školské dokumenty dosud
tuto oblast spíše upozaďují a omezují na výuku digitální gramotnosti pomocí uživatelského ovládání
aplikací a práce s informacemi na Internetu. V důsledku pak české základní a střední školství
neprodukuje absolventy, kteří by byli připraveni studovat informatické obory na vysokých školách.
Jedním z projektů, jak do škol přivést otázky týkající se informatiky, je soutěž Bebras, v české verzi
Bobřík informatiky. Mezi účastníky soutěže probíhal výzkum, který měl zodpovědět na otázky, jak
žáci a učitelé vnímají informatické problémy, zda respondenti vnímají soutěžní úlohy jako
informatické, které úlohy jsou vnímány jako lehké, těžké či nepatřičné. Ukazuje se, že žáci ani jejich
učitelé nemají jasno, jaké problémy řeší informatika, informatiku vnímají jako práci s počítačem,
případně ovládání software, opravdové informatické problémy označují za neinformatické. Také
úkoly, v nichž je třeba číst a analyzovat kód, porozumět různým reprezentacím a strukturám informací
jsou pro žáky velmi obtížné. Je otázkou, nakolik kvalitně připravuje naše školství budoucí studenty IT.
Key words: Didaktika ICT, informatická témata, informatická soutěž, Bobřík informatiky
absolvent 1. stupně ZŠ umět ovládat počítač na
základní uživatelské úrovni.
V posledních letech můžeme ve světě
pozorovat jiné změny týkající se informačních
technologií, které mají dopad na školské
kurikulum. Jde o tendenci opětovně zařazovat do
výuky práce s počítačem nejen témata týkající se
digitální gramotnosti, ale též témata ze základů
informatiky. Již v roce 2003 v USA Tuckerův
výbor pro K-12 kurikulum z The Association for
Computing Machinery deklaruje, že „mezi cíle
informatického kurikula na základních a
1 Informatika ve výuce ICT na základních
školách
Výuka počítačů v České republice aktuálně
prochází změnami. Nový školský zákon z r. 2004
mimo jiné stanovil, že vzdělávací oblast
informační a komunikační technologie je jednou
z devíti vzdělávacích oblastí na základních
školách [1]. V České republice je tak povinně
vyučován předmět informační a komunikační
technologie (dále ICT), a to i na 1. stupni ZŠ.
Počínaje letošním školním rokem bude každý
67
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
středních školách patří zavedení všech základních
informatických pojmů pro všechny studenty, a to
od 1. stupně základních škol“ [2]. Stejný zdroj
požaduje, aby „před ukončením 5. ročníku bylo u
žáků rozvinuto jednoduché porozumění pojmu
algoritmus.“
Nejen v České republice se objevují statistiky
poklesu zájmu mládeže o technická témata. Např.
dokument OECD z r. 2006 uvádí „že mezi roky
1990 - 2005 relativně poklesl počet studentů
přírodních a technických oborů“ [3]. Na tento
trend reagují snahy o podporu přírodních věd ve
školách. Se snahou změnit trend odklonu
mládeže od technických disciplín souvisí snahy
etablovat informatiku (computer science) jako
pravou přírodovědeckou disciplínu. Iniciativa
Computing at School pokládá „informatiku za
čtvrtou přírodní vědu“, protože nám umožňuje
„porozumět přírodě a světu novými cestami
a protože rychle proniká do ostatních disciplín,
ovšem nejen svými možnostmi provádět výpočty,
ale zcela novým způsobem uvažování“ [4].
Jestliže tyto argumenty přijmeme, pak základy
informatiky mohou s využitím motivace dané
digitálními technologiemi pěstovat v žákovi
vědecké myšlení, stejně jako v ostatních
přírodních vědách.
Na otázku, ve kterém věku dítěte lze začít
vyučovat základy informatiky, stejný zdroj
odpovídá „Je zde silná analogie s ostatními
přírodními vědami. Bereme jako samozřejmost,
že každý žák by se měl naučit základní pojmy
(řekněme) fyziky ve 3. ročníku ZŠ ... Přesně
stejný vzorec můžeme aplikovat na informatiku“
[4].
V České republice se základy informatiky
v dokumentech o vzdělávání na 1. ani 2. stupni
ZŠ neobjevují. Pouze o výuce algoritmizace je v
RVP ve vzdělávací oblasti ICT zmínka, že
„vzdělávání vede žáka ke schopnosti využívat při
interakci s počítačem algoritmické myšlení“, ta
ovšem není promítnuta do učiva ani očekávaných
výstupů [1].
Jiný přístup najdeme v Británii, kde „vláda
nyní podporuje každou dobrou školu, aby
nabízela informatiku (computer science) jako
součást svého kurikula, a to již od 1. stupně ZŠ.“
[4]. Na Slovensku jsou informatická témata ve
výuce na 1. stupni zakotvena daleko pevněji,
neboť „informatika na 1. stupni ZŠ se skládá z
následujících pěti tematických celků:
1
informace kolem nás, 2 komunikace pomocí
digitálních technologií, 3 procedury, řešení
problémů, algoritmické myšlení, 4 principy
fungování digitálních technologií, 5 informační
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
společnost. [5] Z nich minimálně dvě témata jsou
orientována k základům informatiky jako
vědního oboru či propedeutice základních
informatických pojmů (stejný přístup můžeme na
českých školách vidět např. u matematiky).
V článku prezentujeme výsledky několika
dílčích výzkumů různé povahy. Pro přehlednost je
řadíme odděleně, u každého je popsána
metodologie, průběh a zjištění.
2 Postojový dotazník budoucích učitelů
informatiky
Je asi zřejmé, že běžnému učiteli základní
školy, který dostal na škole svěřenu „výuku
počítačů“ a vyučuje ji neaprobovaně, budou
podstatně bližší témata ovládání počítače před
základy algoritmizace nebo reprezentace
informací a jejich struktury. Nás zajímalo, zda lze
podobný postoj očekávat i u mladých, budoucích
učitelů, kteří studují obor a budou plně
kvalifikováni informatiku na ZŠ vyučovat.
V roce 2011 jsme provedli výzkum mezi
budoucími učiteli informatiky pro ZŠ, studenty
předposledního ročníku pedagogické fakulty. 26
respondentům byl zadán dotazník, týkající se 25
vyjmenovaných témat ve výuce počítačových
technologií:
- výpočty s tabulkami a grafy;
- hromadné zpracování dat, databáze;
- programování, algoritmizace;
- práce v textovém editoru;
- principy fungování počítače (binární
soustava, ukládání a přenos dat, jednotky
apod.);
- hardware počítače prakticky;
- autorské právo, právní souvislosti použití
sw;
- hardware a software teoreticky;
- práce s robotickými stavebnicemi;
- práce se soubory a složkami;
- práce s bitmapovou grafikou;
- práce s vektorovou grafikou;
- digitální fotografování a úpravy fotografií;
- ochrana počítače, virová problematika;
- digitální video, zvuk, grafika – stahování,
ukládání, přehrávání;
- pravidla typografie v textovém editoru;
- rizika Internetu, počítačová kriminalita;
- editace digitálního videa, zvuku;
- reprezentace dat pomocí grafů, diagramů;
- tvorba mentálních map;
- základní správcovství počítače (heslo, účty,
složky, úklid na disku, zálohování,
instalace);
68
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
techniky vyhledávání informací;
obsluha sociálních sítí, Web 2.0;
historické souvislosti počítačů;
počítačové hry.
V dotazníku se šestibodovou škálou (od
„vůbec ne“ po „zásadně ano“) respondenti
vyznačovali své stanovisko, jak důležité je dané
téma pro zařazení do výuky. Ve druhé části
dotazníku odpovídali opět v šestibodové škále,
nakolik se cítí být odborníky v dané oblasti (od
„netuším“ po „jsem expert“).
Ze zpracovaných výsledků uvádíme:
- Mezi nejvíce požadovanými tématy byla
práce se soubory a složkami, práce s texty a
pravidla typografie (tedy základní témata
ovládání počítače).
- Témata, která bychom označili za
informatická, byla v „žebříčku popularity“
spíše v dolní části, zatímco témata patřící k
digitální gramotnosti v horní části.
- odborníci.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
- Témata týkající se multimédií a grafiky jsme
v dotazníku rozdělili na dvě oblasti –
uživatelskou (stahování, přehrávání) a tvůrčí
(editace,
tvorba,
fotografování).
Ve
výsledcích se témata, trénující kompetence
tvůrčí povahy, umístila svojí důležitostí za
kompetencemi „konzumního“ charakteru.
- Učitelé sebe sama vidí jako odborníky
v tématech práce se soubory, s texty,
stahování a ukládání videa a zvuků; naproti
tomu se za odborníky nepovažují u témat
mentální mapy, robotické stavebnice,
historie a programování
- Ve výsledcích byla patrná korelace mezi
„znalostí tématu“ respondentem a jeho
označením za důležité téma. To by
znamenalo, že dotazovaní považují za
důležitější ta témata, v nichž se cítí jako
-
Obr. 1: Tematické celky informatiky a ICT, seřazené podle důležitosti pro výuku podle názoru učitelů
69
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Informatika a ICT je samozřejmě mladý obor,
který bude k řádnému ukotvení a vymezení svého
obsahu ve státních kurikulárních dokumentech
ještě potřebovat čas. Nyní je však důležité
uvažovat, jaké kompetence má mít absolvent,
např. maturant z informatiky. Naše zkušenosti
ukazují, že na vysoké školy se na informatické
obory hlásí uchazeči, kteří nejen nemají základy
oboru, ale ani nebyli školou vybaveni představou
o tom, jaké otázky tento obor zkoumá a jaké
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
metody používá. Nemálo uchazečů přichází s
představou, že se budou především zabývat
ovládáním aplikací. Cílením školní výuky ICT
především do oblasti digitální gramotnosti jsou
potenciální studenti oboru handicapováni,
protože si na rozdíl od matematiky a přírodních
věd ze školní výuky při tomto nastavení školního
kurikula nemohou udělat představu, jaké povahy
je studium informatiky.
Obr. 2: Bobřík informatiky, náhled soutěžního testu s interaktivní otázkou
republice se ve stejném roce zúčastnilo v pěti
věkových kategoriích přes 27 000 žáků od 4.
ročníku ZŠ po maturanty. [8]
Soutěž Bobřík informatiky spočívá v online
testu, sestávajícího z 15 otázek z informatiky
s výběrovými odpověďmi či s interaktivními
zadáními ve formě apletů, v nichž soutěžící myší
přemísťují nebo řadí objekty na obrazovce. Je
cílena na běžného bystrého žáka se zájmem o
počítače, charakterem příbuzná Matematickému
klokanovi.
Soutěž není zaměřena na informační
technologie ani na uživatelský přístup, preferuje
otázky z oblasti základů informatiky, tedy z
3 Informatická soutěž
Jako jednu z významných mezinárodních
aktivit, která prosazuje větší podíl informatiky v
základním a středním školství formou jdoucí
mimo školní kurikulum, můžeme zmínit soutěž
Bebras (anglicky Beaver of informatics) [6],
která je organizována pro žáky základních
a středních škol. Soutěž vznikla před devíti lety v
Litvě a v České republice se pořádá od r. 2008 a
proběhlo dosud pět ročníků. Zájmu o téma
soutěže svědčí každoroční značný nárůst počtu
zemí i soutěžících v této soutěži. Např. v r. 2012
se soutěžilo v 18 státech Evropy, v Japonsku,
v Kanadě a na Tchaj-wanu. [7]
V České
70
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
algoritmizace, porozumění informacím a jejich
reprezentacím, řešení problémů a matematických
a logických základů informatiky; jedním z témat
je digitální gramotnost. Otázky jsou vytvářeny v
konsorciu více než 20 zemí, jejichž odborníci na
didaktiku informatiky úlohy vymýšlejí, redigují,
oponují a národní organizátor pak vybírá ze
seznamu takto schválených otázek. Ve speciálně
vybraných úlohách, které musí každý stát
povinně zařadit do své národní soutěže, se otázky
z oblasti uživatelské za poslední roky nevyskytly
vůbec.
Domníváme se, že k atraktivitě soutěže
přispívá fakt, že je jedinou masovou školní
soutěží realizovanou pomocí počítačů, je
interaktivní, poskytuje soutěžícím velmi rychlou
zpětnou vazbu, podrobně komentuje všechny
chyby, které soutěžící udělal, vysvětluje správné
odpovědi. Soutěž také příliš nezatěžuje
administrativu školy (pokud si odmyslíme změny
v školním rozvrhu kvůli uvolnění počítačových
učeben).
Již zpočátku organizátoři stanovili jeden z cílů
soutěže Bobřík informatiky řekněme osvětový,
„ukázat žákům a také jejich učitelům šíři
informatické problematiky, která bývá často v
kurikulu jednotlivých škol zužována na
informační gramotnost“ [9], tedy přinést žákům
škol a jejich učitelům informatické otázky,
kterým se školní výuka příliš nebo zcela
nevěnuje. Za tím účelem byly ke komentářům ke
správným odpovědím jednotlivých úloh přidány
vysvětlující texty, co má daná otázka společného
s informatikou. Na webu soutěže byl vytvořen
archiv soutěžních testů s volným přístupem, v
němž je možno vyhledat libovolný soutěžní test z
minulých let a „zahrát si ho“ se vším komfortem
ostré soutěže. Testové otázky tak mohou sloužit
tréninku na vlastní soutěž i k výuce ve škole.
Znění všech otázek, odkazovaných či citovaných
v tomto článku, lze dohledat v archivu soutěže na
webu soutěže na adrese www.ibobr.cz.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
týkajícími se využívání soutěžních úloh mimo
soutěž a postoje učitelů k těmto otázkám.
Dotazník vyplnilo 104 školních koordinátorů,
tedy téměř polovina všech, kteří se soutěže
zúčastnili. Na otázku, nakolik využívají ve výuce
komentáře k otázkám, proč je otázka
informatická, 46 % respondentů odpovědělo, že
komentáře využívá ve své výuce, a to buď
individuálně s jednotlivými žáky, nebo
hromadným procházením otázek s celou třídou.
57 % dotazovaných učitelů odpovědělo, že
využívá archiv soutěže se soutěžními testy
z minulých let ve své výuce, a to jak k přípravě
žáků na národní kolo soutěže, tak při řádné výuce
informatiky (23 % odpovědí). Tedy více než
10 % zúčastněných škol používá soutěžní otázky
při výuce informatiky.
Klíčovou byla otázka, jaký postoj zaujímají
učitelé k soutěžním otázkám. Respondenti mohli
vybírat mezi šesti variantami odpovědí, z nichž
poslední tři, uvedené v seznamu níže, byly
vyhodnoceny jako nesouhlasné:
- nemám s nimi problém (odpověď vybralo
41 % respondentů)
- jsem rád, že si mohu svoji představu
o informatických
otázkách
porovnat
s představou jiných odborníků (18 %)
- poté, co se tyto otázky objevily, jsem upravil
svoji výuku tak, že také ukazují žákům, že i
toto je informatika (12 %)
- otázky by podle mého názoru měly být více
směřovány do konkrétních aplikací a
činností na počítači (8 %)
- žáci by uvítali více otázek z počítačového
prostředí (15 %)
- otázky mi vůbec nepřipadají informatické,
spíše matematické, logické (6 %)
Z odpovědí vyplývá, že téměř 30 % učitelů
považuje
informatické
otázky,
vybrané
mezinárodním týmem odborníků na didaktiku
informatiky,
jako
nějakým
způsobem
neinformatické (ať již vyslovili svůj názor nebo
se skryli za „vyjádření svých žáků“). To
podtrhují některé výpovědi dotazovaných v
otázce, co by na soutěži zlepšili, např. „žáci si v
po skončení testování nejvíce stěžovali na otázky,
které se nevěnovaly problematice informatiky,
ale daleko více logiky“.
Na druhou stranu, většina učitelů se nechá
ovlivnit a 12 % respondentů, kteří po zkušenosti
se soutěží sami změnili svoji výuku, je
potěšitelný počet.
4 Dotazník směřovaný k učitelům
Na setkáních organizátorů soutěže s učiteli se
projevil zájem učitelů o soutěžní otázky
informatické povahy. Nebylo ovšem zřejmé,
jestli tyto otázky vnímají jako směrodatné pro
výuku, zda mohou změnit nazírání žáků i učitelů
na to, co to jsou informatické otázky a problémy,
tedy co je také informatika. K ověření posloužil
elektronický dotazník pro školní koordinátory
soutěže, tedy pro učitele, kteří na svých školách
soutěž organizují. Učitelé byli osloveni v prosinci
2011 třemi otázkami s výběrovými odpověďmi,
71
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
5 Analýza soutěžních odpovědí a dotazník pro
soutěžící
Data z průběhu online soutěžení jsou ukládána
do databáze a poskytují tak bohatý materiál ke
zkoumání, které typy otázek soutěžícím vyhovují
a které jsou naopak velmi těžké. Chyběl však
srovnávací prvek, jak takovou obtížnost úloh
vnímají sami soutěžící. Proto byl v listopadu
2012 vytvořen dotazník pro soutěžící. Ti mohli
dobrovolně (a v závislosti na čase, který jim při
výuce po soutěžním testu zbýval) bezprostředně
po absolvování soutěže volně komentovat soutěž.
Ve čtyřech otázkách pak vybírali, které ze
soutěžních otázek jim připadaly nejtěžší či
nejlehčí, nejzajímavější a nejméně zajímavé, a
odpovídali na otázku, který typ otázek z pohledu
formy odpovídání preferují. Na dotazník
odpovědělo 13 % soutěžících. Závěry je třeba
brát s jistou rezervou, protože tyto výpovědi byly
porovnávány se soutěžními odpověďmi, které
poskytlo 100 % soutěžících, i když počet
vyplněných dotazníků v jednotlivých kategoriích
představuje několik stovek respondentů.
Srovnáním výpovědí respondentů o náročnosti
a oblíbenosti jednotlivých otázek se skutečně
zjištěnou úspěšností jsme mohli posuzovat,
nakolik žáci sami rozeznají, které otázky jsou
nejtěžší, a zda spojují obtížnost otázky s její
atraktivitou (tedy zda označují nejtěžší otázku
jako nejzajímavější či nejméně zajímavou).
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Obr. 3: Pocitová a skutečná obtížnost otázek
kategorie Senior ukazuje, že dojem soutěžícího
z obtížné otázky ne vždy odpovídá skutečným
výsledkům testu
V odpovědích středoškoláků neplatilo, že
otázky označené jako nejtěžší měly ve
skutečnosti také nejmenší úspěšnost. Ovšem
otázky označené jako nejtěžší velmi dobře
odpovídaly otázkám, kterým se vyhnulo nejvíce
soutěžících. Výjimku zde tvořily interaktivní
otázky, které zřejmě sváděly k tomu začít je řešit,
i když se nakonec ukázaly jako těžké.
Porovnávali jsme, zda má obtížnost otázky
nějaký vztah k atraktivitě, tedy zda je vnímána
jako zajímavá. Nejtěžší otázku označovali žáci
jako nejnudnější asi 2,5krát častěji než jako
nejzajímavější. Jak vyplývá z obr. 4, vztah mezi
nejzajímavější a nejlehčí otázkou není nijak silný.
Daleko více je patrná oblíbenost interaktivních
otázek, obě interaktivní jsou mezi čtyřmi
nejzajímavějšími, ale nikoliv mezi nejlehčími.
Provedli jsme také analýzu nejobtížnějších
otázek podle skutečné úspěšnosti soutěžících,
kdy jsme měli k dispozici počty zvolených
nesprávných odpovědí a podle typu chyby, ke
které daná nesprávná odpověď směřovala, mohli
určit její příčinu. Na základě provedené analýzy
jsme mohli roztřídit chyby při řešení otázek na:
1. chyby spojené se zvolenou testovací
metodou (otázky s výběrovými odpověďmi
s jedinou odpovědí správnou):
- nekontrolování všech odpovědí
- tipování podle toho, která odpověď je
nejméně odlišná od tří ostatních
- nepozorné čtení nebo prohlížení zadání
- předpoklad, že „ani jedna z ostatních
možností není správná“ nemůže být správná
odpověď
2. chyby spojené s testovaným obsahem
- obtížnost čtení kódů, diagramů, grafů
- problémy s logickými otázkami
Obtížnost otázek
Ve středoškolských kategoriích byly jako
nejtěžší označovány otázky Analýza DNA, Jak
vybrat medián, Digitální displej a Změna
ukazatelů, tedy otázky, kde se vyskytuje kód,
nějaký formální zápis. U kategorií 2. stupně ZŠ
byly mezi nejtěžšími otázky, které slovně neb
graficky popisovaly nějaká pravidla nebo procesy
a měly delší zadání.
Na obr. 3 je porovnána tzv. pocitová obtížnost
otázek se skutečnou v nejstarší kategorii.
Porovnává se tu, kolik respondentů dotazníku
označilo danou otázku za nejlehčí, s počtem
úspěšných řešitelů této otázky. Vzhledem
k různým počtům soutěžících a odpovídajících v
testu mají svislé osy obou datových řad odlišná
měřítka a jsou nesouměřitelné, nicméně z grafu
lze vyčíst mezi oběma obtížnostmi u jednotlivých
otázek poměrně malou závislost. Výběr pětice
nejlehčích otázek (s nejvyššími hodnotami
v grafu) však u obou typů obtížnosti souhlasí.
72
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Jak žáci vnímali, co je informatika
Ve volných odpovědích dotazníku, kdy nebyla
dána žádná navozující otázka, žáci nejčastěji
hodnotili soutěž kladnými nebo zápornými
hodnoceními bez vysvětlení (např. „Bilo to bezva
jste doopravdy husty“, „mega hrozne“). Část
komentovala vlastní výkon nebo se vyjadřovala
či dotazovala k jednotlivým otázkám. Nemalá
část respondentů především ze středních škol
však potřebovala vyjádřit názor, že jim soutěž
nepřipadá informatická:
- „Toto nebyla Informatika!!!“,
- „Více otázek z informatiky“,
- „Zaměřil bych otázky více na obor IT.
Otázky se mi zdají více matematické“,
- „Jen mě zajímá jak tohle souvisí
s informatikou, krom toho, že se to
vypracovává online a 2 otázky souvisejí
s počítačema“,
- „Co mají otázky v testu společného
s informatikou ? že by nic?“,
- „Zpracování na počítači nedělá z testu
informatickou soutěž“ ...)
Je potřeba podotknout, že otázky do soutěže
procházejí důkladným oponentním řízením
v mezinárodní komisi a jsou připravovány
didaktiky informatiky z řady evropských
univerzit. Otázky ze stejné databáze používají
všechny zúčastněné státy. Můžeme zaručit, že se
opravdu jedná o informatické problémy, které se
v otázkách řeší.
Velká většina soutěžících vyjádřila svůj názor
ještě před zveřejněním komentářů, takže nečetla,
proč jsou otázky informatické. Z části výpovědí
vyplývá, že žáci se domnívají, že soutěž je
organizátory nazývána informatická proto, že se
provádí na počítači, a tedy dokážou oddělit
informatiku a počítače. Nicméně ukazuje se, že
buďto jsou informatické otázky, předkládané v
této soutěži, umělé a vzdálené běžnému životu,
nebo žáci ve škole nezískají správnou představu o
tom, co je to informatika, jaké jsou její základní
pojmy a jaké řeší problémy. Druhé možné
vysvětlení je v tom, že žáci nejsou zvyklí řešit při
práci s počítačem náročné problémy, kde je
potřeba použít uvažování, logiku, rozhodovat se,
formalizovat svoji výpověď, že žáci při pouhém
ovládání aplikací se k takovýmto problémům
nedostanou, a potom úlohy k přemýšlení označují
jako matematiku nebo logiku.
Obr. 4: Porovnání počtu nejzajímavějších a
nejlehčích otázek kategorie Junior v dotazníku
Interaktivita otázek
U všech kategorií s výjimkou kategorie Junior
pro věk 16 – 17 let respondenti vypovídali, že
preferují interaktivní otázky před otázkami
s výběrovými odpověďmi (viz obr. 5). Žáci rádi
manipulují objekty, přičemž patrně snadněji
objevují, co je v zadání sděleno, na co se otázka
ptá a jaký je „příběh“ a prostředí otázky.
Pochopení zadání otázky z psaného textu a
obrázků jim zřejmě připadá obtížnější.
Samotná oblíbenost a úspěšnost v řešení
interaktivních otázek spolu nesouvisela, protože
byly vytvářeny i velmi obtížné interaktivní
otázky, které někteří žáci řešili metodou pokus –
omyl a strávili s ní mnoho času a třeba byli
neúspěšní, ale samotná činnost je bavila. Je
obtížné na jedné otázce porovnat, zdali větší
interaktivita přináší lepší výsledky, protože je
problematické sestavit dvě varianty téže otázky
tak, aby byla obtížnost textové a interaktivní
varianty srovnatelná.
Pokusili jsme se u otázky Sklepy na Islandu
(obr. 1) na téma stromového grafu vytvořit jak
interaktivní verzi, kdy žáci přiřazovali objekty do
sklepů podle popsaných pravidel, tak verzi
s výběrovými odpověďmi, kde žáci vybrali
teplotu, pro kterou není vytvořen žádný sklep.
Zatímco interaktivní verze v kategorii 6. – 7. tříd
ZŠ patřila mezi průměrně těžké otázky, byla
označena za nejzajímavější. Její neinteraktivní
verze v kategorii pro 8. – 9. třídy byla označena
za druhou nejtěžší a za průměrně zajímavou. I
tento jeden konkrétní příklad nevybočil z obecné
představy.
.
73
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Obr. 5: Preference typů odpovědí v jednotlivých věkových kategoriích
6 Závěry
Výsledky výzkumu ukázaly, že soutěž, která
přináší ryze informatické otázky, je částí českých
učitelů a žáků označována za neinformatickou.
To koresponduje s orientací vzdělávací oblasti
ICT na ovládání aplikací s odklonem od základů
informatiky. Jestliže potřebujeme, aby naše
školství připravovalo žáky na vysokoškolská
studia informačních technologií, aby je naučilo
„informaticky myslet“, nemůžeme setrvávat
nastavení tohoto oboru jako tréninku digitální
gramotnosti a uživatelského přístupu k
technologiím u celé populace.
Soutěž jako Bobřík informatiky má potenciál
přednést informatická témata do škol a nabízí
prostor třeba při přípravě budoucích učitelů
informatiky (a všech učitelů 1. stupně, kteří mají
povinně základy ICT vyučovat) na fakultách
připravujících učitele.
Na druhou stranu, jestliže potřebujeme zvýšit
důvěru současných žáků středních škol v tuto
soutěž, budou organizátoři muset více zařazovat
otázky z oblastí, které budou více připomínat
počítače. Bude to obtížné proto, že v ostatních
zemích pořádajících tuto soutěž takto neuvažují a
takové otázky nevytvářejí. Pak se budeme muset
vyhnout riziku zařazovat otázky pamětní a
faktografické či otázky, které se týkají konkrétní
platformy.
K-12 Task Force Curriculum Committee. New
York: The Association for Computing
Machinery, 2003.
[3] OECD. Evolution of student interest in
science and technology studies. Paris:
Organisation for Economic Co-operation and
Development, Global Science Forum, 2006
[4] Computer Science as a school subject.
Seizing the opportunity (online). Computing at
School Working Group [cit. 2012-10-24] URL:
<http://academy.bcs.org/upload/pdf/cs-schoolsubject.pdf>
[5] BLAHO, A., SALANCI, Ľ. Informatics in
Primary School: Principles and Experience. In
Kalaš, I. and Mittermeid, R.T. (eds.) ISSEP 2011,
s. 129-142, 2011
[6] DAGIENĖ, V. Sustaining Informatics
Education by Contests. In Hromkovič, J.,
Královič, R. and Vahrenhold, J. (eds.) ISSEP
2010, s. 1 – 12, 2010
[7] Bebras, mezinárodní web informatické
soutěže (online). [cit. 2013-01-13] URL:
<http://www.bebras.org/countries>
[8] Bobřík informatiky, web soutěže (online).
[cit. 2013-01-10] URL: <http://www.ibobr.cz>
doc. PaedDr. Jiří Vaníček, Ph.D.
Katedra informatiky
Pedagogická fakulta Jihočeské univerzity
Jeronýmova 10
371 15, České Budějovice, ČR
Tel: +420 387 773 074
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: wvc.pf.jcu.cz/k
7 Literatura
[1] Kol. Rámcový vzdělávací program pro
základní vzdělávání. Praha: VÚP, 2007.
[2] TUCKER, A. A Model Curriculum for K-12
Computer Science: Final Report of the ACM
74
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
STUDY PROGAMS OF TRAINING TEACHERS OF INFORMATICS IN THE
CZECH REPUBLIC
Jan BERKI
Abstract: Accreditations of so-called long-master’s programs (5 years) draw to an end of their force
in the Czech Republic. Training teachers of Informatics (Computer Science) was also divided into two
levels. Bachelor's programs (3 years) bear the name e. g. Informatics (Computer Science) in
Education. Master's programs (2 years) are named Teaching of Informatics (Computer Science). They
are differentiated the master's programs of teaching for lower-secondary school from teaching for
upper-secondary (high) schools at some universities. This article provides a comparison of the
subjects-composition of these study programs at Czech universities. The subjects are grouped by their
content into thematic sections: mathematics, programming, systems, didactics, publishing and
hardware. Their incorporation is represented for one thing by number of credits and for another by
number of lessons a week. Syllabi of all Czech universities, that have accredited mentioned programs,
were included in this survey. The submission refers about eleven faculties. Data were collected from
twenty-two study plans.
Key words: teacher training, Informatics, syllabi, Czech universities.
fundamental concepts were established and later
researched. This involved resorting to similar
resources in electronic or printed forms
of publicly available curricula of study programs
in question. All findings were compiled into
tables and compared.
1 Introduction
Information and communication technology,
or Informatics as an area has gained its place
in the curricula of both primary and secondary
education institutions. With a few exceptions,
Czech universities train future teachers
in structured degree programs. One exception are
degrees in primary education, which remain
5-year masters programs. It is then possible
to ask, how does the 2-degree training prepare
teachers for this particular area. Teacher
education in Informatics has a certain tradition in
Czech lands. We can assume it comes from the
past where the focus was largely aimed
at programming and technological aspects
of computing. We can further assume, that most
Informatics teachers had earned their degree
in technical training and later underwent further
pedagogic education.
This article does not concern itself with
comparison of the so-called “long” and structured
study programs . The main objective is
to compare accredited programs aimed at teacher
education in Informatics and describe significant
differences amongst them while taking into
account the subject composition of their
respective curricula. Are there distinctively
different approaches to Informatics teacher
education in Czech universities or not?
2.1 The sample
The sample included all universities in the
Czech republic, which, according to the publicly
available database of the Ministry of Education,
offer accredited programs in education of future
Informatics teachers [2]. Disqualified from the
sample were programs where the accreditation
expired before the date on which the sample was
determined. Where two lines in a database would
differ only in the accreditation dates, earlier
records were marked as redundant and the sample
included the most up-to-date record. For the
purposes of study, full-time study was considered
as equivalent to its combined form. Where the
programme had been accredited for both forms
of study, only the full-time version was included
in the sample. Programmes that were accredited
until 2012 are included in the sample based on
the assumption of being successfully reaccredited. Since teachers in the Czech republic
study approbation for two subjects, the sample
considers only programs that allow for the option
of Informatics. In order to fulfill the compulsory
requirement for sampling, study programs
curricula and subject syllabi had to be available
online. The total sample consisted of 22 study
programmes from 11 faculties of 9 universities:
2 Methodology
The article presents results of a multiple-case
study. As the main methodological tool, the
conceptual content analysis was used [1]. Several
75
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
 Charles University in Prague (UK) – Faculty
of Education (PedF), Faculty of Mathematics
and Physics (MFF)
 Jan Evangelista Purkyně University in Ústí
nad Labem (UJEP) – Faculty of Science (PrF)
 Masaryk University in Brno (MU) – Faculty
of Education (PedF)
 Technical University of Liberec (TUL) –
Faculty of Science, Humanities and Education
(FPHP)
 Tomas Bata University in Zlín (UTB) –
Faculty of Applied Informatics (FAI)
 University of Hradec Králové (UHK) –
Faculty of Education (PedF)
 University of Ostrava (OU) – Faculty of
Science (PrF)
 University of South Bohemia (JU) – Faculty
of Education (PedF), Faculty of Science (PrF)
 University of West Bohemia (ZCU) – Faculty
of Education (PedF)
The sample is composed of 9 bachelor (B)
degree and 13 masters (M) degree programmes.
As indicated by Table 1, 7 faculties hold
accreditation for both degrees.
Uni.
Fac.
PedF
M
UK
B
MFF
M
UJEP
PrF
B
MU
PedF
M
B
TUL
FPHP
M
M
UTB
FAI
M
B
M
UHK
PedF
M
B
OU
PrF
M
M
PedF
B
M
PrF
B
B
ZCU
PedF
M
M
http://jtie.upol.cz
Name of the study programme
IT in Education [18]
Teacher Training in IT [24]
Informatics for Future Teachers
[17]
IT in Education [20]
BS Teacher Training in Computer
Technology [14]
SS Teacher Training in Computer
Technology [21]
2.2 Subject Groups
For the sake of the composition analysis,
subjects from each study curriculum were
assigned to one of the categories defined bellow:
• Mathematics (MAT) – Includes subjects
aimed at mathematics as such and subjects
with direct relation to mathematics (for
example:
complexity,
algorithmic
computability, etc.)
• Algorithms (ALG) – Serves as an umbrella
category for the education of programming
languages (C, Pascal, Java etc.), formal
languages, grammars and automata.
• Systems (SYS) – Information, operating and
database system make up a category
of subjects that range include education of
both practical use and deeper system
knowledge.
• Publishing (PUB) – This category includes all
subjects that aim to teach students to publish
properly. Its identifying categories are
multimedia, graphics, text processing, officesuites and Web pages (HTML).
• Computers (COM) – The penultimate
category incorporates two components. First
is the technological background of
Informatics such as hardware, Von Neumann,
computer network and physics. Secondly, it
includes technological visions – the concept
of artificial intelligence.
• Didactics (DID) – From the viewpoint
of teacher education, this category is certainly
interesting. It comprises of subjects aimed
at didactics
of
education
component,
e-learning methodology, use of didactic
techniques or production of learning tools.
Name of the study programme
B
Fac.
JU
Table 1: Overview of accredited programmes
Uni.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
IT in Education [9]
Teacher Training for Basic and
Upper-Secondary Schools – ICT
[11]
Informatics in Education [6]
Teacher Training in Informatics
for Upper-Secondary Schools [7]
Informatics in Education [15]
Teacher Training in Informatics
for Basic Schools [13]
Informatics in Education [16]
Teacher Training in Informatics
for Lower-Secondary Schools [22]
Teacher Training in Informatics
for Upper-Secondary Schools [23]
IT Education for Secondary
Schools [19]
Informatics in Education [3]
Teacher Training for LowerSecondary Schools – Informatics
[4]
Teacher Training for UpperSecondary Schools – Informatics
[5]
Informatics [8]
Teacher Training in Informatics
for Basic Schools [10]
Teacher Training in Informatics
for Upper-Secondary Schools [12]
Specialization subjects were not assigned
to the categories based on merely on their names.
Using syllabi, each subject was scrutinised and
later assigned the appropriate category. Where
the subject embraced concepts of several
categories at once, it was placed into the most
fitting one. This has resulted in a certain level
76
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
of bias. To calculate the subject category
representation ratio, following equation is used
μ(category) = ∑(credits of subjects in the
category) / ∑(credits of study program).
The standard amount of credits in study plans
is, abiding the ECTS label, 60 credits per
academic year. This survey does not however
include compulsorily elective subjects, elective
subjects, subjects from the other approbation or
those pertaining to the pedagogic part of the
curriculum. Total sum for each study programme
will therefore differ and for this reason the results
presented in the following chapter are
in percentages.
In none of the programmes was observed
a differentiation greater than 5% between credit
representation and full-time teaching.
3.2 Masters programmes
In contrast to Bachelors programmes, Masters
programmes focus entirely on preparing future
teachers of Informatics. At some universities we
can find differentiated programmes for primary
and lower-secondary as well as upper-secondary
teachers. Table 3 demonstrates that the
curriculum composition at TUL and ZCU varies
depending on the level of target education level.
However UHK and UO retain the same curricular
structure and do not differentiate.
3 Findings
The following chapter presents the results of
comparison for various types of university
education. The Appendix contains a summary
table that presents data in absolute values, not
percentages. Zero values are marked by light
grey, dark grey marks ratios over one-third
in their respective category.
Table 3: Category Representation Ratios in study
programme (master)
Uni.
3.1 Bachelors programmes
Most degree names refer to both Informatics
and Education alike.
Table 2: Category Representation Ration in
study programme (bachelor)
Uni.
MAT
ALG
SYS
PUB
COM
DID
PedF JU
PrF JU
FPHP TUL
PrF UJEP
PedF ZCU
PedF UHK
MFF UK
PedF UK
PrF OU
average
median
0,23
0,20
0,23
0,11
0,08
0,16
0,15
0,09
0,27
0,17
0,16
0,23
0,28
0,33
0,29
0,26
0,18
0,57
0,10
0,35
0,29
0,28
0,19
0,25
0,19
0,17
0,02
0,28
0,22
0,23
0,27
0,20
0,22
0,17
0,07
0,09
0,18
0,26
0,04
0,00
0,29
0,00
0,12
0,09
0,11
0,21
0,07
0,22
0,38
0,19
0,07
0,26
0,12
0,18
0,19
0,08
0,00
0,09
0,03
0,00
0,15
0,00
0,03
0,00
0,04
0,03
MAT
ALG
SYS
PUB
COM
DID
PedF JU1
0,00 0,00 0,00 0,00 0,48 0,52
FPHP TUL1
0,00 0,26 0,19 0,13 0,06 0,35
FPHP TUL2
0,23 0,32 0,00 0,13 0,00 0,32
PedF ZCU3
0,00 0,07 0,18 0,07 0,04 0,64
PedF ZCU2
0,14 0,21 0,17 0,00 0,03 0,45
PedF UHK1
0,00 0,00 0,00 0,22 0,14 0,64
PedF UHK2
0,00 0,00 0,00 0,22 0,14 0,64
MFF UK2
0,17 0,00 0,00 0,21 0,00 0,62
PedF UK4
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00
FAI UTB2
0,00 0,09 0,27 0,12 0,24 0,27
PedF MU2
0,00 0,30 0,27 0,06 0,30 0,06
PrF OU2
0,00 0,30 0,00 0,00 0,00 0,70
PrF OU2
0,00 0,30 0,00 0,00 0,00 0,70
average 0,04 0,14 0,08 0,09 0,11 0,53
median 0,00 0,09 0,00 0,07 0,04 0,62
1
ISCED 2, 2ISCED 3, 3ISCED 1 + 2, 4ISCED 1 + 2 + 3
The ration for individual categories has
changed dramatically. It has seen a depreciation
of Mathematics. In three-quarters of the cases is
not represented in the study programme at all.
The attitude toward programming is interesting.
In about half of the cases programming takes up
a whole quarter of the programme. On the other
hand, the other half of the cases the ratios are
very small or zero. Similar situation occurs with
Systems, where they are omitted by roughly 50 %
of the researched programmes. Naturally, we
observe increase in representation of didactic
subjects.
By comparing the two previous tables we can
establish a shift in curriculum structure between
Bachelors and Masters degree. The JU divides
attention between didactics and technological
foundation. In the ISCED 2 aimed programme,
TUL limits the category Mathematics and
develops Didactics. The ISCED 3 programme
at the same university cuts down on System
The last column of Table 2 indicates that
Bachelor programmes place focus on the
informatics
aspect
of
future
teachers’
specialization. In a single case, the ratio of
didactic subjects exceeds 10 %. In half of the
cases, the didactics category has minimum or
none representation. Most programmes however
exhibit strong representation of algorithm and
programming categories. In one case, this
presents more than a half of all credits.
77
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
oriented subjects. We can observe even more
changes at the ZCU. Both programmes see the
increase in the ratio of Systems and decline
in Publishing and Computers. Further, Didactics
is also reinforced significantly. The UHK
programme is defined by a maximum omission
in the first three categories. Aside from Didactics,
Publishing is also appreciated. UK strengthens
their Didactics most significantly of all
universities on the Masters degree and eliminates
dramatically all other categories. Similar
situation can be observed at the OU, although
Programming retains about one-third ratio.
The PedF MU indicated in the Computer
category 13 % higher credit representation
to full-time teaching.
Table 4: Credit Representation Ratios
(Bachelor + Master)
MAT
ALG
SYS
PUB
COM
http://jtie.upol.cz
may be inaccuracies due to subjects overlapping
individual categories, the research presented here
draws a picture of curriculum composition with
sufficient informative value. It is evident from
the results, that the undergraduate training
of informatics teachers reflects informatics
as a scientific discipline. Algorithms are widely
considered as the cornerstone of this discipline
while they receive a little curricular attention
at basic or secondary schools. More often,
teaching tends to specialize in office-suites and
publication of information. This brings about
a rather curious situation in the Czech republic.
It could be said that the majority of subject
taught in basic schools already reflect themself
as scientific disciplines. On the other hand, the
area corresponding to Informatics called ICT
seems to default on this context. The question is,
whether it should be the undergraduate degrees
that should be adjusted to fit the reality. Should
the curriculum composition be changed in favor
of the Publish category? In the same manner, it
could be said that more than 24 % of skills and
knowledge gained during university studies will
never come to use when teaching. A similar
reasoning could be employed in mathematical
subjects and systems.
Future teachers ought to gain an insight into
their field of expertise and be prepared for
teaching subjects for which they are qualified. Do
the Czech study programmes for teaching
informatics reflect accurately both sides of the
same coin? It is due to the conservativeness
of Czech universities that specialized informatics
topics remain in study plans. On the other hand,
as a result of more progressive visions present
in the Czech education system, the position
of didactics within these plans is strengthening.
A possible subsequent research could be
an analysis of intended and executed teachings
of didactic subjects.
3.3 Bachelors and Masters programmes
Following
table
presents
Credit
Representation Ratios for both degrees of
structured programmes.
Uni.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
DID
PedF JU1
0,16 0,16 0,13 0,12 0,22 0,21
FPHP TUL1
0,16 0,31 0,19 0,10 0,07 0,17
FPHP TUL2
0,23 0,33 0,13 0,10 0,05 0,16
PedF ZCU3
0,05 0,19 0,08 0,19 0,26 0,23
PedF ZCU2
0,10 0,24 0,08 0,16 0,25 0,16
PedF UHK1
0,11 0,12 0,18 0,11 0,17 0,32
PedF UHK2
0,11 0,12 0,18 0,11 0,17 0,32
MFF UK2
0,16 0,41 0,16 0,06 0,05 0,17
PedF UK4
0,07 0,08 0,18 0,22 0,20 0,25
PrF OU2
0,19 0,33 0,19 0,00 0,08 0,19
PrF OU2
0,19 0,33 0,19 0,00 0,08 0,19
average 0,14 0,24 0,15 0,11 0,15 0,22
median 0,16 0,24 0,18 0,11 0,17 0,19
1
ISCED 2, 2ISCED 3, 3ISCED 1 + 2, 4ISCED 1 + 2 + 3
With the exception of three cases, the ratios
in individual categories are not extreme in any
way. An interesting phenomenon is the absence
of Publishing category in OU study programmes.
MFF emphasizes the teaching of Algorithms and
Programming.
In none of the programmes was observed
a differentiation greater than 5 % between the
credit representation and full-time teaching.
5 Bibliography
[1] Content Analysis [online]. © 1993–2012
Colorado State University. [Cit. 2012-07-01].
Available
from
http://writing.colostate.edu/
guides/guide.cfm?guideid=61.
[2] Johánek, J. Akreditované studijní programy
vysokých škol [online]. © 2006–2012 MSMT.
[Cit. 2012-07-02]. Available (in Czech) from
http://www.msmt.cz/ vzdelavani/akreditovanestudijni-programy-vysokych-skol-s-uvedenimkodu-studijnich-programu-a-oboru?lang=1.
[3] Study programme: Informatics in Education
[online]. University of Hradec Králové. [Cit.
4 Discussion and Conclusion
The structuring of tertiary study programmes
has brought a more intense focus on informatics
specialization on one hand and pedagogic
specialization on the other. This study supports
this thesis. Even though we are aware that there
78
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
2012-07-10]. Available (in Czech) from
http://hades.uhk.cz/fispublic/Student/UcebniPlan.
asp?StudOborID1=P-INB.
[4] Study programme: Teacher Training for
Lower-Secondary Schools – Informatics [online].
University of Hradec Králové. [Cit. 2012-07-10].
Available (in Czech) from http://hades.uhk.cz/
fispublic/Student/UcebniPlan.asp?StudOborID1=
P-NZS2IN.
[5] Study programme: Teacher Training for
Upper-Secondary Schools – Informatics [online].
University of Hradec Králové. [Cit. 2012-07-10].
Available (in Czech) from http://hades.uhk.cz/
fispublic/Student/UcebniPlan.asp?StudOborID1=
P-NSSKIN.
[6] Study Programmes of Faculty of Mathematics
and Physics 2011/2012 for credits three-levels
studying [online]. Faculty of Mathematics and
Physics Charles University in Prague. pp. 87–93.
[Cit. 2012-07-10]. Available (in Czech) from
http://www.mff.cuni.cz/fakulta/tiskoviny/or_k11
12.pdf.
[7] Study Programmes of Faculty of Mathematics
and Physics 2011/2012 for credits three-levels
studying [online]. Faculty of Mathematics and
Physics Charles University in Prague. pp. 158–
164. [Cit. 2012-07-10]. Available (in Czech)
from http://www.mff.cuni.cz/fakulta/tiskoviny/
or_k1112.pdf.
[8] Study programme of Informatics [online].
University of Ostrava. [Cit. 2012-07-12].
Available (in Czech) from http://stag.osu.cz/
prohlizeni/pg$_prohlizeni.stpl? pl=9112.
[9] Study programme of IT in Education [online].
PedF Karolínka, Faculty of Education Charles
University in Prague. [Cit. 2012-07-11].
Available
(in
Czech)
from
http://userweb.pedf.cuni.cz/kch/karolinka/2011/
OB2IT10.html.
[10] Study programme of Teacher Training in
Informatics for Basic Schools [online].
University of Ostrava. [Cit. 2012-07-12].
Available (in Czech) from http://stag.osu.cz/
prohlizeni/pg$_prohlizeni.stpl?pl=9177.
[11] Study programme of Teacher Training for
Basic and Upper-Secondary Schools – ICT
[online]. PedF Karolínka, Faculty of Education
Charles University in Prague. [Cit. 2012-07-11].
Available
(in
Czech)
from
http://userweb.pedf.cuni.cz/kch/karolinka/2011/
ON2IT09.html.
[12] Study programme of Teacher Training in
Informatics for Upper-Secondary Schools
[online]. University of Ostrava. [Cit. 2012-07-
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
12]. Available (in Czech) from http://stag.osu.cz/
prohlizeni/pg$_prohlizeni.stpl?pl=9168.
[13] Teacher Training in Informatics for Basic
Schools [online]. Masaryk University in Brno.
[Cit. 2012-07-11]. Available (in Czech) from
http://is.muni.cz/do/ped/stud/studk/2012_2013/
prez/IN2_NP.html.
[14] Visual study programme of BS Teacher
Training in Computer Technology [online].
Version 1, year 2012. University of West
Bohemia in Plzeň. [Cit. 2012-07-10]. Available
(in English) from https://portal.zcu.cz/stag?urlid=
prohlizeni-browser-vizualizace&browserFakulta
=FPE&browserRok=2012& browserPro-gram=
921&browserObor=2510&browserPlan=10529&
plang=en.
[15] Visual study programme of Informatics in
Education [online]. Version A7, year 2011. Jan
Evangelista Purkyně University in Ústí nad
Labem. [Cit. 2012-07-10]. Available (in English)
from https://portal.ujep.cz/StagPortletsJSR168/
CleanUrl? urlid=prohlizeni-browser-vizualizace
&browserFakulta=PRF&browserRok=2012&
browserProgram=326&browserObor=949&
browserPlan=5952&plang=en.
[16] Visual study Programme of Informatics for
Education [online]. Version 10, year 2012.
Technical University of Liberec. [Cit. 2012-0710]. Available (in English) from https://stagnew.tul.cz/stag?urlid=prohlizeni-browservizualizace&browserFakulta=FP&browserRok=
2012&browserProgram=1051&browserObor=
2784& browserPlan=8639&plang=en.
[17] Visual study programme of Informatics for
Future Teachers [online]. Version 1, year 2012.
University of South Bohemia in České
Budějovice. [Cit. 2012-07-09]. Available (in
English) from http://wstag.jcu.cz/StagPortlets
JSR168/CleanUrl?
urlid=prohlizeni-browservizualizace&browserFakulta=FBI&browserRok=
2012&browserProgram=767&browserObor=
1544&browserPlan=7235&plang=en.
[18] Visual study programme of Information
Technology in Education [online]. Version 1,
year 2012. University of South Bohemia in České
Budějovice. [Cit. 2012-07-09]. Available (in
English) from http://wstag.jcu.cz/StagPortlets
JSR168/CleanUrl?urlid=prohlizeni-browservizualizace&browserFakulta=FPE&browser
Rok=2012&browserProgram=606&browserObor
=1449&browserPlan=7535& plang=en.
[19] Visual study programme of IT Education for
Secondary Schools [online]. Version 11, year
2012. Tomas Bata University in Zlín. [Cit. 201207-09].
Available
(in
English)
from
79
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
http://portal.utb.cz/
stag?urlid=prohlizenibrowser-vizualizace&browserFakulta=FAI&
browserRok=2012&browserProgram=691&
browserObor=1606&browserPlan=6573&plang=
en.
[20] Visual study programme of IT in Education
[online]. Version 1, year 2012. University of
West Bohemia in Plzeň. [Cit. 2012-07-10].
Available (in English) from https://portal.zcu.cz/
stag?urlid=prohlizeni-browser-vizualizace
&browserFakulta=
FPE&browserRok=2012&
browserProgram=905&browserObor=2437&
browserPlan=10458&plang=en.
[21] Visual study programme of SS Teacher
Training in Computer Technology [online].
Verze 1, rok 2012. Version 1, year 2012.
University of West Bohemia in Plzeň. [Cit. 201207-10].
Available
(in
English)
from
https://portal.zcu.cz/stag? urlid= prohlizenibrowser-vizualizace&browserFakulta=FPE&
browserRok=2012&browserProgram=922&
browserObor=2525&browserPlan=10552&plang
=en.
[22] Visual study programme of Teacher
Training for Lower-Secondary School. Subject
Informatics [online]. Version 12, year 2012.
Technical University of Liberec. [Cit. 2012-0815]. Available (in English) from https://stagnew.tul.cz/stag?urlid=
prohlizeni-browservizualizace&browserFakulta=FP&browserRok=
2012&browserProgram=1042&browserObor=
2849&browserPlan=8993&plang=en.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
[23] Visual study programme of Teacher
Training for Lower-Secondary and UpperSecondary School. Subject Informatics [online].
Version 12, year 2012. Technical University of
Liberec. [Cit. 2012-08-15]. Available (in
English) from https://stag-new.tul.cz/stag?urlid=
prohlizeni-browser-vizualizace&browserFakulta
=FP&browserRok=2012&browserProgram=1043
&browserObor=2850&browserPlan=8994&plang
=en.
[24] Visual study programme of Teacher
Training in Information Technology [online].
Version 1, year 2012. University of South
Bohemia in České Budějovice. [Cit. 2012-07-09].
Available (in English) from http://wstag.jcu.cz/
StagPortletsJSR168/CleanUrl?urlid=prohlizenibrowser-vizualizace&browserFakulta=FPE&
browserRok=2012&browserProgram=574&
browserObor=1470&browserPlan=7698&
plang=en.
Mgr. Jan Berki
Katedra aplikované matematiky
Fakulta přírodovědně-humanitní a
pedagogická
Technická univerzita v Liberci
Voroněžská 13
460 01 Liberec, ČR
Tel: +420 485 352 304,
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: kap.fp.tul.cz
80
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
THE BEBRAS CONTEST IN PRIMARY INFORMATICS
Monika GUJBEROVÁ
Abstract: In this article I am dealing with an informatics contest called Bebras, in Slovak “iBobor”.
This competition focuses on elementary and secondary school students. In the school year 2011/12 a
new competition category called “Bobrík” appeared in Slovakia for the 3rd and 4th class elementary
school pupils.
Since 2008, when a school reform took place, Informatics has been a compulsory subject from the 2 nd
class of elementary schools in Slovakia. However there is still a lack of teaching materials. In my
article I am offering some lesson plans in details. The aim of this article is to introduce to the teachers
how to make use of some competition tasks appearing in previous years´ iBobor. Particular lessons
focused on the thematic sphere Problem-solving and algorithmic thinking.
Key words: Bebras Contest, Elementary Informatics in Primary Education, Algorithmic thinking
iBOBOR V INFORMATICKEJ VÝCHOVE
Resumé: V tomto článku sa venujem súťaži Informatický bobor: iBobor. Táto súťaž je určená pre
žiakov základných a stredných škôl. Na Slovensku organizujeme od školského roku 2011/2012 aj
novú súťažnú kategóriu Bobrík, ktorá je určená pre žiakov prvého stupňa základných škôl (konkrétne
pre 3. a 4. ročník).
Od roku 2008, kedy prebehla na Slovensku školská reforma, je od druhého ročníka základnej školy
povinný predmet informatická výchova. Avšak stále sme v stave, kedy učitelia nemajú dostatok
učebných materiálov a učebníc. V článku ponúkam prípravu niekoľkých vyučovacích hodín a podrobný popis ich priebehu. Chcela by som aj takýmto spôsobom predstaviť učiteľom možnosti využitia
niektorých súťažných úloh, ktoré boli v minulých rokoch v súťaži iBobor. Jednotlivé hodiny sú
zamerané na tematický okruh Riešenie problémov a algoritmické myslenie.
Kľúčové slová: iBobor, informatická výchova, algoritmické myslenie.
v rámci hodín informatickej výchovy. V článku
sa zameriavame na prípravu dvoch vyučovacích
hodín s podrobným popisom ich priebehu a ďalšími námetmi na rozšírenie, ako vylepšiť tieto
hodiny a na čo si dávať pri ich výučbe pozor.
1 Úvod
Informatický bobor – iBobor – je súťaž, ktorej
úlohy sú určené pre žiakov základných a stredných škôl, pozri [1]. V školskom roku 2011/2012
sa súťaž konala v 17 krajinách (Česko, Estónsko,
Fínsko, Francúzsko, Holandsko, Japonsko, Litva,
Lotyšsko, Maďarsko, Nemecko, Poľsko, Rakúsko, Slovensko, Slovinsko, Švajčiarsko, Taliansko
a Ukrajina), pozri [2]. V tomto roku sa zapojili aj
ďalšie štáty. Od školského roku 2011/2012 sa na
Slovensku objavila nová súťažná kategória pre
prvý stupeň základných škôl (pre 3. a 4. ročník) –
Bobrík. Táto iniciatíva sa začína javiť ako dobrý
nápad, keďže tento rok súťažili aj žiaci prvého
stupňa v Litve a v Českej republike.
Od roku 2008 máme na Slovensku nový
povinný predmet informatická výchova, ktorý je
povinný už od druhého ročníka základnej školy.
V súťažných úlohách spomínanej súťaže sa ukrýva obrovský potenciál, ktorý by sme chceli lepšie
využiť. Cieľom článku je predstaviť učiteľom
možnosti využitia niektorých súťažných úloh
2 Použité výskumné metódy
V svojej práci som použila viaceré výskumné
metódy na zber dát, ako zúčastnené a nepriame
pozorovanie či skupinový rozhovor, pozri [3].
Hlavnou výskumnou metódou bolo pozorovanie.
Nakoľko som bola zúčastnená na vyučovacích
hodinách ako vyučujúci, aj ako pozorovateľ,
potrebovala som zaznamenať všetky dôležité
udalosti, ktoré nastali počas vyučovania a ktoré
som inak nemala možnosť postrehnúť a zapamätať. Práve preto som sa rozhodla, že vytvorím
videozáznam týchto hodín. Následne som tieto
nahrávky analyzovala. Obe vyučovacie hodiny
som začala motivačným rozhovorom. Na základe
odpovedí žiakov som si mohla vytvoriť lepší
81
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
obraz o tom, ako vnímajú žiaci danú tému a aké
sú ich predošlé skúsenosti a vedomosti.
a hodnotenie (nielen jej nižším kategóriám: znalosti, porozumenie a aplikácia), pozri [4].
3 Výber úloh pre prípravu dvoch vyučovacích
hodín
Z pilotného a prvého ročníka kategórie Bobrík
som si vybrala niektoré úlohy, ktoré patria do tematického okruhu Riešenie problémov a algoritmické myslenie, t.j. také, ktoré podporujú rozvoj
algoritmického myslenia. Vybrané úlohy sa volajú Hamburger, Kocky a Myš a syr, pozri
Obr. 1, 4 a 8. Hamburger a Kocky sú úlohy zamerané na rozvoj schopností skladať podľa
návodu. Pri úlohe Myš a syr si žiaci môžu precvičiť schopnosť riadiť robota. Tu však vzniká
otázka, ako využiť tieto úlohy na bežnej vyučovacej hodine informatickej výchovy. Na zodpovedanie tejto otázky som hľadala možnosti
a vhodné nástroje, ktoré máju učitelia k dispozícii
a s ktorými by mali vedieť narábať.
4 Východiská k uskutočneným hodinám
Uvedené plány na vyučovacie hodiny som si
pripravila pôvodne pre tretí ročník prvého stupňa
ZŠ. Rozhodla som sa, že overenie týchto návrhov
prevediem počas vyučovania na neplnoorganizovanej základnej škole, kde učím.
Druhý a tretí ročník, v ktorých vyučujem,
majú spoločne hodinu informatickej výchovy.
Druháci sú piati a tretiaci traja. Tiež je dôležité si
uvedomiť, že v triede je iba jeden stolný počítač.
Pani riaditeľka mi však poskytla na tieto hodiny
aj svoj notebook, ja ešte nosím žiakom svoj
vlastný. Takto mám k dispozícii tri počítače pre
osem žiakov. Toto sú dôvody, prečo bolo treba
upraviť moje pôvodné prípravy na hodiny podľa
konkrétnej situácie.
5 5 Príprava prvej vyučovacej hodiny na tému
„Skladanie podľa predlohy“
Tematický celok: Postupy, riešenie problémov,
algoritmické myslenie
Téma: Skladanie podľa predlohy
Hlavný cieľ hodiny: Rozvíjať schopnosť žiakov
skladať podľa predlohy
Čiastkové ciele: Žiaci po tejto vyučovacej hodine:
- budú schopní pracovať podľa návodu,
- dokážu nájsť a opraviť chybu v návode,
- dokážu vytvoriť jednoduchý návod,
- dokážu zoradiť jednotlivé kroky návodu do
správneho poradia.
Typ vyučovacej hodiny: Kombinovaná hodina
Organizačná forma: Skupinová aj individuálna
Vyučovacie metódy: Motivačný rozhovor, manipulácia s predmetmi, práca pri počítači
Učebné pomôcky: Drevené stavebnice, vystrihnuté papierové časti hamburgera, pripravené aktivity na počítači
(Obr 1: Súťažná úloha Hamburger)
Fakty a pojmy: Postup, návod, recept
Jedným z mojich cieľov bolo vytvoriť sériu Digitálne zručnosti:
gradovaných úloh, ktoré by boli založené na prin- klikanie myšou,
cípe týchto troch vybraných súťažných úloh.
- ťahanie objektov,
Navrhla som dve vyučovacie hodiny, na ktorých
- práca so súbormi – otváranie, zatváranie,
žiaci tieto série riešili. Pri príprave úloh na vyupremenovanie
čovacie hodiny som kládla veľký dôraz na jasnú Spôsob osvojovania:
formuláciu hlavných a čiastkových edukačných
- práca s reálnymi objektmi,
cieľov. Okrem toho som zostavila tieto hodiny
- zostavovanie a zoraďovanie návodu,
tak, aby sme sa venovali aj vyšším kategóriám
- didaktické hry a skladačky
Bloomovej taxonómie ako analýza, syntéza Nie je cieľom
- ovládanie softvéru,
82
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- rýchle riešenie problémov bez premýšľania
Medzipredmetové vzťahy
- informatická výchova a matematika, pracovné vyučovanie, prírodoveda
Prvá naplánovaná hodina bola zameraná
na Skladanie podľa predlohy. Vybrala som si pre
ňu spomínané úlohy Hamburger a Kocky.
Jedným z mojich cieľov bolo ukázať učiteľom, že
podľa vybraných súťažných úloh sa dajú vytvoriť
aktivity na hodinu informatickej výchovy,
ktoré nevyžadujú použitie počítačov. Následne sa
na tieto úlohy dá nadviazať s aktivitami, ktoré
prebiehajú pri počítači.
Vyučovaciu hodinu som začala motivačným
rozhovorom, ktorým som vzbudila záujem žiakov
o tému hodiny. Tento rozhovor slúžil najmä
na to, aby pomohol žiakom spomenúť si,
v akých situáciách sa stretli s pojmami postup,
návod či recept. Navzájom si vysvetlili, ako
chápu tieto pojmi. To im pomohlo lepšie
porozumieť týmto pojmom.
Na prvú časť hodiny som navrhla dve aktivity,
ktoré nevyžadujú použitie počítača. Týmito aktivitami som nadviazala na vybrané súťažné úlohy
a na predošlé vedomosti žiakov.
Prvá aktivita vychádzala z úlohy Hamburger.
Každý žiak dostal nastrihané kúsky papiera t.j.
kartičky, ktoré predstavovali jednotlivé časti
hamburgera. Pomocou týchto papierových kartičiek mohol vyrobiť celý hamburger. Zadanie
malo viacero riešení, podľa toho, akú predlohu
dostal žiak na obrázku.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
rozvíjali nielen ich schopnosť skladať podľa
predlohy, ale aj schopnosť kooperácie a komunikácie so spolužiakmi. Súčasťou tejto úlohy
bolo postaviť sa do radu v poradí podľa toho, ako
mali klásť svoje kocky pri stavbe vežičky. Táto
časť hodiny bola zameraná na rozvoj tretej
úrovne Bloomovej taxonómie, a to aplikovať.
(Obr 3: Predpripravená úloha Hamburger číslo
3, rozloženie plánovaných krokov „vedľa seba“)
Na základe vybraných súťažných úlohách som
pre žiakov navrhla aj sériu gradovaných počítačových úloh. Takto vznikli dve série úloh po 9
zadaní. Gradáciu som vytvorila nielen zvyšujúcou sa komplexnosťou úloh, ale aj sledovanými
cieľmi z Bloomovej taxonómie. Zamerala som sa
na jej vyššie úrovne: analyzovať, tvoriť a hodnotiť. Toto je znenie zadaní zo série mojich úloh:
Hamburger
- Ktorá prísada chýba? (1)
- Doplň prísady v správnom poradí na prípravu hamburgera! (3) (pozri Obr 2 a Obr 3)
- Pri príprave hamburgera sa stala chyba. Výmenou kartičiek oprav postup! (2)
- V akom poradí sa pridávajú prísady pri príprave hamburgera? (3)
Kocky
- Ktorá drevená kocka Ti chýba, ak chceš
postaviť takúto vežičku? Prines ju na voľné
miesto! (1)
- Doplň drevené kocky v správnom poradí,
aby si mohol postaviť takúto vežičku. (2)
- Pri stavbe vežičky sme sa pomýlili. Výmenou
drevených kociek oprav chybu! (3) (Obr 5)
- Na vyznačené miesta prines kartičky s drevenými kockami v takom poradí, v akom ich
budeš ukladať, aby si postavil takúto vežičku. (3)
Čísla v zátvorkách označujú výskyt otázky
v celkovej sérií úloh.
(Obr 2: Predpripravená úloha Hamburger číslo
3, rozloženie plánovaných krokov „pod seba“)
Témou druhej aktivity bolo skladanie „vežičiek“
z drevených kociek, podobne ako v úlohe Kocky.
Pre väčšinu žiakov by mali byť tieto kocky
intuitívne a známe. Z pozorovania skutočne
vyplynulo, že deti vedia s nimi narábať. Každý
žiak dostal jednu drevenú kocku, potom som im
všetkým ukázala obrázok vežičky, ktorú mali
postaviť pomocou kociek, ktoré majú v rukách.
Žiaci museli dávať pozor, v akom poradí majú
klásť kocky na seba. Touto aktivitou sme
83
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Pri príprave úloh som použila bežné nástroje,
ktoré môžu mať učitelia k dispozícii: Imagine
Logo a Kartičky. Aktivity na prvú hodinu som si
vytvorila pomocou prostredia Kartičky. Na túto
hodinu som vytvorila štyri druhy úloh aj pre
Hamburger aj pre Kocky. Najprv bolo treba nájsť
jednu chýbajúcu kocku, resp. ingredienciu. Druhý typ úloh bol podobný, bolo treba doplniť
viaceré chýbajúce kartičky, pozri Obr 2 a Obr 3.
Tretí typ úloh si už vyžadoval kritické myslenie
žiakov. V zadaní úlohy sa im predkladal nesprávny postup riešenia, pričom úlohou žiaka bolo
tento postup opraviť (Obr 5). Posledné úlohy boli
zamerané na voľnú tvorbu: žiaci mali vytvoriť
celý postup skladania samostatne.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Po tejto aktivite som rozdala žiakom drevené
kocky. Tretiaci dostali po dve, druháci po jednej.
Podľa obrázka mali poskladať stavbu z kociek.
Žiaci boli prekvapení, že mali spolupracovať.
„Všetci?“ Nevedeli si predstaviť, ako môžu postaviť vežičku, keď majú v ruke len jednu, alebo
dve kocky, kým neuvideli svoju kocku
na obrázku. Potom už bez ťažkostí postavili
vežičky z obrázkov. Vždy sa našiel niekto, kto
ostatným radil a usmerňoval ich.
Prešla som k druhej časti hodiny. Druháci si sadli
k počítačom. Dala som im pokyny k počítačovým
úlohám a zdôraznila som, aké dôležité je pozorne
si prečítať zadanie pri každej úlohe. Potom začali
pracovať samostatne. Ak mali otázky k úlohám,
opýtali sa ma.
Tretiaci zatiaľ stavali vežičky z kociek podľa
vlastnej fantázie. Jedna žiačka chcela tiež
nástojčivo pracovať s počítačom, kým som sa im
nezačala venovať a neukázala som im zložitejšie
stavby, ktoré mali poskladať. Táto žiačka bola
hlavná iniciátorka skupiny, každú kocku chytila
a premiestnila. Žiaci tieto vežičky stavali s nadšením. Keď druháci dokončili prácu na počítačoch, skupiny sa vymenili.
V oboch skupinách sa našiel žiak, ktorému
spôsobovalo ťažkosti spolupracovať s ostatnými,
napr. im ničil už postavenú stavbu. Druháci sa
pri stavaní hádali menej ako tretiaci a dokázali sa
dohodnúť. Je zaujímavé, že u druhákov bol
hlavnou iniciátorkou dievča, rovnako ako u tretiakov. Keď pracovali bez návodu, s nadšením mi
oznamovali, že sa im podarilo postaviť obrovskú
stavbu zo všetkých kociek. Pri tejto úlohe jeden
zo žiakov komentoval, že mu chýbajú hotové
obrázky, čiže návody. Keď dostali konkrétny
návod, čo majú postaviť, aj on dokázal spolupracovať s ostatnými.
Po týchto aktivitách nasledovala ďalšia výmena.
Druháci začali riešiť počítačové úlohy zamerané
na kocky, tretiaci dostali kartičky s prísadami
hamburgera.
Toto kolo už bolo oveľa rýchlejšie. Žiaci presne vedeli, čo ich čaká. Všetky počítačové úlohy
totiž mali rovnaké ovládanie, a teda ho už poznali. Skupina, ktorá riešila kartičkové úlohy,
vedela, že sa opäť dostane k počítačom, takže sa
dokázali sústrediť na svoje zadanie. Najprv
poskladali všetky hamburgre, ktoré boli pripravené na predlohách. Po tejto úlohe dostali nové
zadanie. Jeden z nich hovoril (diktoval) ostatným, aké prísady majú pridať do svojho hamburgera a v akom poradí. Táto úloha sa im
skutočne páčila. Poskladali si aj „extradvojité
burgre“.
(Obr 4: Súťažná úloha Kocky)
6 Priebeh prvej vyučovacej hodiny
Hodinu som začala motivačným rozhovorom.
Prvá otázka znela: Viete mi povedať, čo je to
postup? Žiaci sa snažili spojiť tento pojem s počítačom – zrejme preto, že sme práve mali hodinu
informatickej výchovy. Pomocou tejto otázky
sme sa dostali k pojmu „návod“. Pýtala som sa
žiakov, či už videli niekde návod. Prvé, čo im
prišlo na um, bola stavebnica Lego, rôzne hračky
či videá s návodmi. Potom som sa ich spýtala, či
už niekedy videli svoje mamy variť. Používajú
pri varení recepty? Táto otázka prebudila ich
fantáziu. Jeden po druhom hovorili recepty, ktoré
poznali. Potom som prešla na najjednoduchšie
recepty. Vybrali sme si prípravu kávy. Pri opise
týchto jednoduchých receptov si žiaci mali
možnosť uvedomiť dôležitosť poradia pri
vykonávaní jednotlivých krokov.
Po úvodnej časti hodiny som prešla k úlohám
bez počítača. Téma bola rovnaká. Recepty, konkrétne príprava hamburgera. Reakcie žiakov boli
jasným znamením, že voľba takejto témy bola
vhodná. Každý žiak dostal sedem kartičiek s prísadami hamburgera, spolu s obrázkami hotových
hamburgerov. Podľa týchto predlôh si mali
vybrať správne kartičky a usporiadať prísady
do správneho poradia. Aj keď nepracovali s počítačmi, táto aktivita ich zaujala.
84
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Nasledovala posledná výmena skupín medzi
počítačmi a papierovými aktivitami. Na konci
hodiny som sa opýtala žiakov, ktoré aktivity sa
im páčili najviac. Nevedeli si vybrať. Podľa ich
slov sa im páčili aj počítačové aj papierové
úlohy, čo pri tejto vekovej kategórií je pozoruhodné. Zo skúseností viem, že títo žiaci by
najradšej sedeli celý deň pri počítači a hrali by sa.
Žiaci tiež povedali, že tieto úlohy neboli pre nich
náročné a všetko ľahko zvládli. Zaujímavé však
je, že z ich výsledkov vidno, že neriešili všetky
úlohy úplne správne.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
- dokážu interpretovať jednoduché algoritmy
v detskom programovacom prostredí na
riadenie robota.
Typ vyučovacej hodiny: Kombinovaná hodina
Organizačná forma: Skupinová, individuálna
Vyučovacie metódy: motivačný rozhovor,
manipulácia s predmetmi, práca pri počítači
Učebné pomôcky: kreslená mapa, figúrky, pripravené aktivity na počítači
Fakty a pojmy: riadenie robota, postupnosť krokov, elementárne príkazy
Digitálne zručnosti:
- klikanie myšou,
- ťahanie objektov,
- práca so súbormi – otváranie, zatváranie.
Spôsob osvojovania:
- ovládanie robota (figúrky) v skutočnosti,
- ovládanie robota v počítačovom prostredí,
- didaktické hry.
Nie je cieľom
- ovládanie softvéru,
- rýchle riešenie problémov bez premýšľania.
Medzipredmetové vzťahy
- informatická výchova a matematika, pracovné vyučovanie, prírodoveda.
Podobne ako na prvej hodine, aj tu som začala
motivačným rozhovorom, aby si žiaci spomenuli
na predchádzajúce skúsenosti s robotmi.
Témou druhej hodiny bolo Riadenie robota.
Túto hodinu inšpirovala aktivita z pilotného ročníka kategórie Bobrík – Myš a syr. Pri návrhu
aktivít som však zmenila hlavnú postavu, ktorú
mali žiaci riadiť. Na úvodnú aktivitu som si pripravila mapu s rozprávkou a s rôznymi postavičkami. Pre úlohy na počítači som si vybrala včielku, ktorá mala lietať ku kvietkom.
Ako úvodnú aktivitu som nakreslila jednoduchú mapu v tvare štvorcovej siete (7x7). Pripravila som malé figúrky – postavičky, žijúce na
mape – a k nim rozprávku. Každý žiak si vybral
postavičku, ktorá sa mu páčila, a položil ju
na mapu, do jedného zo štvorcov. Potom si vypočuli rozprávku: na mape žijú rôzne postavičky
(duch, korytnačka, mimozemšťan, človeče
figúrka...). Poznajú len to, čo je v ich dedinke,
teda len to, čo je nakreslené na mape. Vedia,
ktorým smerom od nich je psík, domček,
kvetinka a stromček – tieto veci sú na mape
nakreslené a nahradzujú smery ako hore, dolu,
vpravo a vľavo. Postavičky sa môžu teda
pohybovať vždy jedným z týchto štyroch smerov.
Aktivita k tejto mape je nasledujúca: žiaci
majú dávať príkazy postavičkám žijúcim na mape, ktoré rozumejú len príkazom v tvare: meno
postavičky, + “choď smerom k“ + meno obrázka
(Obr 5: Predpripravená úloha Kocky, číslo 6)
Na čo si musí učiteľ pri takejto hodine dávať
pozor? Pri aktivite hamburger si žiaci nedávajú
pozor na poradie, v akom sa reálne hamburger
pripravuje. Keď však pracujú s vytlačenými
alebo počítačovými kartičkami, bez problémov
dokážu skladať hamburger od vrchu. Samozrejme, pri príprave ozajstného hamburgera je to
nemožné. Treba sa o tom porozprávať
na začiatku hodiny.
Učiteľ sa môže rozhodnúť, aké poradie úloh si
zvolí. Samozrejme, rôzne kombinácie skrývajú
rôzne výhody aj nevýhody. Na učiteľovi ostáva aj
návrh a formulácia riešení počítačových úloh.
Môže si vyskúšať, aká možnosť je prirodzená pre
žiakov a aká nie je, napr. poukladať prísady hamburgera pod seba (Obr 2) alebo vedľa seba
(Obr 3).
7 Príprava druhej vyučovacej hodiny na tému
„Riadenie robota“
Tematický celok: Postupy, riešenie problémov,
algoritmické myslenie
Téma: Riadenie robota
Hlavný cieľ vyučovacej hodiny: rozvíjať schopnosť žiakov riadiť robota
Čiastkové ciele: Po tejto hodine žiaci:
- budú schopní zadávať príkazy na ovládanie
robota v priamom režime,
- dokážu hodnotiť správnosť ponúkanej cesty
postavičky,
85
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
nahradzujúceho smer + „počet krokov“. Napr.:
„Duch, choď smerom ku kvietku 3 kroky.“
Postavičky žijúce na mape môžu vykonať len tie
príkazy, na ktoré majú dosť miesta. Žiadnym
iným príkazom nerozumejú. Ak by mali spraviť
viac krokov ako môžu, radšej ostanú na mieste.
Takouto hrou si mali žiaci precvičiť ovládanie
„robota“ a porozumieť mu. Spoznali presné
príkazy a ich použitie. Po tejto aktivite nasledovali pripravené úlohy pri počítači.
Na základe súťažnej úlohy Myš a syr som
navrhla deväť gradovaných zadaní, pričom
niektoré obsahujú viac podúloh. Cieľom týchto
aktivít je, aby žiaci dokázali aplikovať nadobudnuté skúsenosti s ovládaním postavičiek, analyzovať správnosť umiestnenia šípok a hodnotiť
ponúkané možnosti riešenia. Hlavnou úlohou je
dostať včielku ku kvietku a žiaci jej majú pritom
pomôcť. Prvá aktivita nemá zadanie. Slúži
na zoznámenie žiaka s prostredím, kde si žiaci
môžu vyskúšať ovládanie včielky. Ostatné
aktivity majú nasledujúce zadania:
2. Pomôž včielke dostať sa ku kvietku!
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
8 Priebeh druhej vyučovacej hodiny
Druhú naplánovanú hodinu som si musela
rozdeliť na dve vyučovacie hodiny, keďže boli
potrebné tri výmeny pri počítačoch, čo sa nedalo
stihnúť za 45 minút.
Hodinu som začala otázkou, čo je to príkaz.
Dostala som rôzne odpovede: „Príkaz je, čo mám
robiť.“ „Mne mama dáva príkazy.“ Potom sme
prešli k hračkám. Žiaci vymenovali tie, ktoré
fungujú na diaľkové ovládanie.
Po rozhovore som ukázala žiakom mapu,
ktorú som pripravila. Vybrali si postavičky, ktoré
sa im páčili najviac a poukladali ich na ňu.
Následne si vypočuli rozprávku k mape a po jednom dávali postavičkám príkazy. Malý problém
im robilo zapamätať si presné znenie príkazu.
Zabudli buď zadať smer, alebo počet krokov.
Často oslovovali žiaka, namiesto konkrétnej postavičky. Napriek týmto ťažkostiam sa im táto
aktivita páčila a s veľkým nadšením vymýšľali
príkazy. Brali ju ako hru, dokázali sa vžiť do
rozprávky, a aj preto ju považujem za úspešnú.
3., 4. Ulož chýbajúce šípky tak, aby sa včielka
dostala ku kvietku! Použi všetky šípky! (Obr 7)
5. Pomôž včielke dostať sa ku kvietku čo najkratšou cestou!
Nájdi aj inú cestu rovnakej dĺžky!
6. Vyber si, ktorou cestou sa dostane včielka ku
kvietku!
7. Vyber si, ktorou cestou sa nedostane včielka ku
kvietku!
(Obr 6: Jedno
Včielka, číslo 8)
8. Vyber si, ktorou cestou sa dostane včielka ku
kvietku! Pozor! Nad červenými múrmi nedokáže preletieť.
Po úvodnej aktivite sme prešli k riešeniu pripravených úloh. Na tejto hodine bol prítomný
každý žiak, musela som ich preto rozdeliť až
na tri skupiny. Najprv riešili počítačové úlohy
traja tretiaci. Niektoré podúlohy z posledných
štyroch úloh (z pripravených deviatich) som
vytlačila žiakom na papier (napr. Obr 6), takže
pri počítači im ostalo na riešenie päť úloh.
Tretiakom som vysvetlila, ako fungujú
počítačové aktivity, aké je ich ovládanie
a zdôraznila som, že si majú pozorne čítať
zadanie pri každej z nich. Najväčšie problémy
a najviac otázok vyvolávala tretia úloha, pozri
Obr 7.
9. Vyber si, ktorou cestou sa dostane včielka ku
kvietku!
Úlohy s číslom 2 a 5 obsahujú niekoľko podúloh. V nich východzie pozície včielky a kvietku
sú často rovnaké, líšia sa len v zadaní. Tretia
a štvrtá úloha má viacero riešení. Posledné štyri
obsahujú štyri možné odpovede, z ktorých si žiaci majú vybrať tú správnu, čiže tú, ktorá je
odpoveďou na otázku v zadaní. Deviata aktivita
je kombináciou 6., 7. a 8. úlohy. Sledovala som
pozornosť žiakov, preto má každá podúloha iné
zadanie. Tak isto pri siedmej, kde je otázka formulovaná pomocou záporu.
86
riešenie
vytlačenej
úlohy
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
(Obr 7: Predpripravená úloha Včielka, číslo 3)
Žiakom, ktorí riešili úlohy vytlačené
na papieri, som povedala len toľko, že si majú
prečítať zadanie. Avšak len podľa prečítaného
zadania nevedeli, čo majú robiť. Potrebovali
podrobnejšie vysvetlenie. Nakoniec rôznymi
farbami kreslili možné cesty priamo do mapy.
Ďalšiu skupinku pri počítačoch tvorili dve
druháčky. Ostatným druhákom, ktorí už vyriešili
vytlačené aktivity, som zadala zasa inú úlohu.
Do zošita si mali napísať tri ľubovoľné príkazy,
ktoré na konci hodiny zadajú spolužiakom. Toto
zadanie nebolo pre žiakov nové, keďže sme
podobnú aktivitu robili aj na predošlej hodine. Po
úvodných ťažkostiach si s veľkým nadšením
vymýšľali rôzne príkazy.
Ďalší týždeň sme spravili poslednú výmenu.
Posledná skupina žiakov dostala možnosť vyriešiť úlohy s včielkou pri počítači. S ostatnými
žiakmi sme sa zatiaľ „pohrali“ s mapou. Ešte raz
sme si podrobne vysvetlili, ako sa môžu pohybovať postavičky po mape a aké smery poznajú.
Povedali sme si tiež presnú pozíciu každej
figúrky. Tým sme si nacvičili, ako si môžu napr.
na šachovnici určiť presnú pozíciu šachovej figúrky.
Jeden žiak pri počítači nerozumel, ako treba
vyriešiť tretiu úlohu. Veľmi mu vadilo, že sa
včielka nepohla, keď klikol na niektorú šípku. Až
po mojom dlhom vysvetľovaní sa dostal do stavu,
že bol ochotný aspoň porozmýšľať nad riešením.
(Obr 8: Súťažná úloha Myš a syr)
Na čo si treba dať pri takejto hodine pozor?
V prvom rade by si učiteľ mal vyskúšať počítačové aktivity ešte pred vyučovacou hodinou.
Mal by sa uistiť, že sa dajú spustiť na počítačoch,
ktoré má k dispozícii v škole, kde učí. Často sa
stáva, že kvôli technickým problémom nie je
možné zrealizovať naplánovanú hodinu.
Ak si učiteľ pripraví podobnú mapu ako som
opísala, musí si premyslieť všetky možné
problémy, ktoré sa môžu vyskytnúť. Napr.
obrázky smerov by nemali byť rovnaké s postavičkami, ktoré použije. Tým sa zaručí jednoznačnosť pri oslovovaní postavičky a určovaní smeru.
Tiež si treba vybrať vhodné umiestnenie obrázkov, aby bol žiakom jasný smer, ktorým sa má
pohnúť ich figúrka. Môže sa stať, že si žiaci zle
interpretujú smer a pochopia ho ako konkrétne
políčko na mape.
Žiaci si neradi čítajú zadania. Často si v duchu
vytvorili k obrázkom vlastnú verziu zadania –
a potom boli presvedčení, že mali riešiť práve to.
Takto vznikajú rôzne chybné riešenia.
Počas vyučovania sa môže stať, že žiaci dokončia
danú úlohu skôr, alebo kvôli technickým
problémom nie je možné nasadiť nejakú aktivitu
zo série úloh. Práve preto musí mať učiteľ vždy
pripravený náhradný plán.
9 Záver
Po testovaní navrhnutých úloh môžem konštatovať, že žiaci ich riešili so záujmom. Je to dobrý
87
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
dôkaz toho, že pomocou dobre zvolenej motivácie môžeme získať pozornosť žiakov. Žiaci,
s ktorými som pracovala, si nečítali pozorne zadania úloh, hoci som ich na to viackrát upozornila. Radšej sa opýtali, čo treba robiť, alebo si
vytvorili vlastnú verziu zadania.
V článku som opísala návrh a priebeh dvoch
konkrétnych vyučovacích hodín, ktoré boli zamerané na tematický celok Riešenie problémov
a algoritmické myslenie. Aktivity, ktoré boli
súčasťou vyučovacích hodín boli inšpirované
úlohami zo súťaže iBobor.
Cieľom článku bolo ukázať učiteľom, ako
užitočne môžu využiť už hotové, naformulované
súťažné úlohy a s minimálnou námahou si môžu
pomocou nich pripraviť celú vyučovaciu hodinu
– od motivácie až po hodnotenie. Takúto pomoc
poskytuje iBobor nie len pre jeden tematický
okruh, ale pre každý, nakoľko sa táto súťaž snaží
zahrnúť všetky témy školskej informatiky.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
10 Literatúra
[1] HRUŠECKÁ, A. et al. Informatický bobor –
Nová súťaž v informačných technológiách
pre žiakov základných a stredných škôl. In:
DidInfo 2008. Banská Bystrica, ISBN 978-808083-556-9.
[2] Stránka súťaže iBobor: <http://ibobor.sk/>.
[3] ŠVAŘÍČEK, R., ŠEĎOVÁ, K. et al.
Kvalitativní výzkum v pedagogických vědách.
(2007) Praha: Portál. ISBN 978-80-7367-313-0.
[4] PASH, M. et al. Od vzdělávacího programu
k vyučovací hodině. (1998) Praha: Portál. ISBN
80-7367-054-2.
Mgr. Monika Gujberová
Katedra základov vyučovania informatiky
Fakulta matematiky fyziky a informatiky, UK
Mlynská dolina 1
842 48, Bratislava, SR
Tel: +421 2 602 95 611
E-mail: [email protected]
Www pracoviska: http://edi.fmph.uniba.sk/
88
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
FUNDAMENTAL IDEAS OF INFORMATICS AND THEIR RELATIONSHIP
TO DIDACTICS OF INFORMATICS
Ingrid NAGYOVÁ
Abstract: The teacher of informatics should have a clear idea of the content of informatics, about the
subject and the methods of its working and about the forms of its impacts in the world. In
mathematics, biology and other courses, the subjects and methods of work are proven for centuries.
Main subject of exploration of informatics is only gradually being born and only gentle crystallizes in
development.
The impulse for writing this article was the results of the survey from practice for students of
information technologies and informatics. They confirm the trend of recent years, when the
informatics is perceived in the society as a technical discipline. This article analyzes the various
aspects of informatics and tries to formulate the main subject of exploration of this field of human
activity. Finding this subject is important for didactics of informatics, because it influences
fundamentally the goals and methods of its teaching. Article also presents suggestions for practical
guidance to teaching students – future teachers, with the aim give them insight into the theoretical
basis of informatics and the boundaries of its exploration and impacts.
Key words: informatics, education informatics, fundamental ideas of informatics.
ZÁKLADNÍ MYŠLENKY INFORMATIKY A JEJICH VZTAH
K DIDAKTICE INFORMATIKY
Resumé: Učitel informatiky by měl mít jasnou představu o obsahu informatiky, o předmětu a
metodách její práce, o formách jejího působení ve světě. V matematice, biologii a dalších předmětech
jsou předmět a metody práce staletími ověřené. Hlavní předmět zkoumání informatiky se postupně
rodí a ve vývoji jen postupně krystalizuje.
Podnětem k sepsání příspěvku byla anketa mezi studenty informačních technologií a informatiky
z praxe, která potvrzuje trend posledních let, kdy je informatika ve společnosti vnímána hlavně jako
technická disciplína. Příspěvek analyzuje jednotlivé aspekty informatiky a pokouší se formulovat
hlavní předmět zkoumání tohoto oboru lidské činnosti. Jeho nalezení je pro didaktiku informatiky
důležité, protože zásadně ovlivňuje cíle a metody její výuky. Příspěvek přináší také náměty na
praktické vedení výuky studentů, budoucích učitelů, s cílem přiblížit jim teoretický základ informatiky
a hranice jejího zkoumání a působení.
Klíčová slova: informatika, didaktika informatiky, základní myšlenky informatiky.
zajímaly lidi již v dávné době. Přesto víme, že
v této době byla informatika jenom v počátcích,
jenom velice nesměle si razila cestu na svět. Ještě
dlouho neexistovaly osobní počítače, neexistoval
internet, či interaktivní tabule. Ty stoje, které se
postupně dařilo konstruovat, byly sice na svou
dobu fantastické, přesto je dnes najdeme leda v
počítačových muzeích.
V dnešní době často slýcháme, že se
informatika vyvíjí velice rychle. Tento názor je
zcela opodstatněný při pohledu na rychlý vývoj
v oblasti počítačové techniky, ohromnou evoluci
v oblasti počítačů (notebooky, tablety, chytré
telefony apod.), vyvíjení větších pamětí,
dokonalejších obrazovek, nových verzí programů
apod. Na druhou stranu odborníci v oblasti
1 Úvod
Dějiny informatiky sahají daleko do minulosti
a jsou spojeny s prvními úvahami nad obecnými
algoritmy pro práci s čísly a jinými údaji. Pojem,
z něhož vychází dnešní slovo algoritmus, se
objevuje již ve středověku, v osmém století
v Persii. Princip algoritmizace byl znám již dříve.
Myšlenky sestrojit programovatelný stroj, který
by dokázal sám provádět jisté výpočty, se
objevuji na konci 18. století. Začátkem
následujícího století jsou první takové stroje
doopravdy sestaveny.
Z tohoto pohledu rozhodně nemůžeme
nahlížet na informatiku jako na mladý obor.
Definice a konstrukce algoritmů a na jejich
základě konstrukce automatických strojů
89
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
informatiky si uvědomují, že vývoj informatiky
(zejména jejího základu, jejich základních
myšlenek) není až tak překotný, jak se z pohledu
vývoje techniky může zdát. Uvědomují si, že
mnoho základních myšlenek, na nichž je
informatika
postavena,
jsou
myšlenky
z „informatických“ počátků a zůstávají od té
doby prakticky neměnné.
Při zamýšlení se nad definicí informatiky jako
vědy je potřeba zohlednit mnoho aspektů:
- Pojem informatika souvisí s informacemi a
informatika se informacemi zabývá. Studuje
možnosti získávání, ukládání, uchovávání a
zpracovávání informací.
- Informatika je často spojována s počítačem.
Počítač ale není hlavním předmětem
zkoumání informatiky.
- V anglicky mluvícím světě se setkáváme
s výrazem „počítačová věda“ (computer
science) nebo v poslední době také
s označením „výpočetní věda“ (computing
science). Takto je často informatika vnímána
jako věda o počítačích, jako věda, pro niž je
počítač hlavním předmětem zkoumání.
Tento pohled na informatiku je nutno jasně
oddělit – počítač jako nástroj byl již
historicky až druhotným předmětem
zkoumání informatiky. Základní myšlenky
informatiky se formovaly již v osmém
století, kdy se setkáváme s prvními
algoritmy.
- Hlavními
pojmy
informatiky
jsou:
informace
a
zpracování
informací,
algoritmus, program, jazyk apod.
- Charakterizovat informatiku jako vědu je
velice obtížné. Věda by měla mít vlastní
metody pro výzkumnou práci. Informatika
tyto metody v mnoha směrech zatím pouze
hledá, vědecká práce v oblasti informatiky
se soustřeďuje nejvíc do technických oblastí
(mnohé technické novinky a inovace).
Myšlenky informatiky se vyvíjí a mění
mnohem pomaleji.
- Informatika byla v minulosti pěstována jako
speciální odvětví jiných vědeckých disciplin
(logiky, matematiky, elektrotechniky apod.).
Postupně se však vyvíjí v samostatný obor
lidské činnosti, který zpětně v mnoha
oblastech působí na ostatní obory a vědecké
oblasti.
Na základě vyjmenovaných aspektů lze
informatiku definovat jako obor lidské činnosti,
který se zabývá zpracováním informací.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Zpracování informací může sestávat
z množství jednotlivých činností a procesů, na
informatiku proto můžeme nahlížet více způsoby
– z pohledu hardwaru a softwaru, z pohledu
počítače jako technického prostředku, ale také
jako na teoretický obor zabývající se formálními
modely práce s informacemi a jejich chováním.
Pro výuku je způsob náhledu na informatiku
důležitý. Ovlivňuje obsah výuky a charakter
předávaných informací, použité metody a
postupy a v neposlední řadě přístup učitele.
Pokud budeme na informatiku nahlížet jako na
technické odvětví zabývající se zejména
hardwarem, pak výuka informatiky bude výukou
technického oboru, výukou o strojích a
zařízeních, o výrobních procesech apod. Naopak
výuka teoretické informatiky, výuka formálních
jazyků a automatů bude velice blízká výuce
matematiky a uplatní její didaktické a
pedagogické metody.
Společenský pohled na informatiku a její
vnímání a uchopování učiteli, ale také studenty
informatických učitelských oborů významně
ovlivňuje metody a postupy práce v hodinách
informatiky. Analýza názorů studentů studijního
oboru Informační technologie ve vzdělávání je
jedním z možných způsobů jak nahlédnout na
názory jisté části společnosti na obsah
informatiky. Navíc se taková analýza může stát
východiskem pro přemýšlení a znovuzařazení
mnoha opomíjených témat v přípravě studentů
informatických učitelských oborů.
2 Základní pojmy informatiky
Jednotlivé aspekty informatiky, jak jsou
uvedeny v úvodu, naznačují, které z pojmů a
myšlenek tvoří její základ. Naznačují jaké
metody a postupy práce s informacemi
informatika používá. Schubert a Schwill [4]
označují za základní myšlenky informatiky
pojmy algoritmus, strukturální rozklad a
jazyk. Tyto tři myšlenky tvoří základ, který při
hlubších analýzách může být zdrojem dalších
myšlenek.
Je
samozřejmostí,
že
algoritmizaci
pojímáme jako základní myšlenku informatiky.
Lze ji uplatnit ve všech fázích životního cyklu
softwaru, podle čehož rozlišujeme čtyři velké
oblasti,
v nichž
algoritmizace
nachází
nezastupitelné místo:
- Při návrhu algoritmu používáme návrhová
paradigmata, jako jsou strukturované nebo
objektově
orientované
programování,
90
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
metody „shoda-dolů“, „rozděl a panuj“,
„prohledávání s návratem“ apod.
- Návrh je následně převeden do programu.
K tomu jsou k dispozici určité společné
koncepty,
jako
například
zřetězení,
alternativa, rekurze atd.
- Hotový program je realizován na jednom
(nebo více) procesorech. S tím souvisí
myšlenka procesu.
- Poslední
skupina
myšlenek
v rámci
algoritmizace se zabývá hodnocením
algoritmů z hlediska kvality. Hlavními
kritérii hodnocení jsou správnost, úplnost a
časová nebo prostorová náročnost.
Myšlenka jazyka hraje významnou roli nejen
při programování (programovací jazyky), při
specifikaci (specifikační jazyky), při ověřování
(logické úvahy a výrazy), v databázích
(dotazovací jazyky), či v operačních systémech
(příkazové jazyky). Jistou formou jazyka jsou i
grafy nebo tabulky, myšlenkové mapy apod.
V úzkém vztahu k jazykům stojí myšlenky
syntaxe a sémantiky, myšlenky překladu nebo
interpretace daného jazyka.
Ve strukturálním rozkladu můžeme jasně
rozlišit dva základní aspekty:
- Vertikální aspekt, tzv. hierarchizace, jež
popisuje rozložení předmětu na úrovních
různých stupňů abstrakce. Systém se člení
na konečný počet hierarchických úrovní
s různým stupněm abstrakce. Myšlenku
hierarchizace najdeme například v modelech
úrovní architektury počítače, v jazykových
hierarchiích, strojových modelech, ISO-OSI
úrovňovém modelu apod.
- Horizontální aspekt, tzv. modularizace,
popisuje rozložení předmětu na jednotlivé
díly stejné úrovně abstrakce. Každý systém
se dá vysvětlit pomocí vlastností jeho částí,
dá se chápat jako suma jeho na sobě zcela
nezávislých dílů (odspoda nahoru), resp. se
dá rozložit na zcela nezávislé díly (shora
dolů).
Hierarchická modularizace vzniká smíšením
obou základních forem.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Začněme jednou příhodou z minulosti. Při
stavbě Asuánské přehrady bylo rozhodnuto, že
chrám v Abu Simbel budou pro jejich zachování
přesunuty na nové místo. V letech 1964 - 1968 se
začalo s rozkládáním celého chrámu na
jednotlivé kamenné kvádry o průměrné váze
20 tun. Velké kusy, jako například sochy faraona
z velkého chrámu, musely být opatrně rozřezány
na menší kusy, aby byl možný jejich přesun.
Všechny odvážené kameny byly pečlivě
katalogizovány a následně znovu poskládány na
novém místě asi 200 metrů od původního
stanoviště. Velké sochy se vyztužily ocelovými
tyčemi a poskládaly znovu dohromady se snahou,
aby nebyly vidět provedené řezy. [6]
Podívejme se podrobně, jak tento gigantický
projekt probíhal. Sochy byly rozřezány na
kvádry. Jako první byly řezány bloky z horních
částí chrámu, jako poslední bloky z jeho dolních
partií. Kvádry byly nakládány na auta, která
postupně vezla jednotlivé bloky nahoru do kopce.
Auta tak vyvážela nejprve horní části chrámu a
následně pak spodní části. Je zřejmé, že
s opětovnou výstavbou chrámu se mohlo začít až
po převezení všech bloků do kopce. Na kopci tak
vzniklo úložiště kvádrů.
Příběh přesunu chrámu Abu Simbel má pouze
historickou hodnotu. Protože se jedná o řešení
problémů, informatika zde nachází také své místo
[3]. Auta převážející kvádry se řadí do fronty za
sebe. Úložiště kvádrů funguje jako zásobník –
kvádry, dovezené nakonec, budou při opětovné
výstavbě chrámu použity jako první. Tak se zde
při řešení reálného praktického příkladu
setkáváme s datovými strukturami informatiky,
s frontou aut a seznamem či zásobníkem kvádrů.
Příklad 2: Hanojské věže
Problém hanojských věží je obecně znám.
Máme tři tyče a x kotoučů seřazených na sobě od
největšího po nejmenší. Podle daných pravidel je
potřeba přesunout kotouče na koncovou tyč.
Je zřejmé, že tento problém není problémem
informatiky, lze ho řešit bez jakýchkoliv znalostí
této vědy. Informatiku v něm můžeme objevit,
pokud například budeme postupně zaznamenávat
velikost aktuálně přesouvaného kotouče – viz
obrázek 1 pro šest kotoučů.
3 Projevy informatiky v reálném světě
Základní myšlenky informatiky, metody a
principech její práce lze demonstrovat na mnoha
praktických příkladech. Právě příklady z praxe
jednoznačně vymezí hranice, kde se v reálném
světě projevují přístupy informatiky.
Příklad 1: Přesun chrámu v Abu Simbel
91
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Obr. 1: Přesun šesti kotoučů.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Studenti zahajující svá studia v tomto oboru
bývají zaskočení skladbou informatických
předmětů a jejich sylabem. To často vede k ztrátě
zájmu o studovaný obor, nebo až k ukončení
studia. Zejména první hodiny algoritmizace a
programování, matematiky či logiky se pro
mnoho studentů stává posledními hodinami na
vysoké škole. To nás neustále vede k zamyšlení
se nad důvody tohoto stavu: Co si studenti
přicházející na školu studovat informatický obor
pod pojmem informatika představují? Co od
svého studia očekávají? Lze algoritmické myšlení
chápat jako základ informatiky i v dnešní době,
nebo je to pouhý přežitek a informatika má
v dnešní době jiné poslání? V tom případě –
jaké?
Hledání odpovědí na tyto otázky je velice
problematické. Studenti, kteří mají na počátku
studia problémy, se obvykle velice rychle ztratí
ze studia. Získat jejich zpětnou vazbu je proto
velice komplikované. K zjištění názorů studentů
prvních ročníků využíváme proto hlavně metodu
rozhovoru.
Při hledání odpovědí na položené otázky jsme
se zaměřili naopak na studenty končící své
studiu, tj. na studenty třetího ročníku
bakalářského stupně. Tito studenti prošli velkou
část vysokoškolského vzdělávání na pedagogické
fakultě v oblasti informačních technologií a jejich
názory na informatiku by měly být již
zformovány. Absolvovaly technicky zaměřené
předměty zabývající se počítačovými sítěmi a
periferiemi počítačů, předměty zaměřené na
praktickou multimediální tvorbu, ale také
předměty
zaměřené
teoreticky,
jako
algoritmizace a programování, databázové a
informační systémy apod.
Hlavním smyslem provedené analýzy bylo
zjistit názory studentů třetího ročníku
bakalářského studia na informatiku a na předmět
jejího zkoumání. Názory studentů byly
zjišťovány v předmětu Didaktika vzdělávacích
technologií. Použitou metodou byla metoda
dotazníku s otevřenou otázkou vyžadující krátkou
tvořenou odpověď ve vymezeném rozsahu.
Dotazník
byl
distribuován
formou
korespondenčních úkolů v kurzu.
Sběr dat probíhal ve dvou etapách – před
započetím výuky a po jejím ukončení. Zadání
prvního korespondenčního úkolu znělo:
„Zamyslete se nad pojmem informatika.
Vypište 20 pojmů, které tento obor podle Vás
charakterizují. Pojmy seřaďte do kategorií nebo
Z obrázku lze zjistit, že největší kotouč je
přesouván přesně uprostřed celého procesu a že
celý proces je podle tohoto kotouče
„symetrický“, tj. levá i pravá polovina obrázku
jsou identické. Na ně lze rekurzivně aplikovat
stejné pravidlo, tj. pátý kotouč je přesouván
přesně uprostřed levé poloviny obrázku, ale také
uprostřed pravé poloviny apod. Tato analýza
přesunu kotoučů a objev rekurze nás opět přivádí
z reálného světa do oblasti informatiky.
Jiný pohled na přesun kotoučů nabízí pohled
inspirovaný nadreálnými čísly. [2] Posloupnost
dvojkových čísel (počet cifer čísla odpovídá
počtu kotoučů) tak, že na první nulové číslo
posloupnosti aplikujeme pravidlo změny nuly na
jedničku nebo opačně při přesunu kotouče v řádu
čísla odpovídajícímu velikosti tohoto kotouče.
Pro tři kotouče dostáváme například
posloupnost osmi dvojkových čísel:
000, 001, 011, 010, 110, 111, 101, 100
Pro čtyři kotouče dostaneme posloupnost
šestnácti dvojkových čísel:
0000, 0001, 0011, 0010, 0110, 0111, 0101, 0100,
1100, 1101, 1111, 1110, 1010, 1011, 1001, 1000.
První polovina této posloupnosti je (až na první
nulu v každém čísle) shodná s posloupností pro
tři kotouče. Pak se ale vše obrací a druhá
polovina posloupnosti je (až na první jedničku)
vzhledem k posloupnosti pro tři kotouče
převrácena
(otočena).
V těchto
částečně
matematických zákonitostech se projevují a
ukazují zákonitosti rekurze v informatice.
4 Použité výzkumné metody
Názory studentů informatických oborů na
informatiku mohou ovlivnit směr jejich
vzdělávání, a to zejména zařazení opomíjených
témat, či způsoby seznámení s principy práce
informatiky. Analýza názorů studentů studijního
oboru Informační technologie ve vzdělávání se
stala východiskem pro tuto práci. Obor
Informační technologie ve vzdělávání je
vyučován na Pedagogické fakultě Ostravské
univerzity v Ostravě v prezenční i kombinované
formě.
Studenti
se
mohou
vzdělávat
v bakalářském stupni nebo v navazujícím
magisterském studiu.
I přesto, že se jedná o neučitelský obor,
absolvují studenti tohoto oboru již v bakalářském
stupni teoretickou pedagogickou přípravu, včetně
přípravy v oblasti didaktiky informatiky.
92
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
podle důležitosti. Můžete je seřadit do
myšlenkové mapy.“
Z výsledků analýzy (viz dále) vyplynulo, že je
nezbytné studentům vysvětlit mnohé z principů a
metod práce informatiky. Vhodným nástrojem se
ukázaly být příklady z praxe (viz kapitola 3),
na nichž bylo možné demonstrovat hranici mezi
tím, co informatika ještě není a kdy reálný
problém může být řešen metodami informatiky,
Po objasnění principů a metod zkoumání
informatiky na příkladech bylo zadání původního
korespondenčního úkolu doplněno o text:
„Tento seznam bude obsahovat pojmy, které
přímo nesouvisí s počítačem a nejsou
pojmenováním částí počítače. Hledejte, prosím,
co to je informatika, co se doopravdy za tímto
pojmem skrývá.“
V obou případech byly odpovědi studentů
shromážděny a podrobeny pečlivé evaluaci, a to
jak gramatické (odstranění překlepů, drobných
chyb, jednotné skloňování), tak obsahové –
vyhledání synonym (software a program apod.).
Odpovědi byly poté seřazeny podle abecedy a
seskupeny do skupin. Ve výsledcích byly důležité
zejména četnosti výskytů jednotlivých odpovědí
studentů.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
prezenčního studia a 5 studentů kombinovaného
studia.
Rozborem a následnou validací pojmů jsme
získaly 350 pojmů od studentů prezenční formy
studia a 108 pojmů od kombinovaných studentů.
Nejčastěji uváděným pojmem je pojem
program, resp. software (viz tabulka 1). To
uvedlo 17 prezenčních studentů a všichni studenti
kombinované formy. K tomu lze také připočíst
poměrně vysoký výskyt pojmu programování.
Z toho lze usuzovat, že studenti třetího ročníku
vnímají spojení informatiky s programy a
programováním. Ve srovnání s výsledky studentů
prvních ročníků lze konstatovat, že tento názor je
důsledkem absolvované výuky na vysoké škole a
to je jistě pozitivní zjištění.
Pojem
Prezenční
forma
Kombinovaná
forma
Program,
17 (94%)
5 (100%)
software
Počítač
14 (78%)
3 (60%)
Zpracování
13 (72%)
3 (60%)
informací
Hardware
11 (61%)
3 (60%)
Internet
11 (61%)
2 (40%)
Programování
11 (61%)
2 (40%)
Myš
9 (50%)
2 (40%)
Tab. 1: Nejčastěji uváděné pojmy.
5 Průběh a výsledky analýzy
Z pravidelných rozhovorů se studenty prvního
ročníku oboru Informační technologie ve
vzdělávání vyplývá, že algoritmické myšlení a
programátorské dovednosti rozhodně nepovažují
za základ informatického vzdělávání, a pokud
ano, nepočítají s tím, že by se těmto předmětům
měli věnovat na pedagogické fakultě nebo
dokonce jako budoucí učitelé celoživotně. Jejich
chápání informatiky je značně zkresleno výukou
dovedností práce s kancelářskými balíky, kterou
absolvovali na střední škole, a také používáním
internetu,
jeho
sociálním
postavením,
počítačovými hrami apod. Někteří ze studentů
spojují
informatiku
alespoň
s nutnými
technickými prostředky a potřebou základních
znalostí o jejich funkčnosti a využitelnosti.
Algoritmický přístup k řešení problémů rozhodně
nevnímají jako nutnou součást jednotlivých
činností a procesů informatiky.
U studentů třetích ročníků jsme provedli
dotazníkové šetření popisované výše. První
dotazník (korespondenční úkol) řešili studenti
v hodině bez předchozích instrukcí a diskuze.
Průzkumu se zúčastnilo 23 studentů, 18 studentů
Dalšími často uváděnými pojmy jsou pojmy
počítač a zpracování informací. Nejčastěji
uváděné pojmy tak z velké části pokrývají
základní aspekty a myšlenky informatiky, jak
byly vyjmenovány v úvodu. Pojem algoritmus
uvedla do souvislosti s informatikou pouze
třetina studentů.
Překvapivé je zjištění, že polovina studentů si
spojuje informatiku s pojmem myš (počítačová
myš). V seznamu pojmů se objevilo také více
různých pojmenování dalších periferií počítače či
konkrétních softwarových produktů. Proto byly
pojmy seřazeny do speciálních skupin:
- Pojmy označující periferie a další technická
zařízení připojitelná k počítači, například
myš, klávesnice, monitor, reproduktory,
tiskárna apod. Skupina nese označení TECH.
- Pojmy označující jména konkrétních
softwarových produktů, například Excel,
Word, Delphi apod. Skupina je označena
PRG.
Skupiny TECH a PRG poukazují na
kontroverzní názory a slovní spojení. Jistě by
93
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
byla možná analýza dalších skupin pojmů, ta by
však pouze potvrzovala předchozí.
Tabulka 2 sumarizuje výsledky v obou
skupinách. Z tabulky je zřejmé, že technická
zařízení (skupina TECH) se mezi pojmy
souvisejícími
s informatikou
vyskytují
s frekvencí 20% u studentů prezenční formy
studia a 15% studentů kombinované formy.
Přitom je potřeba zdůraznit, že tiskárna, myš,
klávesnice, monitor apod. nemají s informatikou
mnoho společného. Z analýzy vyplývá, že
studenti kombinované formy, kteří obvykle
přichází z praxe, si tuto skutečnost uvědomují víc
než studenti prezenční formy.
Prezenční
Kombinovaná
forma
forma
TECH
71 (20%)
16 (15%)
PRG
25 (7%)
0 (0%)
Tab. 2: Četnost výskytů pojmů ve skupinách.
Pojem
Významné je také procento vyjmenovávaných
konkrétních jmen softwarových produktů. Tato
skutečnost je zajímavá i z toho důvodu, že
kombinovaní studenti takový produkt vůbec
neuvedli. U studenti prezenční formy studia se
mezi pojmy vyskytlo 7% pojmenování
konkrétních programů. Tito studenti obvykle do
studia nastupují ihned po skončení střední školy.
Jsou často přesvědčeni, že vše záleží na
použitých softwarových produktech, použitých
tlačítkách a položkách nabídek programů.
Většinou nedokážou znalosti zobecnit, nejsou
schopni abstrakce (viz také [5]).
Obr. 2: Proměna korespondenčního úkolu.
6 Diskuze a závěry
Není daleko doba, kdy informatika a práce na
počítači byly přímo spojovány s algoritmizací a
programováním, kdy všechny činnosti na počítači
vyžadovaly programátorskou práci. Pokud člověk
nebyl současně programátor, počítač nemohl a
nedokázal využít.
Pojímání informatiky v dnešní době se
radikálně změnilo. Počítače využíváme při celé
řadě činnosti – pro psaní textových dokumentů,
pro komunikaci, vyhledání a zpracování
informací apod. K tomu nám složí programové
vybavení počítače, jehož grafické uživatelské
rozhraní je dnes na takové úrovni, že k jeho
obsluze nepotřebujeme většinou žádné speciální
znalosti či dokonce programátorské dovednosti.
A tak pomalu zapomínáme na původ
jednotlivostí, jež umožnily vývoj počítačů a
jejich možností. Pomalu opomíjíme důležitost
algoritmického myšlení a představivosti, při práci
s počítačem si neuvědomujeme, že pracujeme se
Druhé etapy dotazníkového šetření po
absolvování výuky se zúčastnili pouze studenti
prezenční formy studia, úkol odevzdalo 17
studentů.
Následná analýza pojmů se zde ukázala
nemožnou. Studenti o problému začali přemýšlet
a z jednoduchých pojmů se stala slovní spojení.
Hlavním přínosem byla vyšší míra abstrakce a
zobecnění v řešení úkolů. Část úkolu vybraného
studenta a změnu v jeho řešení znázorňuje
obrázek 2 – část myšlenkové mapy před a po
zamyšlení nad hranicemi informatiky. Student ve
svém řešení nahradil jednotlivá technická
zařízení spíše jejich modely nebo principy
fungování. Tím také pozměnil oblast z technické
na spíše teoretickou informatiku. Tento proces
lze vysledovat v práci většiny studentů.
94
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
softwarem, který někdo vyvinul a který i přes
maximální snahu autora o intuitivnost a
jednoduchost ovládání, přesto od nás očekává a
předpokládá algoritmický a logický přístup.
Jednoduché opakující se činnosti se mohou stát
rutinní práci s počítačem, ale vše nové vyžaduje
použití jistých principů, které nutně vychází
z algoritmizace. Tato skutečnost se projevuje při
hledání základních myšlenek informatiky (viz
kapitola 2). Tento princip můžeme objevovat při
řešení nejrůznějších problémů s využitím metod a
principů informatiky (viz příklady v kapitole 3).
Situace je komplikovanější ve výuce na
školách, kde si algoritmický přístup musí
neustále hledat a obhajovat své místo. Žáci a
studenti velice snadno sklouzávají k stereotypům
a nabývají dojem, že programování není nutným
předpokladem kvalitní práce s počítačem.
Vysoká teoretická náročnost a abstraktnost
algoritmizace je v tomto přesvědčení jenom
utvrzuje. Potvrzují to také názory prezentované
studenty, budoucími učiteli informatiky (viz
kapitola 5). Tlak na nepotřebnost a
nevyužitelnost algoritmizace a programování a
opomínání pravé podstaty informatiky nabývají
takové sily a rozměrů, že myšlenka algoritmizace
ztrácí ve výuce informatiky na významu.
Trend „zapomínání na algoritmy“ bude jistě
ve společnosti pokračovat. Jak již bylo
naznačeno, tento trend by ale neměl ztrácet na
významu v přípravě učitelů informatiky. Navíc se
právě algoritmický přístup k řešení problémů
může stát oživujícím prvkem výuky, ať již při
projektové
výuce,
při
tvořivé
hře
v konstruktivisticky orientovaných prostředích
(LOGO [1], SCRATCH, LEGO roboti apod.), či
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
při jiných aktivitách. Uvedené praktické příklady
v kapitole 3 to jenom potvrzují.
Příspěvek navazuje na projekt Inovace
doktorského studijního programu „ICT ve
vzdělávání“ - CZ.1.07/2.2.00/18.0005.
7 Literatura
[1] BLAHO, A., KALAS, I. Imagine Logo
Primary Workbook. Logotron, Cambridge
[2] KNUTH, D. E. Nadreálná čísla. Pokroky
matematiky, fyziky a astronomie. Praha: Jednota
českých matematiků a fyziků, 1978. Číslo 23
(1978).
[3] NAGYOVÁ, I. Lineární abstraktní datové
typy. Sborník příspěvků z konference a soutěže
eLearning 2009. Hradec Králové: Gaudeamus,
Univerzita Hradec Králové, 2009. s. 23-27.
[2009-11-10]. ISBN 978-80-7041-971-7.
[4] SCHUBERT, S., SCHWILL, A. Didaktik der
Informatik. Heidelberg: Spektrum, 2004. ISBN 38274-1382-6.
[5] VANÍČEK, J. Didaktika informatiky a
výpočetní techniky. Studijní text pro studenty.
České Budějovice: JČU, 2004.
[6] Wikipedie, otevřená encyklopedie. URL:
<http://cs.wikipedia.org/>
RNDr. Ingrid Nagyová, PhD.
Katedra informačních a komunikačních
technologií
Pedagogická fakulta OU
Mlýnská 5
701 03, Ostrava, ČR
Tel: +420 597 092 630
E-mail: [email protected].cz
Www pracoviště: http://pdf.osu.cz/kik/
95
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
RESEARCH
http://jtie.upol.cz
ARTICLES
ROBORIC KITS IN SECONDARY SCHOOL
Michaela VESELOVSKÁ – Karolína MAYEROVÁ
Abstract: In the article we introduce robotic kits (RK) which are used at secondary schools. We
provide overview of RK based on different criteria. We select two most suitable RK and we are going
to use them in classes where we are conducting our research. We also provide a description of the
tested activities with RK. In conclusion, we provide results of our qualitative research. Based upon
results, we choose one RK to continue with in further research.
Key words: educational robotics, robotic kits, secondary school.
ROBOTICKÉ STAVEBNICE NA 2. STUPNI ZŠ
Abstrakt: V článku sa venujeme robotickým stavebniciam (RS) používaným na druhom stupni
základných škôl. Poskytujeme prehľad RS podľa rôznych kritérií. Z nich vyberáme dve najvhodnejšie
RS do tried, kde prebieha náš výskum. V článku sa nachádza i popis otestovaných aktivít s dvomi
vybranými RS. V závere článku uvádzame výsledky realizovaného kvalitatívneho výskumu, podľa
ktorého vyberáme jednu RS, pomocou ktorej bude pokračovať ďalší výskum.
Klíčová slova: edukačná robotika, RS, druhý stupeň základnej školy.
metodický materiál a vyučovacie metódy (Projekt
Infovek, 2005). Podľa Cvika (2005) sa
začleňovanie
edukačnej
robotiky
do
vyučovacieho procesu na Slovensku stáva
realitou. Práca s RS dokáže v značnej miere
podporovať rozvoj medzipredmetových vzťahov.
Z doterajších výskumov vyplýva, že výskumníci
spájajú robotiku (stavebnice LEGO a systém
GIS) a vytvárajú aktivity na prepojenie robotiky
hlavne s prírodovednými predmetmi ako
matematika, fyzika (Williams a kol. (2007),
Nugent a kol. (2008), Mitnik a kol (2008),
Nugent a kol. (2009)). Barreto (2011) tvrdí, že 80
percent preštudovaných štúdií súvisiacich
s vyučovaním robotiky sa zameriava hlavne na
témy z oblasti fyziky a matematiky. Iní
výskumníci a učitelia – napr. Resnick (1991) – sa
snažia motivovať i študentov, ktorí sa zaujímajú
o umenie. Spojenie robotiky s výtvarnou
výchovou
a hudobnou
výchovou
môže
zatraktívniť edukačnú robotiku aj pre dievčatá
a deti, ktoré sa nezaujímajú o prírodné vedy.
Práve za týmto účelom bola vytvorená RS
PicoCricket (The Playful Invention Company,
2006), ktorá sa žiaľ prestala vyrábať.
V našom výskume by sme chceli pracovať s
RS, ktorá žiakom umožní rozvoj ich umeleckej
stránky a zvýši motiváciu pri učení sa
u humanitne
a spoločensky
orientovaných
žiakov.
Naším cieľom je vybrať RS, ktorá by bola
menej náročná na stavbu a programovanie.
1 Úvod
Na Slovensku je od roku 2008 povinná
informatická výchova už od druhého ročníka 1.
stupňa ZŠ, ktorá umožňuje konceptuálne
vzdelávanie študentov v oblasti digitálnej
gramotnosti (ŠVP, 2011). Súčasťou tohto
predmetu je i oblasť robotiky či ovládania RS,
ktorých využívanie vo vyučovacom procese sa
odporúča i v štátnom vzdelávacom programe
(ŠVP, 2011). Ako jeden z prvých krokov pri
vyučovaní s RS, ktoré musí učiteľ urobiť, je
výber RS. V tomto článku predstavujeme časť
nášho výskumu, ktorý pojednáva práve o výbere
vhodnej RS pre druhý stupeň ZŠ. Poskytujeme
stručný prehľad RS, ktoré sú dostupné na trhu a
ktoré sú podľa nás vhodné pre túto vekovú
kategóriu. Prehľad týchto RS je podávaný
z viacerých uhlov pohľadu podľa rôznych
kritérií, ktoré sledujú ciele výučby.
2 Použité výskumné metódy
Teoretické východiská
Záujem o využívanie RS v procese učenia a
učenia sa neustále stúpa. Aktivity s RS so sebou
prinášajú i potenciál pre rozvoj procesu učenia sa
(Papert, 2003). Využiť robotiku vo vyučovaní
však nie je jednoduché. Dôležité je uvedomiť si,
že technológia sama o sebe neprináša
signifikantný výsledok v rozvoji žiadaných
zručností a schopností, ktoré by mali nadobúdať
žiaci počas štúdia na základnej škole. Okrem
technológií je potrebný i vhodný študijný plán,
96
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Týmto spôsobom by sme chceli vytvoriť priestor
pre spojenie edukačnej robotiky s výtvarnou
výchovou a so slovenským jazykom.
Výskumné metódy
Realizovali sme pilotnú štúdiu, ktorá sa stala
úvodom do hlbšieho výskumu realizovaného
v rámci dizertačnej práce.
V úvode sme sa rozhodli realizovať teoretický
výskum zameraný na prieskum existujúcich RS.
Na jeho základe sme vytvorili prehľad RS a
kritéria pre výber RS podľa daného edukačného
cieľa.
Na základe kritérií sme vybrali dve
najvyhovujúcejšie RS pre náš nasledujúci
výskum: LEGO Mindstorms NXT a LEGO
WeDo. Pričom sme sa rozhodli LEGO WeDo
skombinovať nielen s WeDo Software, ale aj
s programovacím prostredím Scratch. Naše
rozhodnutie vyplývalo z charakteru vybranej
výskumnej vzorky (piaty ročník základnej školy),
na ktorej chceme realizovať aj náš dizertačný
výskum.
Ďalej sme viedli kvalitatívny výskum
s použitím nasledujúcich metód: zúčastnené
pozorovanie,
fotografie,
video,
analýza
produktov, interview s učiteľmi (Švaříček, 2007).
Tieto dáta sme analyzovali a dospeli k záverom,
ktoré uvádzame v závere článku.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
označená „“ vtedy, ak stavebnica takúto
možnosť neponúka a „“, ak takúto možnosť
ponúka. Tabuľka je navyše rozdelená do piatich
častí a to na Iba konštrukčné RS, Iba
programovateľné RS, Pohyby kociek, Dosky
a Kombinované (umožňujú konštrukciu aj
programovanie a nepatria medzi Pohyby kociek
alebo Dosky).
Prehľad RS
Názov
Cena
Vek
K
P
T D
Iba konštrukčné
Engino
$79,95
Od 6 r.   
Merkur
Od 70,75 €
Od 7 r.   
Iba programovateľné RS
mOway
$199
Od 12 r.   
Papero
Prototyp
Od 7 r.   
Scribler
$139,99
Od 14 r.   
Pohyby kociek
Cubelets
$ 160
Od 8 r.   
Topobo
$149 5 – 13 r.   
$225
Dosky
Arduino Od 79,90 € Od 14 r.   
BoeBot
$159,99
Od 14 r.   
Robot
Boffin
77 €
Od 8 r.   
750
GoGo
$105,08
Od 14 r.   
Board
kVex
300 – 500 € Od 14 r.   
Kombinované
Fischer
69,95 €
Od 7 r.   
Technic
LEGO
Staršia
Od 8 r.   
Mindstor verzia NXT
ms RCX
LEGO
352,51 €
Od 8 r.   
Mindstor
ms NXT
LEGO
133,29 €
Od 7 r.   
WeDo
OLLO
$20 –
Od 7 r.   
$1200
Tabuľka 1: Prehľad robotických stavebníc.
3 Priebeh a výsledky výskumu
Realizovaná pilotná štúdia, ako sme
spomínali, je rozdelená na dve časti (teoretický
výskum a kvalitatívny výskum).
V prvej časti výskumu sme robili teoretický
prieskum existujúcich RS vhodných na využitie
vo výučbe alebo pri voľnočasových aktivitách.
Našli sme sedemnásť RS, roztriedili sme ich
podľa určitých spoločných znakov a zaznamenali
do tabuľky.
V Tabuľke 1 sa nachádzajú RS, pri ktorých je
uvedený ich názov, cena, odporúčaná veková
kategória
a možnosť
konštrukcie
(K)
a programovania (P). V časti Odporúčaná veková
kategória sme uviedli vek, ktorý udali jednotlivé
spoločnosti poskytujúcich možnosti zakúpenia
RS na svojich webových stránkach. Možnosť
konštrukcie RS sme rozdelili na technickú (T)
a dizajnovú (D) časť. Technická časť v rámci
použitia všetkých dielov RS dovoľuje postaviť
len určitý počet robotických modelov. Do
dizajnovej časti patria RS, s ktorá umožňuje
postaviť vlastné originálne modely. Možnosť
programovania uvádzame, ak k danej RS existuje
programovacie prostredie. Možnosť konštrukcie
a programovania
s danou
stavebnicou
je
Na niektorých základných školách a stredných
školách na Slovensku sa vo výučbe používa
stavebnica LEGO Mindstorms NXT, LEGO
Mindstorms RCX (Cvik, 2005).
Pri voľbe správnej RS je dôležité brať do
úvahy viacero faktorov a vzhľadom na to sme
97
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
vytvorili niekoľko kritérií (faktorov), ktoré by
mohli vyučujúcim takúto voľbu uľahčiť.
Kritériá výberu vhodnej RS
Jedným z prvých faktorov ovplyvňujúcich
výber RS a jej zaradenie do výučby je vzdelávací
cieľ – v akom rozsahu by sme chceli danú RS vo
výučbe
využiť
(v zmysle
dizajnovania,
konštruovania a programovania robotického
modelu). Ďalším faktorom je i skutočnosť či
k určitej RS existuje relevantné metodické
zabezpečenie. Vyučujúci by mal pri výbere
taktiež uvažovať nad primeranosťou danej RS
k veku žiakov (kognitívne štádium vývinu) aj nad
jej zrozumiteľnosťou. Tu sa vynárajú rôzne
otázky (vzhľadom na zvolený vzdelávací cieľ)
ohľadom typu programovacieho prostredia
k zvolenej
RS
(ikonografické,
či
je
v materinskom
jazyku,
...).
Prepojenie
s robotickými súťažami i potenciál pre rozvoj
medzipredmetových vzťahov zohráva tiež istú
(motivačnú) úlohu i z pohľadu učiteľa. Ďalším
významným kritériom je cena (súvisiaca aj
s počtom zakúpených RS – pokiaľ je potrebných
viac RS môže vzniknúť tendencia prikláňania sa
k RS s nižšou cenou) a servis k vybranej RS. Tu
treba zohľadňovať i kvalitu, možnosť výmeny či
dokúpenia jednotlivých dielov RS. Pričom pri
atraktívnej RS popri požiadavke dostupnosti
stavebnice pre školu môže vzniknúť i požiadavka
dostupnosti stavebnice pre rodičov, teda pre
domáce použitie. Po prehodnotení všetkých
doterajších kritérií alebo faktorov je potrebné
získať predovšetkým ústretovosť komunity, teda
nájsť podporu u zriaďovateľa, vedenia, kolegov,
žiakov aj rodičov.
Dané RS sme zvolili tak, aby z hľadiska
vzdelávacieho cieľa dovoľovali prácu na dizajne,
konštrukcií i programovaní robotického modelu –
z výberu sme vylúčili Iba konštrukčné RS, Iba
programovateľné RS a Pohyby kociek. RS
zaradené vo vyššie uvedenej tabuľke ako Dosky
síce
spĺňajú
podmienku
konštrukcie
a programovania modelu, avšak nespĺňajú
požiadavky z hľadiska nášho cieľa, ktoré
uvádzame v nasledujúcej kapitole. Do užšieho
výberu sa dostali Kombinované RS. Tu sme brali
do úvahy najskôr dostupnosť RS. Na trhu (CVIK,
2012) sú dostupné RS LEGO Mindstorms NXT
a LEGO WeDo pre školy i pre rodičov.
V konečnom dôsledku sme porovnávali cenu
(NXT majú značne vyššiu cenu – viď tabuľku),
primeranosť (WeDo spĺňajú menšiu náročnosť
konštrukcie a programovania), metodické
zabezpečenie, prepojenie s robotickými súťažami
(NXT – FIRST LEGO League) i potenciál pre
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
rozvoj medzipredmetových vzťahov a obe RS
spĺňali tieto kritériá v závere takmer podobne –
preto sme vybrali obe RS, ktoré sme následne
využili v druhej časti výskumu.
Testovanie rôznych typov úvodných aktivít
s rôznymi RS
V druhej časti výskumu sme realizovali
kvalitatívny výskum.
Vybrali sme tri paralelné triedy piateho
ročníka na základnej škole v Stupave. V prvej
triede bolo sedem dievčat a sedem chlapcov,
v druhej triede bolo šesť dievčat a sedem
chlapcov a v tretej triede bolo šesť dievčat a päť
chlapcov. Výber tried považujeme za vhodný
kvôli
možnosti
vytvorenia
skupín
pozostávajúcich iba z dievčat, iba z chlapcov
alebo kombinovane - aj z chlapcov aj z dievčat.
Vo všetkých skupinách sa súčasne nachádzali
dvaja výskumníci, ktorí celý priebeh hodín
fotografovali, nahrávali video záznamy, prípadne
jeden z výskumníkov písal terénne zápisky. Ďalší
z výskumníkov dané hodiny i viedol.
Vytvorili sme tri typy úvodných aktivít na
prácu s RS k prvým dvom vyučovacím hodinám
(jedna vyučovacia hodina trvá 45 minút). Tieto
aktivity z hľadiska nášho cieľa mali spĺňať
požiadavky:
- Konštruktivistický
a konštrukcionistický prístup.
- Oboznámenie a ujasnenie si pojmu
„robot“.
- Nižšia
náročnosť
z hľadiska
dizajnovania, stavby a programovania
RS.
Spomínané požiadavky sme stanovili aj kvôli
tomu, aby sa žiaci mohli zamerať aj na umeleckú
stránku robotického modelu – na vytvorenie
príbehu, v ktorom by bol tento robotický model
zakomponovaný ako napríklad v robotickom
modeli „Plťka“ (Veselovská, 2012), robotickom
modely „Mačka“ a „Torta“ (MIT Media Lab,
2007).
RS LEGO Mindstorms NXT
Prvý typ dvoch úvodných hodín (v jednom
týždni prebiehala jedna vyučovacia hodina) je
zameraný na prácu s RS LEGO Mindstorms
NXT.
Prvú polovicu prvej hodiny sme zahájili
podobne ako odporúča (Gura, 2011) úvodným
riadeným rozhovorom so žiakmi o pojme
„robot“. V druhej polovici sa žiaci rozdelili do
štyroch skupín (pretože si to vyžadoval
obmedzený počet robotov). Každý robot bol
postavený v základnom stave (typ konštrukcie
98
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
modelu s pripojenými senzormi, ktorého postup
stavby je súčasťou súpravy k RS) a obsahoval
v sebe niekoľko (štyri alebo viac) typov
programov, ktoré riadili jeho správane. Úlohou
žiakov bolo zistiť správanie robota po spustení
programu a následne ho vysvetliť vyučujúcemu.
Žiaci mali objavovať ako fungujú jednotlivé
senzory pripevnené na robota (zvukový, tlakový,
ultrazvukový a svetelný senzor).
Druhá vyučovacia hodina bola zameraná na
typ programovania NXT kocky v priamom
režime – priamo pomocou tlačidiel na NXT
kocke (nie pomocou softvéru k danej RS v
počítači). Priamy režim obsahuje dve sady
základných príkazov na ovládanie pohybu robota
a ovládanie jednotlivých senzorov. Počas tejto
hodiny boli žiaci rozdelení znova do rovnakých
skupín ako na predchádzajúcej vyučovacej
hodine.
V úvode
tejto
aktivity
jeden
z výskumníkov (zároveň i vyučujúci) názorne
vysvetlil žiakom programovanie v priamom
režime na jednom robotovi, pričom žiaci
programovali paralelne s jeho vysvetľovaním.
Vysvetlený program potom spoločne každá
skupina a aj vyučujúci vyskúšali. Úlohou žiakov
bolo naprogramovať správanie robota podľa
svojich vlastných predstáv, pričom v závere
hodiny svojho robota mala každá skupina
prezentovať. Teda daného robota pomenovať,
vysvetliť jeho správanie a to následne
demonštrovať spustením programu v priamom
režime.
RS LEGO WeDo
Druhý typ úvodných dvoch hodín sa
zameriava na prácu s RS LEGO WeDo spolu
s originálnym programovacím prostredím k tejto
stavebnici.
Prvá hodina bola venovaná ujasňovaniu si
pojmu „robot“. Žiaci sa najskôr rozdelili do
piatich skupín (podľa počtu RS). Každá skupina
mala za úlohu napísať na papier (jedna skupina
písala na jeden papier) všetky pojmy, ktoré si
spájajú s pojmom „robot“. Keďže niektorí žiaci
sa dožadovali možnosti na papier aj kresliť,
neskôr popri písaní kreslila na papier každá
skupina (analýza vzniknutých prác bude
predmetom ďalšieho výskumu). V druhej
polovici hodiny sme viedli so žiakmi rozhovor
a kreslili popri tom na tabuľu pojmovú mapu na
základe žiackych výpovedí. V závere hodiny sa
žiaci ešte päť minút zoznamovali s jednotlivými
dielmi RS.
Počas druhej vyučovacej hodiny mali žiaci za
úlohu postaviť ľubovoľný robotický model
a v závere hodiny ho prezentovať spolužiakom
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
(mali uviesť meno robota, vysvetliť jeho
správanie a demonštrovať program). V úvode
hodiny jeden výskumník vysvetlil žiakom
základné
informácie
ohľadom
stavby
a programovania RS WeDo (v priebehu piatich
minút). Žiaci ihneď začali pracovať so
stavebnicou i s programovacím prostredím.
RS LEGO WeDo + Scratch
Tretí typ úvodných dvoch hodín spája výučbu
s RS s prácou v prostredí Scratch.
Úloha úvodnej hodiny bola rovnaká ako
v predchádzajúcich
dvoch
triedach,
teda
zoznámiť a ujasniť si pojem „robot“. Žiaci sa
v úvode rozdelili do skupín podľa počtu RS.
Každá skupina mala za úlohu napísať na papier
(jedna skupina mala k dispozícií jeden papier)
rôzne pojmy k pojmu „robot“. Po pätnástich
minútach jeden výskumník ukázal žiakom krátke
video, v ktorom boli ukázané rôzne typy
existujúcich aj vymyslených robotov. Potom mali
žiaci ešte niekoľko minúť na dopisovanie
papierov. V poslednej tretine hodiny sme viedli
so žiakmi rozhovor, ktorého úlohou bolo
vytvorenie definície k pojmu „robot“.
Druhá vyučovacia hodina mala rovnaké
zadanie ako v predchádzajúcej triede, ktorá
pracovala tiež s RS LEGO WeDo. Avšak úvod
hodiny začal navyše i vysvetlením základných
prvkov na ovládanie motora v programovacom
prostredí Scratch.
Analýza dát
Pri práci s RS LEGO Mindstroms NXT boli
žiaci rozdelení do dvoch trojčlenných (tri
dievčatá a traja chlapci) a dvoch štvorčlenných
skupín (štyri dievčatá a štyria chlapci). Počas
prvej hodiny vykazovali žiaci vysoké očakávania
od správania robotického modelu (chlapec:
„Robot spraví, čo mu poviem.“). Pokiaľ sa robot
nesprával podľa predpokladu žiakov, napríklad
nereagoval na zvuk alebo na prekážku, reakcie
žiakov vyzerali: „Čo si hluchý? Čo si slepý?“.
Až neskôr žiaci zistili, že robot nemusí reagovať
na všetky senzory, ktoré sú súčasťou jeho
konštrukcie. Pri programovaní správania robota
počas druhej vyučovacej hodiny s RS pracovalo
menej ako polovica žiakov (v každej skupine
jeden až dvaja žiaci). Pri práci s RS sa zriedkavo
striedali iný členovia skupiny. Takmer v polovici
prípadov žiaci nepochopili typ a funkciu
senzorov. Napríklad v trojčlennej skupine
skladajúcej sa iba z dievčat, nevedeli vysvetliť,
ktoré senzory si vybrali a snažili sa reagovať
takmer na všetky senzory (tlieskali, stláčali
tlakový senzor, zakrývali ultrasonický senzor).
Tiež takmer v polovici prípadov sa objavil
99
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
problém s pochopením príkazov a ich
postupností. Napríklad pri prezentácií správania
robota v závere vyučovacej hodiny v dvoch
skupinách prezentujúci vysvetľovali celkovo
odlišné správanie robota ako to, ktoré robot
predviedol (napríklad robot reagoval na iné
senzory a iným spôsobom ako uviedli žiaci).
Do aktivít s LEGO WeDo s originálnym
softvérom sa zapájali skoro všetci žiaci okrem
jedného
chlapca
z trojčlennej
skupiny
pozostávajúcej iba z chlapcov. Žiakom nebolo
potrebné dôkladne vysvetľovať programovanie
v originálnom softvéri, už pri prvom kontakte
intuitívne skúšali a vedeli popísať funkciu
jednotlivých ikoniek na prácu s motorom. Žiaci
aktívne tvorili a rekonštruovali svoje robotické
modely viac krát pričom v závere hodiny mali
dostatočný priestor (10 minút), aby svoju prácu
prezentovali. Pri prezentácií žiaci zaujímavo
porozprávali charakteristiky svojich modelov.
Napríklad vysvetľovali jeho funkciu a možné
využitie v súčasnosti aj v budúcnosti.
Pri práci s LEGO WeDo v spojení so
Scratchom pracovali takmer všetci žiaci okrem
jedného dievčaťa z trojčlennej skupiny (dve
dievčatá a jeden chlapec). Skupina pozostávajúca
z dvoch chlapcov postavila model, kde zapojila
oba senzory z RS k počítaču a v programovacom
prostredí sa vyskytla chyba. Pretože nechcel
pracovať
s obidvoma
senzormi
súčasne
a nepretržite vydával pískajúci zvuk. Žiakom sme
na konci prvej hodiny vysvetľovali základné
príkazy na prácu s motorom a tiež aj v priebehu
celej druhej hodiny (individuálne každej
skupine). Žiakov zaujal kocúr na obrazovke
a chvíľami skúmali i časti programovacieho
prostredia. Keďže sa s týmto prostredím žiaci
ešte nestretli, nové a nepreskúmané prostredie
dávalo žiakom možnosť odpútavania pozornosti
od konkrétnej úlohy, ktorej sa mali venovať
(stavba a programovanie robotického modelu).
Odôvodnenie výberu RS
Rozhodli sme sa pre RS LEGO WeDo
s originálnym softvérom k tejto RS (WeDo
Software). Naše rozhodnutie bolo podporené
i reakciami pani učiteľky (informatiky), ktorá
bola prítomná na všetkých šiestich hodinách.
Použitie zvolenej RS umožňovalo žiakom
venovať sa v prevažnej väčšine času hlavne
dizajnu a stavbe robotického modelu. Ponúkal sa
im priestor taktiež pre plánovanie stavby, úvahy
o mene robota (ktoré väčšina žiakov vymyslela
až pri poslednom dotváraní robota) a mnohé
skupiny dokonca svojho robota viackrát rozobrali
a postavili odznova. Žiaci takúto zásadnu zmenu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
stavby robili často a počas jednej vyučovacej
hodiny zmenili model aj trikrát. Keďže žiaci mali
dostatok času na viacnásobnú zmenu stavby
robota, domnievame sa, že je možné spojiť prácu
s vybranou RS aj s inými činnosťami, ktoré
spomína Gura (2011) ako je napríklad cielené
plánovanie stavby robota (zapisovanie plánu do
denníka), dokumentovanie postupu plánu stavby
a dizajnu robota a taktiež i programovanie robota.
Pričom samotný robot bude súčasťou väčšej
témy, ktorú si žiaci zvolia z ponuky poskytnutej
učiteľom, ako to ukazuje i Resnick a kol. v (MIT
Media Lab, 2007). Takýmto spôsobom by sme
chceli spojiť s edukačnú robotiku s výtvarnou
výchovou a slovenským jazykom.
Kombinácia LEGO WeDo s jazykom Scratch
by bola prijateľná v prípade, ak vyučujúci už
pred tým pracoval so žiakmi v tomto prostredí.
Scratch je možné použiť i pri úvodných hodinách
s LEGO WeDo. Avšak na základe analýzy dát
sme zistili, že pri zložitejších konštrukciách
dochádza k obmedzeniu funkčnosti niektorých
častí stavebnice.
Na základe analýzy nami odučených hodín a
rozhovorov s viacerými učiteľmi, ktorí pracujú so
žiakmi s RS LEGO Mindstorms NXT sme
dospeli
k nasledujúcim
záverom.
Danú
stavebnicu odporúčame vtedy, ak vyučujúci
môže venovať robotike viacero vyučovacích
hodín (viac ako 10 hodín). Pretože, ak by učiteľ
chcel so žiakmi riešiť nie celkom triviálne úlohy
a žiaci by mali stavať vlastné robotické modely,
musia sa najskôr zoznámiť s jednotlivými dielmi
RS a získať určité skúsenosti s ich stavbou (napr.
tieto skúsenosti získajú po určitom počte
postavených modelov podľa návodu, ....). Taktiež
oboznámenie sa s programovacím prostredím pre
RS LEGO Mindstorms NXT si vyžaduje dlhší
čas.
Počas
realizovaných
hodín
žiaci
programovali iba v priamom režime a napriek
tomu sme u žiakov pozorovali nepremyslené
pokusy o vytvorenie programu. Napríklad sme
pozorovali, že približne každý druhý pokus
o program nebol vytvorený premyslene – žiaci
síce program vytvorili, ale nevedeli ako funguje
a pri jeho prezentovaní nedokázali zdôvodniť
správanie robota. Preto si myslíme, že pre žiakov
je prínosnejšie vytvárať a skúmať programy
(programy
v priamom
režime
aj
v programovacom prostredí) v priebehu dlhšieho
časového rozpätia ako je jedna vyučovacia
hodina. Teda v celkovom dôsledku je potrebné
vyčleniť na prácu s touto RS väčší počet
vyučovacích hodín (viac ako 10).
100
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
4 Diskusia a závery
V článku sme poskytli prehľad RS, ktoré sú
vhodné na prácu na druhom stupni ZŠ. Vytvorili
sme zoznam kritérií ovplyvňujúce výber vhodnej
RS do výučby na základnej škole. Na základe
týchto kritérií sme si zvolili dve vhodné RS
(LEGO Mindstorms NXT a LEGO WeDo).
Jednu RS (LEGO WeDo) sme skombinovali
s programovacím prostredím Scratch. K týmto
RS sme navrhli tri rozdielne typy úvodných
aktivít. Každý typ aktivít bol otestovaný
v priebehu dvoch vyučovacích hodín. Na základe
analýzy aktivít, analýzy rozhovorov s učiteľmi
a cieľa nášho dizertačného výskumu sme vybrali
stavebnicu LEGO WeDo, s ktorou chceme
pokračovať v nasledujúcom výskume. Budúci
výskum bude obsahovať ďalší prieskum,
postupnú analýzu a vytvoríme taktiež sadu
medzipredmetových aktivít zameraných na
spojenie RS s výtvarnou výchovou a slovenským
jazykom.
5 Literatura
[1] BENITTI, F. (2011). Exploring the
educational potential of robotics in schools: A
systematic review. In Computers & Education 58
(2012) 978–988
[2] CVIK, P. 2005. Uplatňovanie učebnej
pomôcky ROBOLAB v základných školách na
Slovensku – výsledky výskumu. In MIF 26. ISSN
1335-7794, 2005, roč. 14, s. 143.
[3] CVIK, P. 2012. EDUXE Distribútor
učebných pomôcok. LEGO Education. [online].
Aktualizované 2012. Dostupné na internete:
< http://www.eduxe.sk/les/>.
[4] GURA, M. 2011. Getting Started with LEGO
Robotics. In: ISTE, 2011. ISBN 978-1-56484298-5.
[5] MIT Media Lab. 2007. New Pathways into
Robotics: Strategies for Broadening
Participation. [online]. 2007. Aktualizované jún
2007. Dostupné na
internete:
<http://web.media.mit.edu/~mres/papers/NewPat
hwaysRoboticsLLK.pdf>.
[6] MITNIK, R., NUSSBAUM, M., SOTO, A.
(2008). An autonomous educational mobile robot
mediator. Autonomous Robots, 25(4), 367–382.
[7]
NUGENT,
G.,
BARKER,
B.,
GRANDGENETT, N. (2008). The effect of 4-H
robotics and geospatial technologies on science,
technology, engineering, and mathematics
learning and attitudes. In J. Luca, E. Weippl
(Eds.), Proceedings of world conference on
educational multimedia, hypermedia and
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
telecommunications (pp. 447–452). Chesapeake,
VA: AACE.
[8]
NUGENT,
G.,
BARKER,
B.,
GRANDGENETT, N., ADAMCHUK, V. (2009).
The use of digital manipulatives in k-12:
robotics, GPS/GIS and programming. In
Frontiers in education conference, 2009. FIE ’09.
39th IEEE (pp. 1–6, 18–21).
[9] PAPERT, S. (1993). Mindstorms: Children,
computers, and powerful ideas (2nd ed.). New
York, NY: Basic Books.
[10] Projekt Infovek. 2005. Infovek: LEGO.
[online]. 2005. Aktualizované 2006-12-12.
Dostupné na internete: <http://lego.infovek.sk/>.
[11] RESNICK, M. (1991). Xylophones,
hamsters, and fireworks: the role of diversity in
constructionist activities. In I. Harel, & S. Papert
(Eds.), Constructionism. Norwood, NJ: Ablex
Publishing Corporation.
[12] Štátny pedagogický ústav. 2011. Štátny
vzdelávací program. [online]. Bratislava:
ŠPÚ v Bratislave, 2011. Aktualizované 2011.
Dostupné
na
internete:
<http://www.statpedu.sk/sk/Statny-vzdelavaciprogram.alej>.
[13] ŠVAŘÍČEK, R – ŠEĎOVÁ, K a kol. 2007.
Kvalitativní výzkum v pedagogických vedách.
Praha: Portál, s. r. o., 2007.
[14] The Playful Invention Company. 2006.
PicoCricket: Invention kit that integrates art
and technology. [online]. 2006. Aktualizované
marec
2009.
Dostupné
na
internete:
<http://picocricket.com>.
[15] VESELOVSKÁ, M. 2012. Spolupráca detí
v tímoch na robotických súťažiach. [online].
Bratislava, 2012. Aktualizované 2011. Dostupné
na
internete:
<http://www.miska.own.sk/prace.html>.
[16] WILLIAMS, D., MA, Y., PREJEAN, L.,
LAI, G., Ford, M. (2007). Acquisition of physics
content knowledge and scientific inquiry skills in
a robotics summer camp. Journal of Research
on Technology in Education, 40(2), 201–216.
Mgr. Michaela Veselovská,
Mgr. Karolína Mayerová
Katedra základov a vyučovania informatiky
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK
Mlynská dolina
842 48, Bratislava, SR
E-mail: [email protected]
[email protected]
Www pracovisko:
http://www.edi.fmph.uniba.s
101
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
BOOK
REVIEWS
http://jtie.upol.cz
PROJECT SCRATCH
Michal MUSÍLEK
Abstract: The paper focuses on a children's programming language named SCRATCH and
community project with the same name. It evaluates not only its unique strengths, but also indicates
some reserves. The paper presents several examples which explain how to work with an integrated
development environment and create the program composited from the prepared command blocks.
This is similar to work with a quality building kit. The attention is aimed at work with graphic
elements "sprites" and intuitive multi-threaded programming, in which individual scripts communicate
with each other via messaging.
Key words: programming, algorithms, project, children's programming language, structogram,
community site, social network.
PROJEKT SCRATCH
Resumé: Příspěvek představuje dětský programovací jazyk SCRATCH a stejnojmenný komunitní
projekt, hodnotí jeho jednoznačná pozitiva, ale odhaluje i jisté rezervy. Na několika drobných
příkladech ukazuje způsob práce s vývojovým prostředím, tvorbu programu jako sestavování
strukturogramu z připravených příkazových kostek, které se podobá práci s kvalitní stavebnicí. Věnuje
pozornost práci s grafickými prvky „sprity“ a naznačuje intuitivní vícevláknové programování, při
němž jednotlivé skripty vzájemně komunikují prostřednictvím rozesílání zpráv.
Klíčová slova: programování, algoritmizace, projekt, dětský programovací jazyk, strukturogram,
stavebnice, komunitní web, sociální síť.
1 Programovací jazyk SCRATCH
Programovací jazyk SCRATCH byl stejně
jako jeho slavný předek, programovací jazyk
LOGO, vyvinut na MIT (Massachusetts Institute
of Technology), skupinou vedenou profesorem
Mitechelem Resnickem [1]. SCRATCH vychází
z jazyka LOGO, ale současně přináší celou řadu
nových prvků:
- dokonalou intuitivnost ovládání vývojového
prostředí a sestavování programů,
- lokalizace prostředí a příkazů jazyka do
národních jazyků, včetně českého jazyka,
- samozřejmou, implicitní vícevláknovost,
- přirozenou objektovost,
- SMS spojení mezi objekty,
- ovládání událostmi
- a zejména nahrazení nutnosti znát příkazy
jazyka a jejich přesnou syntaxi skládáním
programů z připravených stavebnicových
prvků (kostek).
Na druhou stranu je jazyk SCRATCH ve
srovnání s jazykem LOGO nejen zjednodušen,
ale v některých směrech také omezen. Hlavními
omezeními jsou:
- nemožnost vytvářet své vlastní procedury a
funkce,
- nemožnost používat rekurzi.
Obě výše uvedená hlavní omezení eliminuje
projekt BYOB (Build Your Own Block) [2],
který navazuje na SCRATCH a vyvíjí jej tým na
Univeristy of California, Berkeley. Na rozdíl od
SCRATCH však BYOB nemá lokalizace do
národních jazyků, tj. v našem případě do českého
jazyka. To je u jazyka, který by měl být vhodný
pro výuku algoritmizace a programování již u
žáků v mladším školním věku (7 až 12 let), dost
podstatná nevýhoda. Proto se budeme nadále
zabývat pouze jazykem SCRATCH.
Rozhodně stojí za zmínku, že SCRATCH
převzal z jazyka LOGO kompletní želví grafiku,
stejně jako práci s proměnnými a seznamy, takže
zkušenosti s programováním v jazyce LOGO [3]
se učitelům rozhodně neztratí.
Pro srovnání se podívejme na sedm výhod
jazyka SCRATCH, jak je ve své diplomové práci
[4] uvádí Alena Halousková, podle které jazyk
SCRATCH:
- patří mezi vizuální programovací jazyky,
- je dostupný v české verzi,
- obsahuje dostatek programátorských konceptů pro první seznámení s programováním,
- je oblíbený u dětí (většinu tvůrců programů
tvoři uživatelé ve věku od 10 do 20 let,
- umožňuje nahrávání projektů na internet,
102
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- umožňuje snadné zapojení multimédií,
- je zdarma.
Kolektiv vývojářů prostředí SCRATCH
v článku „Scratch: Programming for All“ [5] připomíná slova Seymoura Paperta, který řekl, že
programovací jazyk by měl mít nízkou podlahu
(být snadný pro začátečníka) a vysoký strop (po
čase by měl umožnit také tvorbu náročnějších
komplexních projektů). Měl by ovšem mít také
široké zdi (podporovat mnoho rozdílných typů
projektů, protože mají mnoho rozmanitých zájmů
a stylů učení). Současné splnění těchto tří
požadavků není vůbec jednoduché, ale zdá se, že
jazyk SCRATCH je v tomto ohledu velmi
zdařilým produktem.
2 Project SCRATCH
Jak naznačuje název článku, SCRATCH není
jen programovací jazyk, ale komplexní projekt.
Bonusem spojeným s programováním v jazyce
SCRATCH je zejména specializovaný komunitní
web a s ním spojená sociální síť. Komunitní web
je stejně jako vývojové prostřední lokalizovaný,
takže např. motto, či slogan komunity vesměs
mladých amatérských programátorů Imagine –
Program – Share je v české verzi přeloženo jako
vymysli – programuj – poděl se [6]. Sociální síť
umožňuje ukládání vlastních programů, stažení,
prohlížení a úpravy programů kolegů, stejně jako
k nim umisťovat záložky, komentovat, označovat
je jako oblíbené, či dokonce milované programy.
Programy (projekty) lze prohlížet přímo na webu,
stačí mít webový prohlížeč s nainstalovanou
podporou Java apletů. Vybrané kolegy si uživatel
může označit jako přátele.
Projekt SCRATCH svým přístupem ke sdílení
nápadů prostřednictvím komunitního webu
podporuje myšlenku tvorby Open Source
Software a tento postoj potvrzuje i tím, že
zdrojový kód vývojového prostředí SCRATCH je
také uvolněn jako Open Source na stránkách
projektu.
Učitelé mají v rámci projektu své vlastní
diskusní fórum, ve kterém se mohou podělit o
zkušenosti s využitím vývojového prostředí ve
výuce.
Pro českou komunitu dětských programátorů i
pro jejich učitele připravila Alena Halousková
českou on-line učebnici [7]
3 Programování jako stavebnice
Již v úvodu jsme se zmínili, že jednou
z hlavních výhod ve SCRATCHI je sestavování
programů z připravovaných kostek. Díky tomu
nejen nemusíme znát tvar příkazů jazyka, počet a
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
význam jejich parametrů, ale současně s tvorbou
programu vytváříme jeho vhodné grafické
znázornění – strukturogram.
Ve strukturogramech SCRATCH hraje roli
jednak barva (podobně jako v klasických českých
strukturogramech, pojmenovaných kopenogramy
podle svých tvůrců, kterými jsou Jiří Kofránek,
Rudolf Pecinovský a Petr Novák), jednak tvar
jednotlivých kostek.
Tvar kostky (viz obr. 1) určuje jejich základní
funkci:
- hranaté kostky s výstupkem a obloukovým
horním okrajem pro příkazy spouštějící
jednotlivé skripty (příkazy typu START),
- hranaté kostky se zářezem a rovnou spodní
hranou pro příkazy ukončující jednotlivé
skripty (příkazy typu STOP) a nekonečný
cyklus,
- hranaté kostky s výstupkem a zářezem pro
výkonné příkazy a řídící příkazy podmínek a
konečných cyklů,
- oválné kostky (tj. pruhy s kulatým levým a
pravým zakončením) pro funkce vracející
číselnou hodnotu, proměnné a seznamy
- a šestiúhelníkové kostky (tj. pruhy se
špičatým levým a pravým zakončením) pro
funkce
vracející
logickou
hodnotu
(ANO/NE).
Obr 1: Skript pro ovládání pohybu sprite šipkami
103
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Barva kostek popisuje, do které skupiny
příkazů daný příkaz patří:
- tmavě modrá označuje skupinu Pohyb,
- lila (fialová) označuje skupinu Vzhled,
- sytě růžová označuje skupinu Zvuk,
- tmavě zelená označuje skupinu Pero,
- okrová (žlutá) označuje skupinu Ovládání,
- světle modrá označuje skupinu Vnímání,
- světle zelená označuje skupinu Operátory
- a oranžová označuje skupinu Proměnné.
Ukažme si to příkladu použití příkazových
kostek na scénáři, ve kterém postava (sprite,
angl. skřítek, víla; implicitně však maskot
programu – kocour) okamžitě reaguje na povely
uživatele z klávesnice. Při stisku klávesy pro
pohyb kurzoru – šipky se sprite pohybuje tím
směrem, kterým míří šipka. K tomu využijeme
jednu z možností skupiny Vnímání, a to logickou
funkci „klávesa [název klávesy] stisknuta?“,
pomocí níž zjistíme, zda je stisknuta příslušná
klávesa pro pohyb kurzoru (šipka nahoru, dolů,
vlevo, či vpravo). Tuto logickou podmínku
jednoduše vsuneme do místa označeného
šestiúhelníkovým výřezem v příkazové kostce
podmínky Pokud.
4 Vybíráme, či malujeme sprite
Jak dostat na scénu nové sprity a umožnit
vícevláknové programování, kdy si každá
postava (sprite) žije podle svého vlastního
scénáře? Nejjednodušší je vybrat si nainstalovaný
sprite z nabídky. Klikneme na prostřední tlačítko
vedle nápisu „Nový sprite“ a otevře se nám
dialog nabízející lidi (people), zvířata (animals),
věci (things), písmena (letters), postavy pohádek
a bájí (fantasy) a dopravní prostředky (transport).
Mezi dopravními prostředky nechybí létající
koberec, helikoptéra, či plachetnice (viz obr. 2).
Vyberme si třeba zelené auto.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
sedí v autě a řídí ho (viz obr. 3). Po kliknutí na
auto se auto rozjede, přejede celou scénu a téměř
zmizí za jejím okrajem (viz obr. 4). Kocour si
toho všimne v okamžiku, kdy auto dorazí k okraji
scény, a rozběhne se za ním. Ve skutečnosti
ovšem využijeme rozesílání zpráv. Auto
v okamžiku, kdy se dotkne okraje scény rozešle
zprávu „jedu“ (zpráva se rozešle všemi spritům
na scéně, ale jen některé na ni mají
naprogramovanou reakci). Kocour se ihned po
obdržení zprávy „jedu“ (viz. obr. 5) rozběhne za
autem, ale když „vidí“, že už ho nedohoní,
zastaví zhruba uprostřed scény.
Obr 3: Scénář s kocourem dohánějícím auto
Obr 4: Skript pro pohyb zeleného auta
Obr 5: Skript pro pohyb kocoura
Obr 2: Dialog pro výběr sprite z nainstalovaných
K levému okraji scény umístíme auto a za něj
kocoura tak, aby to vypadlo, jako když kocour
Nové sprity je možné kreslit v jednoduchém
editoru obrázků přímo ve vývojovém prostředí
SCRATCH, nebo je možné je vytvořit
v libovolném grafickém editoru, který umožní
104
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
ukládání ve formátu PNG, nebo GIF
s průhlednou barvou. Důležité je uložit
nakreslené obrázky do vhodné složky ve
struktuře instalačních složek programu (při
standardní instalaci prostředí SCRATCH jde
o složku C:\Program Files (x86)\Scratch\Media\
Costumes).
Pokud nemáme výtvarné nadání, můžeme si
vyhrát i s jednoduchými geometrickými tvary.
V následujícím příkladu využijeme kruhové
výseče (přesněji řečeno čtvrtkruhy – viz obr. 6)
různých barev (modrá, červená, světle zelená a
okrová) a vyzkoušíme si, jak funguje rozesílání
zpráv pro větší počet spritů.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
jim lze dát rozmanité tvary a pomocí komunikace
mezi sprity koordinovat jejich vzájemné pohyby.
Obr 8: Úvodní instrukce scénáře - kocour vybízí
k zamíchání permutačního hlavolamu
Obr 6: Scénář s kocourem a rotujícím míčem
Po kliknutí na sprite kocoura se vyšle zpráva
„rotujte“. Na tuto zprávu reagují všechny
čtvrtkruhy otočením o 360° (viz obr. 7). Protože
střed otáčení čtvrtkruhů je umístěn ve středu
kruhu, z kterého vznikly, působí celek jako
rotující míč.
Obr 7: Skript pro rotaci jedné kruhové výseče
Stejný princip rotace a posílání zpráv je využit
u permutačního hlavolamu, který naprogramoval
v prostředí SCRATCH autor tohoto článku. Na
komunitním webu jej najdete pod označením
mim3permutationteaser.
K vytváření hlavolamů složených s dílků je
vývojové prostředí projektu SCRATCH ideálním
nástrojem, protože grafické prvky představující
dílky lze snadno nakreslit v různých bitmapových
grafických editorech, s využitím průhledné barvy
Permutační hlavolam umí jednotlivé kruhové
výseče náhodně promíchat (míchání se spustí
kliknutím na sprite kocoura - viz obr. 8), takže
výchozí pozice je pokaždé jiná (příklad výchozí
pozice lze vidět na obr. 9). Úkolem řešitele je
seřadit barvy výsečí tak, jak naznačují barevné
proužky nad oblouky ložisek. Povolené tahy jsou
vyvolány stiskem následujících numerických
kláves:
- klávesa „1“ znamená rotaci levého kruhu
proti směru hodinových ručiček,
- klávesa „2“ znamená rotaci kruhu uprostřed
hlavolamu proti směru hodinových ručiček,
tento kruh vznikne při vzájemném posunu
ložisek, při kterém současně dočasně
zanikne levý a pravý kruh,
- klávesa „3“ znamená rotaci pravého kruhu
proti směru hodinových ručiček,
- klávesa „4“ vyvolá vzájemný posun ložisek,
a to horního vlevo a spodního vpravo,
- klávesa „6“ vyvolá vzájemný posun ložisek,
a to horního vpravo a spodního vlevo,
- klávesa „7“ znamená rotaci levého kruhu ve
směru hodinových ručiček,
- klávesa „8“ znamená rotaci kruhu uprostřed
hlavolamu ve směru hodinových ručiček,
tento kruh vznikne při vzájemném posunu
ložisek, při kterém současně dočasně
zanikne levý a pravý kruh,
- klávesa „9“ znamená rotaci pravého kruhu
ve směru hodinových ručiček.
Vysvětlováním jednotlivých skriptů patřících
prvkům permutačního hlavolamu by se tento
článek neúměrně prodlužoval. Přitom kompletní
kód všech skriptů je veřejně přístupný, jak je
105
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
v projektu SCRATCH zvykem, na webu
http://scratch.mit.edu/. Stačí do vyhledávacího
okénka napsat řetězec „mim3permutationteaser“,
vyhledat příslušný program, načíst si jej do své
instalace vývojového prostředí a kód skriptů
prostudovat.
Obr 9: Pokračování scénáře – hlavolam je již
zamíchán a kocour vybízí k jeho řešení
5 Závěr
Tento stručný přehled vlastností moderního
dětského programovacího jazyka SCRATCH
může někomu připadat nesystematický, snad i
trochu chaotický. To je ale typický atribut jazyka
SCRATCH, jehož název odkazuje na diskžokeji
používané skrečování, tedy na první pohled
chaotické, trhavé pohyby gramofonovou deskou,
při nichž jehla nesnímá originální záznam přesně,
ale zkresleně, útržkovitě a z těchto útržků skládá
novou hudební kvalitu.
Podobným způsobem skládají programátoři
skript nejen z připravených kostek, ale také
z útržků skriptů kolegů z komunity, ze spritů,
které našli v instalaci, nebo sami vytvořili,
z kousků fotografií, které sami vyfotografovali.
Někoho přilákají chytré algoritmy, jiného efektní
obrázky, či zvuky. Je to programování?
V každém případě zde vytvářejí malí i větší
programátoři své vlastní skripty, své animace,
příběhy, hry, nebo hlavolamy. Konstruují nejen
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
konkrétní program, ale vytvářejí si ve své
mysli konkrétní představu pojmů algoritmus a
program. O výsledky své práce se dělí s ostatními
členy komunity. To jsou bezpochyby cenné
přínosy projektu SCRATCH.
6 Literatura
[1] COLLECTIVE.
Getting
started
with
SCRATCH version 1.4. 1st ed. Lifelong
Kindergarten Group, MIT Media Lab, Cambridge
(Massachusetts): 2009. 14 p.
[2] MÖNIG, Jens – HARVEY, Brian. BYOB 3.1
– Build Your Own Blocks [online]. Berkeley
University of California. [cit. 2012-09-01]
Dostupné z: < http://byob.berkeley.edu/>
[3] LE COQ, L. XLOGO: Reference Manual.
1st ed. XLOGO Comunity: 2009. Translation: G.
Walker. 145 p.
[4] HALOUSKOVÁ, Alena. Učebnice programovacího jazyka Scratch [online]. Brno, 2013
[cit. 2013-02-18]. Diplomová práce. MU, Fakulta
informatiky. Vedoucí práce Tomáš Pitner.
Dostupné z: <http://is.muni.cz/th/346458/fi_m/>.
[5] RESNICK, Mitchel et al. Scratch: Programming for All. Communications of the ACM,
November 2009, Vol. 52 No. 11, p. 60 – 67,
DOI: 10.1145/1592761.1592779
[6] KOLEKTIV. SCRATCH – vymysli – programuj – poděl se [online]. Lifelong Kindergarten
Group at the MIT Media Lab. [cit. 2012-09-01]
Dostupné z: <http://scratch.mit.edu/>
[7] HALOUSKOVÁ, Alena. Učebnice jazyka
Scratch [online]. Praha, 2012 [cit. 2013-02-18].
Dostupné z: <http://perun.mff.cuni.cz/ucebniceja
zykascratch/>.
PhDr. Michal Musílek, Ph.D.
Katedra informatiky
Přírodovědecká fakulta UHK
Rokitanského 62
500 03, Hradec Králové, ČR
Tel: +420 493 332 403
E-mail: [email protected]
Www pracoviště: www.uhk.cz
106
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
OTHER
ARTICLES
http://jtie.upol.cz
METHODOLOGY ARCHITECTURE FIRST
Rudolf PECINOVSKÝ
Abstract: The set of tasks solved by computers increases all the time. There are also programming
tasks among them. The area, which still resists to automation, is a design of a good architecture.
However, most of the current methodologies do not reflect this trend and teach primarily how to write
a program in some programming language. The methodology Architecture First turns it up and starts
with teaching the architecture. The paper introduces this methodology and explains its basic
principles.
Key words: architecture, Architecture First, Design Patterns First, education, methodology, OOP,
programming
METODIKA ARCHITECTURE FIRST
Resumé: Množina úloh, které již není třeba programovat, protože je umí naprogramovat nějaký
generátor kódu, se stále rozšiřuje. Oblastí, která automatizaci stále vzdoruje a ještě nějakou dobu jí
vzdorovat bude, je návrh architektury programu. Většina používaných metodik výuky však stále klade
důraz především na výuku kódování. Příspěvek seznamuje se základními principy metodiky výuky
Architecture First, která ukazuje, jak vychovávat programátory, které automaty ještě dlouho
nenahradí.
Klíčová slova: architektura, metodika Architecture First, metodika Design Patterns First, metodika
výuky, OOP, výuka programování
1 Úvod
Oblast úloh, které programátor nemusí řešit,
protože je za něj umí vyřešit nějaký hotový
program, se stále rozšiřuje. Nejprve jsme přešli
od strojového kódu k vyšším programovacím
jazykům, pak jsme začali využívat rozsáhlé
knihovny, v současné době se stále častěji
uplatňují nejrůznější generátory kódu. Oblastí,
která však automatizaci stále vzdoruje, je návrh
kvalitní architektury.
S obdobným problémem se setkáváme i při
rozhovorech se zástupci firem. Ti si stěžují, že
většinu absolventů škol může zaměstnat tak
nejvýše jako kodéry a že jejich týmům chybějí
dobří architekti.
Řada autorů již ve svých pracech ukázala, že
styl programování, který se studenti naučí jako
první, na dlouhou dobu ovlivňuje jejich práci a
způsob návrhu programů ([5], [9], [12], [18]). To
ale neplatí pouze o změně paradigmatu, např. při
přechodu ze strukturovaného programování na
programování objektově orientované.
Stejný efekt pozorujeme i ve chvíli, když
studenty, kteří už umějí vytvořit středně složité
programy, začneme učit, jak navrhovat
architekturu těchto programů. Když takovýto
student dostane nějaké zadání, většinou začne
poměrně záhy přemýšlet nad tím, jak by tu či onu
funkcionalitu zakódoval, a architekturu celého
projektu podřizuje způsobu jeho zakódování do
použitého programovacího jazyka.
Nabízí se proto myšlenka začít respektovat
pedagogickou zásadu ranního ptáčete a upravit
výuku programování tak, abychom studenty
začali nejdříve učit to nejdůležitější – návrh
architektury. Pro zakódování navrženého
programu pak využít nějaký generátor kódu a
zařadit výuku kódování (tj. zápisu programů v
nějakém programovacím jazyce) až ve chvíli, kdy
složitost našich programů překročí možnosti
dostupných generátorů kódu.
2 Současný stav
Většina používaných metodik začíná výuku
programování výukou zápisu programu v kódu
nějakého programovacího jazyka. Metodika
Object First sice přišla s myšlenkou začít výuku
vysvětlením základního chování
objektů
v diagramu tříd ([1], [8]), avšak její autoři si
bohužel neuvědomili genialitu a dosah této
myšlenky umožňující pokračovat ve výkladu
architektury, a ve svých učebnicích velice rychle
sklouzávají ke klasickému přístupu.
Autoři této metodiky vyvinuli vývojové
prostředí BlueJ, které je vybaveno jednoduchým
generátorem kódu, a umožňuje proto zůstat se
studenty delší dobu v hladině architektury a
definici jednodušších programů nechat na
107
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
bedrech používaného vývojového prostředí ([1],
[10]). Bohužel, potenciál tohoto prostředí ve
svých učebnicích prakticky nevyužívají a po
základním architektonickém úvodu sklouzávají
do úrovně kódu.
6
Metodika byla původně zveřejněna pod názvem
Design Patterns First [17], ale v průběhu dalšího
vývoje si autor uvědomil, že časný výklad
návrhových vzorů je pouze důsledkem celkového
zaměření na časný výklad architektury, a proto
metodiku přejmenoval.
http://jtie.upol.cz
1. První etapa probíhá v interaktivním režimu,
kdy veškerý kód vytváří generátor, jenž je
součástí použitého vývojového prostředí.
2. Druhá etapa přechází do textového režimu, v
němž si studenti opakují látku první etapy a
učí se zapsat programy, které v první etapě
vytvářel zmíněný generátor.
3. Ve třetí etapě se pak studenti seznamují s
náročnějšími konstrukcemi, které jsou za
hranicemi schopností použitého generátoru.
4. Ve čtvrté etapě se studenti seznámí se
základními algoritmickými konstrukcemi a
naučí se je používat ve svých programech.
3 Základní principy metodiky
Architecture First
Opakované stížnosti podniků na znalosti
standardních absolventů škol vedly autora
příspěvku k tomu, že vyvinul metodiku výuky
Architecture First 6, která zavedené postupy
obrací. Metodika se řídí pedagogickou zásadou
ranního ptáčete (early bird pattern), která říká
([3], [4]): “Organize the course so that the most
important topics are taught first. Teach the most
important material, the “big ideas”, first (and
often). When this seems impossible, teach the
most important material as early as possible.”
Rozhodneme-li se učit především tvorbu
architektury, protože víme, že následné kódování
přebírá na svá bedra z větší a větší míry počítač,
měli bychom základní architektonické zásady
učit co nejdříve, a principy kódování učit až
následně jako jeden ze způsobů realizace
navržené architektury.
Metodika Architecture First proto nejprve se
studenty probírá základní principy budování
architektury objektově orientovaných programů,
a teprve poté, co tyto principy studenti vstřebají,
pokračuje výkladem způsobu, jak lze navržený
program zakódovat.
Někteří z vás možná namítnou, že takto
postupuje řada kurzů. Hlavní rozdíl je ale v tom,
že většina kurzů zůstává při svém výkladu
architektury v teoretické rovině, kdežto metodika
Architecture First využívá při počátečním
výkladu interaktivních schopností použitého
vývojového nástroje, a zejména pak jeho
schopnosti
vytvořit
program
realizující
předvedenou činnost. Studenti tak mají možnost
jednodušší návrhy ihned realizovat, aniž by se
museli rozptylovat pravidly syntaxe použitého
programovacího jazyka.
Výuka v úvodních kurzech programování
aplikujících tuto metodiku proto probíhá ve
čtyřech etapách ([14]):
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
4 První etapa
Jak bylo řečeno, v první etapě pracujeme se
studenty v interaktivním režimu, v němž student
vystupuje jako jeden z objektů programu. Tento
„objekt“ posílá ostatním objektům (včetně
objektu
vývojového
prostředí)
zprávy.
Prostřednictvím zasílání zpráv student aktivuje
ostatní objekty, sdělí jim, co mají dělat, a ukáže
tak vývojovému prostředí, jak se má navržený
program chovat. Vývojové prostředí pak na
požádání vytvoří program (definuje metodu),
který předvedenou činnost zopakuje. Student
vlastně pracuje v podobném režimu, v jakém se v
některých programech vytvářejí jednoduchá
makra.
Protože se studenti v první etapě vůbec
nezabývají zakódováním navrženého programu,
nejsou rozptylování syntaktickými pravidly
použitého jazyka a mohou se soustředit
především na vysvětlovanou architekturu a
probírané architektonické principy. To nám
umožnuje již na začátku výuky vysvětlit a
názorně předvést, jak fungují takové základní
konstrukce, jakými jsou skládání objektů,
implementace rozhraní, dědění rozhraní i dědění
implementace, potřeba zavedení abstraktních tříd
a jejich základní vlastnosti a některé další
konstrukce.
5 Co v první etapě vykládáme
První etapu začínáme výkladem všeobecné
povahy objektů, při němž studentům vysvětlíme,
že v OOP je objektem vše, co můžeme nazvat
podstatným jménem. V důsledku toho zařadíme
mezi objekty nejenom takové abstraktní pojmy,
jako spojení, přerušení, výpočet, barva, směr či
krása, ale současně si vysvětlíme, že objektem je
i třída, přestože to řada učebnic popírá. V tom
nám pomáhá vývojové prostředí, v němž můžeme
předvést, že s objektem třídy se v interaktivním
108
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
režimu pracuje naprosto stejně, jako s objekty
jejích instancí.
Nosným tématem první etapy je práce s
rozhraními a interfejsy, která je základem
moderního programování, a přitom s nimi značná
část absolventů škol pracovat neumí. Umějí
implementovat definovaný interfejs, ale neumějí
správně odhadnout, kdy by měli v projektu
definovat interfejs vlastní. Navíc si často
neuvědomují, že rozhraní je daleko obecnější
pojem než interfejs. První etapa se jim proto
snaží přiblížit skutečný význam a použití obou
pojmů v současných programech.
Jakmile studenti pochopí význam pojmů
rozhraní a interfejs, je logickým pokračováním
výklad návrhových vzorů ([15]), a to jak těch,
které s interfejsem nepracují (Knihovní třída,
Jedináček, Prázdný objekt, Přepravka, Výčtový
typ), tak samozřejmě i těch, v nichž je použití
interfejsu (případně jeho náhražky v jazycích,
které interfejs nezavádějí) jejich základním
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
stavebním kamenem (Služebník, Prostředník,
Pozorovatel/Posluchač/Vydavatel-Předplatitel).
Během této interaktivní etapy můžeme
vysvětlit a předvést dokonce i některé
architektonické principy (programování proti
rozhraní, minimalizace provázanosti, inverze
řízení). Studenti se zde naučí pracovat s
rozhraním, uvědomí si jeho primární účel
(degradovaný v řadě učebnic na náhražku
násobné dědičnosti). Naučí se vnímat jeho funkci
v rámci architektury projektu.
Na konci etapy vysvětlujeme rozdíly mezi
třemi typy dědění a na výklad dědění typů, který
jsme jako jediný doposud používali, navážeme
výkladem dědění implementace zahrnujícím i
výklad abstraktních tříd a jejich opodstatnění v
programu.
Na konci první etapy pracujeme s projektem,
jehož složitost řádově odpovídá složitosti
projektu na obrázku 1.
Obr 1: Příklad projektu, s nímž se pracuje na konci první etapy
6 Práce v interaktivním režimu
Práce v interaktivním režimu, při něm jakoby
ignorujeme nutnost zakódování navržených
konstrukcí, má své výhody:
 Studenti
začátečníci
se
nerozptylují
syntaktickými pravidly použitého jazyka a
mohou se soustředit na vysvětlované
architektonické konstrukce.
 Pokročilí studenti mají výrazně ztíženou
možnost překlopit své uvažování do hladiny
kódu a musejí uvažovat v architektonických
termínech.
Je zajímavé pozorovat, jaký vliv má na pokročilé
studenty nutnosti používat generátor kódu. Na
počátku je jim totiž jasné, jak by tu či onu
konstrukci zapsali a snaží se proto generátor kódu
obcházet. Cokoliv, co vyučující řekne, si ihned
přeloží do kódu a jistou dobu proto jedou na
jakési paralelní rovině, protože jejich dosavadní
zkušenost jim občas vnucuje modifikovat
109
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
obdrženou informaci, takže si pak zapamatují
něco jiného, než co jim vyučující říkal [5].
S pokračujícím výkladem se však studenti
postupně učí vnímat program jinýma očima a
uvědomují si, že skutečně objektově orientovaný
pohled na zpracovávaný program je přece jenom
poněkud odlišný od toho, na jaký byli ze své
dosavadní praxe zvyklí.
Převod studentů zvyklých na klasické
strukturované programování (byť v objektově
orientovaném jazyce) bychom mohli přirovnat
k postupu, který na přelomu 70. a 80. let
minulého století použil Richard E. Pattis, když
svým studentům zvyklým z domova na
programování v jazyku Basic, představil robota
Karla s jeho omezenými možnostmi [11].
7 Kurzy pro manažery
Výklad základních architektonických principů
s demonstracemi a praktickými ukázkami v
interaktivním režimu je použitelný i pro
manažery, kteří chtějí získat základní informace o
tvorbě programů, aby je pak jejich či
dodavatelovi programátoři nemohli, jak se lidově
říká, „opít rohlíkem“ ([16]). S výhodou se
používá i u programátorských týmů pracujících
podle agilních metodik, které doporučují, aby se
členem vývojového týmu stal zástupce zákazníka
([2]). Typický zástupce zákazníka se sice nechce
programovat, ale na druhou stranu bývá ochoten
komunikovat s týmem v prostředí diagramů
objektů, případně diagramů tříd, a oponovat
navrhované chování programu na úrovni, které je
mnohem blíže kódu, než tomu bývá bez použití
interaktivního režimu.
8 Druhá etapa
V programátorských kurzech přecházíme po
vysvětlení
základních
architektonických
konstrukcí do druhé etapy výuky, v níž studenti
znovu procházejí předchozí látku a učí se
zakódovat programy, které za ně v první etapě
kódoval generátor v použitém vývojovém
prostředí. V této etapě se studenti učí syntaktická
pravidla a základní programové konstrukce
použitého jazyka, aniž by se přitom museli
rozptylovat návrhem požadovaného programu.
Program již mají navržen z první etapy a nyní si
pravidla jeho návrhu pouze opakují.
Toto opakování je velice potřebné, protože
studenti si v první etapě často správně
nezapamatují
přesný
význam
některých
vysvětlovaných pojmů. Tento problém se projeví
zejména
u
studentů
s
předchozími
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
programátorskými zkušenostmi, kteří si (jak již
bylo výše zmíněno) zapamatují řadu předávaných
informací zkresleně, protože daná informace
neodpovídá
přesně
jejich
předchozím
zkušenostem získaným při práci v jiném
paradigmatu, a jejich mozek ji proto podvědomě
přizpůsobí dosavadním zkušenostem [5].
Základním pravidlem druhé etapy ale je, aby
studenti při práci s kódem nezapomněli na
architektonický přístup k řešení problému a
neutopili se v kódu, jak to bývá u většiny
programátorů obvyklé. Důležité je, aby studenti
nadále dokázali program nejprve navrhnout v
architektonické hladině a teprve následně přejít k
jeho kódování.
V druhé etapě se ale neproberou všechny
konstrukce z první etapy. V této etapě ještě
nevysvětlujeme dědění implementace, protože
jeho příliš časný výklad svádí studenty k
zneužívání této konstrukce a po výkladu dědění
implementace si studenti navíc obtížně osvojují
programové konstrukce, které by mohly dědění
implementace nahradit.
Druhá etapa proto končí výkladem práce s
balíčky (jmennými prostory), po němž je vhodně
přejít na profesionální vývojové prostředí.
Postupy i metodiky výuky použité v první a
druhé etapě jsou důsledně aplikovány v učebnici
[14].
9 Třetí etapa
Jak bylo naznačeno, ve třetí etapě opouštíme
výukové prostředí a přecházíme na profesionální
prostředí, které nám umožňuje s přiměřenou
námahou navrhovat rozsáhlejší projekty. Navíc
se studenti seznámí s některým z prostředí, která
se v praxi opravdu používají.
V této etapě se dále prohloubí výklad
architektonických principů, který je nyní už
prokládán
výkladem
konkrétní
realizace
potřebných programových konstrukcí. Pokračuje
se dalšími návrhovými vzory, především pak
těmi, které nabízejí alternativní řešení úloh, jež
bývají většinou řešeny jinak, i když toto „jiné“
řešení není optimální. Mezi těmito vzory
vyčnívají především návrhové vzory Stav,
Adaptér a Dekorátor.
Návrhový vzor Stav je třeba studentům
představit dříve, než se seznámí s podmíněným
příkazem. Pokud se totiž studenti naučí nejprve
pracovat s podmíněným příkazem, odmítají
používat návrhový Stav i v situacích, kdy je jeho
použití mnohem vhodnější. Pokud obrátíme
110
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
pořadí výuky, umějí daleko lépe odhadnout, který
postup je v dané situaci vhodnější.
Návrhový vzor Dekorátor je pro změnu
vhodné vysvětlit před tím, než se seznámí s
děděním implementace. Včasné vysvětlení tohoto
vzoru má dvě výhody:
 Znalost návrhového vzoru Dekorátor
výrazně napomáhá pochopení různých
vlastností dědění implementace, protože jim
lze vždy ukázat ekvivalentní chování
odpovídajícího dekorátoru a studenti pak
mnohem lépe pochopí, proč se vysvětlovaná
konstrukce chová právě takto.
 Pokud si před probíráním dědičnosti studenti
tento vzor dostatečně osvojí, jsou pro ně pak
dědičnost a dekorace dvě více méně
rovnocenné varianty řešení a mohou se mezi
nimi kvalitněji rozhodnout. Při obráceném
postupu výkladu studenti častěji volí
dědičnost i v situacích kdy její použití není
vhodné.
Po probrání výše uvedených vzorů můžeme
přistoupit k vysvětlení dědění implementace se
všemi jeho vlastnostmi a záludnostmi. Takto
pozdě zařazený výklad dědění implementace
umožní, aby studenti dostatečně zažili, jak lze
různé problémy řešit bez něj, a přijali dědění
implementace jako další užitečnou konstrukci a
ne jako klíčovou konstrukci, které se vše
přizpůsobuje.
Navíc nám dříve vysvětlený vzor Dekorátor
umožní emulovat chování dědění implementace
za pomoci dříve vysvětlených a osvojených
konstrukcí, takže pak studenti nepokládají
některé rysy dědění za nějakou skrytou magii.
Díky tomuto přístupu můžeme studentům
názorně vysvětlit a na příkladech názorně
předvést i některé nestandardní rysy a vlastnosti
dědění implementace, jejichž probrání se
standardně koncipované učebnice většinou
vyhýbají.
Návrhový vzor Adaptér nám po probrání
dědění implementace umožní studentům předvést
možné řešení různých úloh, které se v praxi
relativně často vyskytují, ale učebnice se jim moc
nevěnují – např. jak lze v projektu definovat dvě
relativně nezávislé hierarchie dědičnosti.
Vedle dědění implementace se ve třetí etapě
vysvětlují i lambda-výrazy, které se nacházejí na
pomezí mezi algoritmickými a architektonickými
konstrukcemi. Po seznámení s lambda-výrazy se
studenti seznámí se základními kolekcemi a
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
naučí se s nimi pracovat s využitím interních
iterátorů a lambda výrazů.
I ve třetí etapě se, stejně jako ve druhé,
snažíme, aby se studenti soustředili především na
architekturu navrhovaných aplikací. Příklady
řešené v této etapě nevyžadují návrh nějakých
složitých algoritmů, ale řeší se většinou
především v architektonické rovině. Jedinou
algoritmickou konstrukcí, která se v prvních třech
etapách výuky používá, je posloupnost příkazů.
Výklad zbylých algoritmických konstrukcí je
součástí čtvrté etapy.
Rozdíl mezi klasickým a zde probíraným
přístupem je patrný zejména při porovnání
programů navržených při výuce podle metodiky
Architecture First s programy, které řeší stejný
problém podle klasických postupů, a které jsou
proto v řadě případů složitější a obtížněji
modifikovatelné.
10 Čtvrtá etapa
Jak už bylo naznačeno, až do této chvíle se
studenti nesetkali s algoritmickými konstrukcemi,
jakými jsou podmíněné příkazy, cykly a rekurze.
Při řešení dosavadních úloh je totiž
nepotřebovali, přestože to v řadě případů byly
úlohy netriviální.
Ve čtvrté etapě se začneme trochu více
soustředit na kód a tyto základní algoritmické
konstrukce si vysvětlíme. Studenti se postupně
seznámí s alternativní možností řešení
dosavadních úloh prostřednictvím algoritmických
konstrukcí. Protože
už
mají
přechozí,
„architektonické“ řešení již (alespoň částečně)
osvojené, mohou se v praxi kvalifikovaně
rozhodnout, které řešení je v té které situaci
výhodnější.
Výhodou přístupu metodiky Architecture
First je to, že při obráceném postupu, tj. při
prvotním seznámení s kódem a algoritmickými
konstrukcemi a teprve následném seznamování a
architektonickou alternativou řešení různých
úloh, nepovažují studenti obě alternativy za
rovnocenné.
Jakmile
jednou
zvládnou
algoritmické
konstrukce,
budou
jim
architektonické alternativy připadat ve školních
příkladech zbytečně složité, a nesáhnou proto po
nich ani v příkladech, kdy je jejich volba
výhodná.
Postupy i metodiky výuky použité v třetí a
čtvrté etapě jsou důsledně aplikovány v učebnici
[13].
111
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
11 Grafické zobrazení algoritmů
Ve čtvrté etapě se setkáme i s potřebou použít
poněkud složitější algoritmy než ty, s nimiž se
studenti setkali v průběhu první až třetí etapy,
v nichž se výklad soustředil především na
architekturu navrhovaných programů.
Většina současných učebnic programování se
soustřeďuje především na výklad syntaxe jazyka
a používání dostupných knihoven. Algoritmické
dovednosti programátorů přitom nijak nerozvíjí.
Přiznejme si, že v současné době, v níž se
stále množí nejrůznější frameworky a generátory
kódu, začíná programování připomínat práci se
stavebnicí, při níž je důležité pouze umět vhodně
propojit jednotlivé prvky. Jednou za čas se však i
řadový programátor setká s poněkud složitějším
algoritmem, který musí pochopit. K tomu je
vhodné použít nějaký grafický nástroj.
Dříve
se
algoritmy
zakreslovaly
prostřednictvím vývojových diagramů, které ale
sváděly
programátory
k
používání
nestrukturovaných
konstrukcí
a
dalších
programátorských obratů, jež v současné době
považujeme za nečisté.
Později je proto začaly (alespoň na některých
univerzitách a v některých firmách) nahrazovat
Nassi-Schneidermanovy diagramy. Ty sice
bránily používání konstrukcí, které jsou v
rozporu
se
zásadami
strukturovaného
programování, ale zase zaváděly používání
šikmých čar, které poněkud komplikovaly zápis
výrazů, podle nichž se rozhoduje.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
V současné době se většinou dává přednost
používání UML diagramů v nichž se k zápisu
algoritmů používají diagramy aktivit, které jsou
odvozeny z původních vývojových diagramů se
všemi jejich nectnostmi.
Metodika Architecture First doporučuje
používat pro zobrazení složitějších algoritmů
kopenogramy ([7] – viz obrázek 2). Algoritmy se
sice dále zapisují v kódu použitého jazyka, ale
vývojové prostředí je vybaveno zásuvným
modulem (pluginem), který na požádání zobrazí
kopenogram označené metody ([6]). Výhodou
kopenogramů oproti vývojovým diagramům a
diagramům aktivit je jejich jednoznačná
preference
strukturovaných
konstrukcí.
Kopenogramy sice umožňují v případě potřeby
zobrazit i nestrukturované konstrukce, ale
porušení zásad strukturovaného programování je
v nich jasné a zřetelné.
Výhodou
kopenogramů
oproti
Nassi-Schneidermanovým diagramům je absence
šikmých čar a jednoznačný, předem daný význam
jednotlivých barev, který výrazně zvyšuje
vypovídací schopnost diagramů i při pohledu ze
vzdálenosti, z níž ještě není možné přečíst obsah
jednotlivých bloků.
Zobrazení kopenogramu zadané metody
využijeme
především
při
vysvětlování
složitějších algoritmických konstrukcí a při
hledání chyb ve složitějších metodách.
112
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Obr 2: Ukázka metody zakreslené prostřednictvím kopenogramů
12 Úlohy, které ještě čekají na řešení
V diskusi k první etapě výuky byly zmíněny
problémy, které mají zkušenější studenti se
změnou své orientace na nové paradigma. S ještě
intenzivnějšími problémy se setkáváme u
profesionálních programátorů, kteří přecházejí do
přeškolovacích kurzů objektově orientovaného
programování. Bohužel se ukazuje, že obdobné
problémy mají i studenti, kteří sice prošli kurzy
objektově orientovaného programování, ale
nenaučili se objektově myslet, takže je firmy
posílají do našich přeškolovacích kurzů.
Obě tyto skupiny vytvářejí typické
strukturované
programy
v
objektově
orientovaných jazycích s občasným, často i
formálním, použitím objektových konstrukcí.
Když je to potřeba, umějí implementovat
interfejs, ale mají velký problém odhadnout, ve
kterých situacích by bylo výhodné navrhnout
interfejs vlastní.
Jako účastníci přeškolovacích kurzů považují
tito programátoři počáteční práci v interaktivním
režimu za zbytečné zdržování. Následně pak ale
přiznávají, že si až dodatečně uvědomili, jak moc
se toho v této etapě naučili.
Dalším společným rysem značné části
současných programátorů je to, že nedokáží
přemýšlet v hladině architektury. Typický
programátor dostane zadání a jeho mozek
okamžitě přepne do hladiny kódu a on začne
přemýšlet, jak by zadání zakódoval. Jejich
architektonické myšlení je proto svázáno s jejich
schopností kódovat a ve svých programech proto
používají pouze takové konstrukce, o nichž
dopředu vědí, jak je zakódovat. Sémantická
mezera, kterou se snaží objektově orientované
programování odstranit nebo alespoň výrazně
zmenšit, je u těchto programátorů většinou
zachována v původní, „předobjektové“ velikosti.
Hlavním výzkumným úkolem budoucího
vývoje metodiky Architecture First je proto
nalezení způsobů, jak co nejefektivněji přeškolit
na objektové paradigma ty, kteří již mají s
programováním své zkušenosti a domnívají se, že
OOP je pouze nějaký nový název pro to, co oni
už dávno znají.
13 Závěr
Článek nastínil některé problémy, s nimiž se
potýká současná výuka programování, a seznámil
se základními charakteristikami metodiky
Architecture First, která se snaží těmto
problémům
předcházet
a
vychovávat
programátory, kteří budou mít co nejlepší
uplatnění v budoucí praxi.
Metodika rozděluje výuku programování do
čtyř etap, přičemž první etapa je užitečná i pro ty,
kteří nechtějí pracovat jako programátoři – např.
manažeři objednávající softwarová řešení nebo
113
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
zákazníci, kteří se podle agilních metodik stávají Information Technology in Computer Science
členy programátorských týmů.
Education (ITiCSE 2001), Canterbury, 2001.
První tři etapy výuky podle této metodiky se [9] ENTWISTLE, N. 2007. Conceptions of
soustřeďují především na architektonické řešení learning and the experience of understanding:
problémů. V první etapě se vše řeší čistě v Thresholds,
contextual
influences,
and
architektonické rovině a o vytvoření programu na knowledge objects. In Reframing the Conceptual
základě navržené architektury se stará generátor Change Approach in Learning and Instruction. S.
kódu, který je součástí vývojového prostředí. Vosniadou, A. Baltas, and X. Vamvakoussi Eds.,
Druhá etapa opakuje látku probranou v první Chapter 11, Elsevier, Amsterdam, The
etapě, avšak studenti se v ní učí zakódovat vše, Netherlands.
co za ně v první etapě vytvářel generátor. Třetí [10] KÖLLING, M., Teaching Object Orientation
etapa pokračuje výkladem architektonických with the Blue Environment, Journal of Objectkonstrukcí, jejichž realizace byla za hranicemi Oriented Programming, Vol. 12 No. 2, 14-23,
možností použitého generátoru kódu. Čtvrtá 1999.
etapa uzavírá výuku výkladem algoritmických [11] PATTIS R. E.: Karel the Robot: A Gentle
konstrukcí, přičemž složitější algoritmy jsou Introduction to the Art of Programming with
zobrazovány prostřednictvím kopenogramů.
Pascal. John Wiley & Sons, 1981.
Metodika Architecture First je důsledně [12] PEA,
R.
D.:
Language-independent
aplikována v učebnicích [14] (první a druhá conceptual “bugs” in novice programming. J.
etapa) a [13] (třetí a čtvrtá etapa).
Educ. Comput. Res. 2, 1. 1986.
[13] PECINOVSKÝ R.: Java 8 – Učebnice
14 Literatura
objektové architektury pro mírně pokročilé.
[1] BARNES D. J., KÖLLING M: Objects First Grada 2013.
with Java: A Practical Introduction Using BlueJ. [14] PECINOVSKÝ R.: Java 7 – Učebnice
Prentice Hall 2005. ISBN 0-13-124933-9.
objektové architektury pro začátečníky. Grada
[2] BECK K., ANDERS C.: Extreme 2012. ISBN 978-80-247-3665-5.
Programming Explained: Embrace Change. [15] PECINOVSKÝ R.: Návrhové vzory – 33
Addison-Wesley 2004. ISBN 0-321-27865-8.
vzorových postupů pro objektové programování.
[3] BERGIN, J.: Fourteen Pedagogical Patterns. Computer Press, © 2007, 528 s. ISBN 978 80
Proceedings of Fifth European Conference on 251 1582 4.
Pattern Languages of Programs. (EuroPLoP™ [16] PECINOVSKÝ R.: Using the methodology
2000) Irsee 2000.
Design Patterns First by prototype testing with a
[4] BERGIN, J.: Pedagogical Patterns: Advice user. Proceedings of IMEM, Spišská Kapitula.
For Educators. CreateSpace Independent [17] PECINOVSKÝ Rudolf, PAVLÍČKOVÁ
Publishing Platform 2012. ISBN 1-4791-7182-4.
Jarmila, PAVLÍČEK Luboš: Let’s Modify the
[5] DRIVER R., BELL, B.: Students’ thinking Objects First Approach into Design Patterns
and learning of science: A constructivist view. First, Proceedings of the Eleventh Annual
School Sci. Rev. 1986 pp. 443–456.
Conference on Innovation and Technology in
[6] FIALA M.: Vytvořte editor kopenogramů. Computer Science Education, University of
Diplomová práce VŠE 2012.
Bologna 2006.
[7] KOFRÁNEK J., PECINOVSKÝ R., [18] SMITH III, J. P., DISESSA, A. A.,
NOVÁK P.: Kopenograms – Graphical Language ROSCHELLE. J.: Misconceptions reconceived:
for Structured Algorithms. Proceedings of the A constructivist analysis of knowledge in
2012 International Conference on Foundation of transition. J. Learn. Sci. 3 1993, 115–163.
Computer Science. WorldComp 2012 Las Vegas.
CSREA Press. ISBN 1-601-32211-9.
Rudolf Pecinovský
[8] KÖLLING,
M.,
ROSENBERG,
J.:
Guidelines for Teaching Object Orientation with
Java, Proceedings of the 6th conference on
114
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
OTHER
ARTICLES
http://jtie.upol.cz
USING OPEN SOURCE OPENCV LIBRARY FOR PRACTICAL COURSES
OF COMPUTER VISION
Pavel JETENSKÝ
Abstract: The article shows how to use free software library OpenCV as a main software tool for
Computer Vision courses at secondary schools and universities. Sample lectures of Computer Vision
are covered with respect to how to demonstrate algorithms’ behavior using OpenCV. Comparison of
OpenCV with alternative software tool MATLAB is presented. Working C# code samples are part of
the article.
Key words: Computer Vision, Machine Perception, teaching, course, OpenCV, software, EmguCV,
MATLAB, tool, Open Source.
VYUŽITÍ OPEN SOURCE KNIHOVNY OPENCV PRO PRAKTICKÁ CVIČENÍ
PŘEDMĚTU POČÍTAČOVÉ VIDĚNÍ
Resumé: Příspěvek poskytuje informace o tom, jak použít volně dostupnou knihovnu OpenCV jako
hlavní softwarový nástroj pro výuku cvičení předmětu Počítačové vidění na středních a vysokých
školách. V článku jsou popsány vzorové úlohy počítačového vidění s ohledem na to, jak demonstrovat
vlastnosti algoritmů pomocí knihovny OpenCV. Je uvedeno srovnání s alternativním nástrojem pro
výuku, komerčním softwarem MATLAB. Součástí textu jsou funkční ukázky zdrojového kódu
v jazyce C#.
Klíčová slova: Počítačové vidění, výuka, cvičení, OpenCV, software, EmguCV, MATLAB, nástroj,
otevřený software.
1 Úvod
Procvičování algoritmů počítačového vidění
se neobejde bez potřebného software, pomocí
něhož si studenti budou osvojovat nově nabývané
znalosti. Jednou z možností je komerční software
MATLAB (matrix laboratory). Ten si mnoho
vědců i inženýrů vybírá pro svou práci, protože
se jedná o interaktivní systém zapouzdřující v
jednom celku matematické výpočty, vědecké
vizualizace i symbolické výpočty (1).
Jednou z alternativ k používání softwaru
MATLAB je využít knihovnu OpenCV. OpenCV
je otevřená multi platformní knihovna pro
manipulaci s obrazem, distribuovaná zdarma.
Oba tyto nástroje spolu s řadou dalších
možných softwarových nástrojů vhodných k
výuce počítačového vidění zmiňuje G. Bebis v
článku Review of computer vision education (2).
V této práci autoři také zmiňují důležitost
praktických demonstrací, pomocí níž si studenti
mohou ověřit získané teoretické znalosti:
"Because of the visual nature of computer vision,
an important consideration for computer vision
educators is to develop inter- active materials
and demonstrations that will allow students to
have active 'hands-on' learning experiences.".
2 O programu MATLAB
MATLAB je profesionální produkt vhodný
pro vědeckou práci. K výuce předmětu
počítačové vidění se používá např. na fakultě
elektrotechniky a komunikačních technologií
VÚT v Brně. Jeho využití na konkrétní škole
však může bránit několik faktorů:
- MATLAB není dostupný zdarma, pro výuku
je nutné zakoupit buď akademickou licenci
nebo licenci pro jednoho studenta. Licence
pro jednoho studenta stojí $99.
- Pro práci v MATLAB se musí studenti
naučit syntaxi jazyka MATLAB.
- MATLAB projekt nelze přímo použít
v projektu naprogramovaném v nějakém
jiném jazyce (např. Java nebo C#), lze pouze
vygenerovat C/C++ zdrojový kód pomocí
MATLAB coder. I MATLAB coder je nutné
zakoupit.
3 Knihovna OpenCV
Knihovna OpenCV je již od počátku
zaměřena především na počítačové vidění a
zpracování obrazu v reálném čase. Knihovna je
napsaná v jazyce C. Oproti MATLAB nabízí tyto
výhody:
115
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- Je zdarma jak pro akademické, tak komerční
využití (pod BSD licencí).
- Má větší portabilitu výsledné práce;
knihovnu OpenCV lze využít z projektů
napsaných v jazyce C, díky obalujícím
knihovnám je možné je zavolat i z jiných
jazyků (viz tabulka 1). Studenti tak mohou
v rámci cvičení počítačové grafiky rozvíjet i
schopnosti programovat ve vybraném
programovacím jazyce. Alespoň v 32-bitové
verzi lze knihovnu spustit na Windows,
Linux, i MacOS operačních systémech (3).
- Algoritmy běží rychleji proto, že je
knihovna napsaná v jazyce C; pro úlohy
počítačového vidění je rychlejší než
MATLAB, který interpretuje svůj vlastní
abstraktní jazyk (4).
- Obsahuje širší množinu podporovaných
funkcí; díky specializaci pouze na oblast
počítačového vidění obsahuje knihovna
OpenCV algoritmy, které se v MATLAB
nevyskytují. Příkladem mohou být funkce
pro detekci obličeje v obraze, kalibraci dvou
kamer pro stereo snímání nebo výpočet
transformační matice perspektivy ze čtyř
zadaných bodů.
Andrea Cavallaro použil knihovnu OpenCV jako
základ pro vytvoření vlastního frameworku pro
výuku počítačového vidění, napsaného v jazyce
C++ (5). Jeho výuková platforma umožňuje
studentům snížit čas potřebný k instalaci
prostředí potřebného ke zkoušení základních
algoritmů počítačového vidění z jednoho týdne
na pouhé čtyři hodiny. V kapitole 4 popíšeme
alternativní možnost, jak snadno využít OpenCV,
a tou je využití knihovny EmguCV.
Používaná
nadstavba OpenCV
bez nadstavby
EmguCV
JavaCV
PyOpenCV
Programovací jazyk
v rámci cvičení
C, C++
C#
Java
Python
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
OpenCV je pro studenty jednoduchý a
srozumitelný.
Samotnou knihovna OpenCV je možné
využívat přímo z programovacího jazyka C++. V
takovém případě však studenti musí sami řešit
správu přidělené paměti. Jednodušší je tedy
využít nějaký programovací jazyk s vlastní
správou paměti, jako je C# nebo Java. Ukázkové
zdrojové kódy (7) jsou tedy psány v jazyce C#
s využitím nadstavby EmguCV. EmguCV
využívá duální licenci a pro open source projekty
je zdarma. Jako vývojové prostředí byl použit
program Microsoft Visual Studio 2010 Ultimate.
4.1 Základní nastavení vývojového
prostředí pro cvičení
Následující
kroky
vedou
k vytvoření
prostředí, které je potřeba pro spuštění
ukázkových kódů:
1. V programu Microsoft Visual Studio
vytvořte nový projekt typu Windows
Forms Application.
2. Z Internetu stáhněte a do referencí
projektu
přilinkujte
knihovny
Emgu.CV.UI.dll,
Emgu.CV.dll
a Emgu.Util.dll.
3. Do
projektu
pomocí
funkce
[Add] => [Existing Item] přidejte soubor
opencv_core231.dll a v jeho vlastnostech
nastavte [Copy to Output Directory] na
hodnotu [Copy if newer].
4. Totéž
proveďte
pro
soubory
opencv_imgproc231.dll a ZedGraph.dll
(tyto knihovny jsou potřebné pro
zobrazení histogramu).
5. Na formulář vložte ovládací prvek typu
Emgu.CV.UI.ImageBox a nazvěte ho
imageBox.
4.2 Úloha 1 - vytvoření šedotónového
obrazu
Tab 1: Programovací jazyky, z nichž je možné využít
OpenCV.
4 Ukázkové zdrojové kódy
Následující
kapitoly obsahují
ukázky
zdrojového kódu pro řešení jednoduchých úloh
počítačového vidění. Úlohy jsou převzaty ze
skript předmětu Počítačové vidění, který se
vyučuje na VÚT v Brně (6). Smyslem
prezentovaných úloh je ukázat, že zápis
algoritmu počítačového vidění s využitím
Zadání: Vytvořte matici představující
obrazovou rovinu šedotónového obrazu o
rozměrech 640x480 bodů s nulovými prvky.
V obraze vytvořte nahodile se překrývající
obdélníky o různých hodnotách intenzity.
Cílem tohoto úkolu je seznámit studenty s
maticovým způsobem reprezentace obrazových
dat a nechat je uvědomit si, jakým způsobem
souvisí číselná hodnota v matici s výslednou
světlostí odpovídajícího pixelu v šedotónovém
obraze.
Řešení v EmguCV
var image =
116
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
new Image<Gray, Byte>(640,480);
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
var blueChannel =
new Image<Gray,byte>(640,480);
image.Draw(
new Rectangle(20, 60, 100, 25),
var rect1 =
new Rectangle(20, 20, 320, 240);
var rect2 =
new Rectangle(300, 20, 320, 240);
var rect3 =
new Rectangle(160, 220, 360, 200);
// Rectangle intensity
new Gray(128),
// Fill rectangle (no contour)
0);
var white = new Gray(255);
redChannel
.Draw(rect1, white, 0);
greenChannel .Draw(rect2, white, 0);
blueChannel .Draw(rect3, white, 0);
// kreslení dalších obdélníků
// vynecháno
imgBox.Image = image;
4.3 Úloha 2 – složení barevného obrázku
Zadání: Vygenerujte barevný obraz složením
3 šedotónových obrazů představující složky
červené, zelené a modré barvy. Obrazy navrhněte
tak, aby ve výsledném barevném obrazu vznikly
všechny kombinace tří základních barev. Pro
srovnání vykreslete současně všechny tři
složkové obrazy a obraz barevný do jednoho
okna.
Cílem tohoto úkolu je seznámit studenty s
rozdílem mezi šedotónovým a barevným
obrázkem a dovést je k pochopení, jakým
způsobem se pracuje s aditivním barevným
modelem RGB a jak lze skládat tří základních
image[2] = redChannel;
image[1] = greenChannel;
image[0] = blueChannel;
imgBox.Image = image;
4.4 Úloha 3 – složení barevného obrázku
Zadání: Načtěte obraz z disku, proveďte
nulování jeho prostřední třetiny, zobrazte ho a
opět uložte na disk.
Smyslem tohoto úkolu je seznámit studenty s
často používanou technikou počítačového vidění,
kterou je práce pouze s částí obrazu (tzv. ROI Region Of Interest). Nad takto vybranou oblastí
lze poté provádět operace pro manipulace s
Obr 1: Výsledný obrázek pro úlohu 3
Obr 2: Výsledný obrázek pro úlohu 2
barevných složek (červená, zelená, modrá)
vytvořit ostatní barvy.
Řešení v EmguCV:
var img =
new Image<Bgr, Byte>(640,480);
var redChannel =
new Image<Gray,byte>(640,480);
obrazem, např. nastavení všech složek barev na
nulu.
Řešení v EmguCV:
var image = new Image<Bgra,Byte>
("C:\\test.jpg");
image.ROI = new Rectangle(
image.Width/3, image.Height/3,
image.Width/3, image.Height/3);
image.SetZero();
image.ROI = Rectangle.Empty;
image.Save("C:\\test.jpg");
var greenChannel =
new Image<Gray, byte>(640,480);
117
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
5 Interaktivní vlastnosti ovládacího prvku
ImageBox využitelné při výuce
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
6 Závěr
Formulářový ovládací prvek ImageBox, který
je dostupný v knihovně EmguCV, neslouží pouze
pro zobrazování obrázků. Lze ho také použít jako
mocný nástroj pro ladění problémů a testování
jednotlivých grafických algoritmů bez nutnosti
měnit kód. Obsahuje totiž interaktivní kontextové
menu, které se aktivuje klepnutím pravého
tlačítka myši. Tak je možné např. na obrázek
aplikovat různé filtry, podívat se na hodnotu
intensity konkrétního pixelu (obdoba funkce
kapátka) nebo zobrazit histogram.
Kontextové menu obsahuje tyto funkce:
- File (Load Image, Save As),
- Filters,
- Gradient, Edges (Canny, Laplace,
Sobel),
- Logic (Cmp, Or, Xor, InRange, Max,
Min, Not),
- Math (AbsDiff, Add, Exp, Log, Mul,
Pow, Sub, SubR),
- Morphology (Dilate, Erode),
- Pyramids (PyrDown, PyrUp),
- Smoothing (Bilatral, Blur, Gaussian,
Median),
- Threshold
(Adaptive,
Binary,
BinaryInf, ToZero, ToZeroInv, Trunc),
- Transform (LogPolar, Rotate, Flip),
- Various
(Resize,
EqualizeHist,
GammaCorrect,
SetRandNormal,
SetRandUniform),
- Zoom (In, Out, Un-Zoom),
- Property – zobrazí se nové okno
s rozšířenými funkcemi (funkce kapátka,
informace o barevné hloubce, zdrojový kód
použitých
filtrů,
možnost
zobrazení
histogramu).
Článek shrnul možnosti knihovny OpenCV a
jejích výhod oproti platformě MATLAB. Na
základě uvedených informací je zřejmé, že
OpenCV je pro svoji flexibilitu a specializaci na
oblast počítačového vidění životaschopnou
alternativou. Nejen, že zdarma umožní studentům
pracovat i na těch nejsložitějších úlohách
z oblasti počítačového vidění, ale umožní jim i
snadno použít výsledky vlastní práce v rámci
dalších softwarových projektů. Učitelům
předmětů počítačové grafiky a počítačového
vidění přeji s touto jedinečnou knihovnou řadu
úspěchů a radosti.
7 Literatura
[1] ETTER, D., KUNCICKY, D., HULL, D.
Introduction To Matlab 6. 1. vyd. Prentice Hall,
2001, s. 1. ISBN 978-01-3032-845-8.
[2] BEBIS, G,, D. EGBERT a M. SHAH. Review
of computer vision education. IEEE JOURNALS
& MAGAZINES. 2003, č. 46, s. 2-21.
[3] BRADSKI, G., KAEHLER, A. Learning
OpenCV: Computer Vision with the OpenCV
Library. 1. vyd. O'Reilly Media, 2008, s. 14.
ISBN 978-05-9651-613-0.
[4] MATUSKA, S., HUDEC, R. and BENCO,
M. The comparison of CPU time consumption
for image processing algorithm in Matlab and
OpenCV. In: Rajeck Teplice: Dept. of
Telecommun. & Multimedia, Univ. of Zilina,
Zilina, Slovakia, 2012, s. 75-78. ISBN 978-14673-1180-9
[5] CAVALLARO, A. Image analysis and
computer vision for undergraduates. In: 2005
IEEE International Conference on Acoustics,
Speech, and Signal Processing. Philadelphia,
Pennsylvania, USA: The Institute of Electrical
and Electronics Engineers Signal Processing
Society, 2005, s. 577.
Obr 3: Histogram dostupný z kontextového menu
komponenty ImageBox.
118
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[6] HORÁK, K., KALOVÁ, I. Počítačové vidění
- Počítačová cvičení (64087) - VUT v Brně
(online).
[cit. 2012-10-13].
URL
:
<http://www.vutbr.cz/vyzkum-avyvoj/publikace?action=detail&pub_id=64087>.
[7] JETENSKÝ, P. Zdrojové kódy - Computer
vision course with OpenCV (online). [cit. 201210-13].
URL
:
<http://www.jetensky.net/download/files/Comput
erVisionCourseWithOpenCV.zip>.
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Ing. Pavel Jetenský
Katedra informačních technologií
Fakulta Elektrotechniky a Informatiky UPCE
Studentská 62,
Pardubice, 532 10, ČR
Tel: +420 466 037 108
E-mail: [email protected],
[email protected]
119
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2013, Volume5, Issue 1
ISSN 1803-537X
http://jtie.upol.cz
Journal of Technology and Information Education
http://jtie.upol.cz
ISSN 1803-537X (print)
ISSN 1803-6805 (on-line)
120
Download

Celé vydání