Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
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: Doc. Ing. Paed. Čestmír Serafín, Dr. – Palacký University
in 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
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. 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. PhDr. Jiří Dostál, Ph.D. – Palacký University of Olomouc
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. Pavlína Částková, Ph.D., Mgr. Luděk Kvapil, Ph.D.
and Mgr. Martina Krestýnová
Web Editor: Mgr. Jan Kubrický, Ph.D.
All articles are subject of peer-to-peer anonymous review procedure.
© Palacký University in Olomouc
ISSN 1803-537X (print) ISSN 1803-6805 (on-line)
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
OBSAH
USING ICT IN EDUCATION OF PRESCHOOL CHILDREN .................. 4
THE INCLUSION OF DESIGN PATTERNS IN THE TEACHING
OF PROGRAMMING ............................................................................... 19
DEVELOPING A LEARNING TAXONOMY FOR EDUCATIONAL
ROBOTICS................................................................................................ 30
HOW DO PRIMARY TECHERS RESPOND TO INTRODUCTION OF BASICS OF COMPUTER SCIENCE INTO SCHOOL
CURRICULA OF ICT ............................................................................... 45
CREATION OF STUDY MATERIAL FOR ADPTIVE E-LEARNING ......................................................................................................... 57
ANALYSIS OF TERM MEANING “COMPUTATIONAL
THINKING” .............................................................................................. 71
COMPUTER THERAPY AS CONCEPT OF NEW FORM OF
THERAPY FOR ITELLECTUAL DISABLED PEOPLE: THEORY
AND PRACTISE ....................................................................................... 89
TESTING AND ANALYSIS OF STUDENTS’ CONCEPTION
FROM PHYSICS..................................................................................... 104
ANALYSIS OF TASKS IN THE SLOVAKIAN BEBRAS
CONTEST 2013/14 ................................................................................. 122
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Vážení čtenáři,
dostává se Vám do rukou nové číslo vědecko-odborného časopisu zaměřeného na problematiku technické a informační výchovy. Články a statě
v něm publikované jsou od vzniku časopisu vždy věnovány teoretickému
i empirickému výzkumu v oborových didaktikách technické výchovy
i informační výchovy. V tomto kontextu je časopis v mnohém unikátní,
a to nejen svým odborným zaměřením a skladbou příspěvků mnoha autorů
domácích i zahraničních, ale také svým vědeckým renomé, prokazující
jeho pevné zakotvení odborné komunitě. Odborné texty, které zde najdete,
slouží nejen k prohlubování vědomostí a k informování o aktuálním stavu
v řadě vědních oborů spojených s technikou a informačními technologiemi
u nás a ve světě, ale jsou i významnými inspirativními zdroji pro další
výzkum, ať už základní nebo aplikovaný.
Technicky a informačně orientované vzdělávání je v České republice
pro konkurenceschopnou ekonomiku zásadním a přímo základním kamenem. Systém vzdělávání nastavený v podobě rámcových vzdělávacích
programů a z nich vyplývajících školních vzdělávacích programů v té formě, v jaké je realizován v posledních létech, zákonitě nemůže vést ke zvýšení konkurenceschopnosti průmyslu a tím i dalších oblastí naší ekonomiky. České školství vždy disponovalo v oblasti technické přípravy mladé
generace obrovským potenciálem, potenciálem, jenž se rozvíjel již od primárního vzdělávání na základních školách mnoho desítek let. Tento potenciál ale české školství nejenže nedokázalo využít, ale ani na něm postavit
další rozvoj do budoucna, což se nemalou mírou projevuje převažujícím
nezájmem žáků o studium technicky orientovaných oborů i třeba neuspokojivými výsledky z matematiky u maturitních zkoušek.
Malým dílem chce tak tento časopis soustavně přispívat ke změně klimatu, ke změně ve vnímání technického a informačního vzdělávání ve
společnosti. Chce ukázat, na vědeckých základech podložených mnoha
výzkumy, potřebu kvalitní odborné přípravy na technické vnímání světa,
tolik potřebné pro běžný život člověka.
Příspěvky a statě, které toto číslo přináší, jsou velmi rozmanité – zabývají se adaptivní výukou, vzdělávacími cíli, výukou robotiky, přípravou
žáku v primárním vzdělávání či počítačovou terapií u osob s mentálním
postižením a to není zdaleka vše, co vám může toto vydání nabídnout.
Doufám, že vám zajímavý obsah přinese mnoho podnětů ve vaší vědecké
a výzkumné práci.
Čestmír Serafín
3
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
USING ICT IN EDUCATION OF PRESCHOOL
CHILDREN
Vladimíra SEHNALOVÁ
Abstract
Digital technologies have become a regular part of lives of even preschool
children. They can primarily come across them in their families, but they
can also play an important role in education. To integrate a computer successfully into preschool education requires suitable engagement of pedagogues who are computer literate and who then become familiar with suitable educational programs and change their existing methods of work.
Nursery schools in the Moravian-Silesian region have already been
equipped with computers and research has shown that they are used in
educating children. The pedagogues could have improved their knowledge
and skills by taking part in courses focused on using information technologies in education of preschool children. Information technologies represent
another method of children education. They primarily help children develop individually and they can be beneficial when education children with
specific educational needs. When using computers, possible risks and
negative effects have to be considered as well.
Keywords: preschool education, information technologies, educational
program, pedagogical worker
4
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
upon the time spent by a computer,
and the dependence of such behaviour upon what the children aged
five to six do respectively. The
research has shown that the level of
prosocial behaviour is better in
children who have worked with
a computer for less than a year. The
longer the time of using a computer, the worse prosocial behaviour and the higher aggressive behaviour was proved. An increase in
aggressive behaviour was monitored in children who were used to
using a computer daily and didn’t
use it for education, but rather for
surfing the Internet (Gulay, 2011).
Technologies that are suitable
for development have not been
included into today’s classrooms
yet. This covers both instructional
technology and assistive technology. Instructional technologies mean
such classroom tools that to support
instructional: effectiveness (i. e.
helping the young child to do
things in a better way), efficiency
(i. e. helping the child do things
faster or of better quality), and
appeal (i. e. better involving the
child in learning). Assistive technology represents any tool that
helps a disabled child to do things
they would not do without the tool
at an expected level of performance. Both technologies are critical to support children’s participation in planned classroom activities.
However, the challenge of how to
develop the needed knowledge and
1 Introduction
Computers have become an everyday tool in human life. They play
an important role in each profession
and they enable education. Information technologies attract children
and today’s generation is called
“digital generation” or sometimes
even “cyberkids”. Children come
across computers in their families
which are equipped with mobile
devices more and more. Children
younger than eight years spend less
time watching television and more
time with smart phones and iPads
(Rideout, 2013).
Research oriented at using computers by children focus on six
aspects of child’s development:
social development, dependence on
sex, emotional development, cognitive development, thinking, and
physical development (Mohammed,
2012). It has been found out that
using computers by young children
brings positive results in the area of
increased mathematical thinking
and memory, easier cognitive development, improved ability to
solve problems, social interaction,
and language skills (Gulay, 2011;
Mohammad, 2012).
Dissenters of using computers
in early childhood education point
at harmfulness of long-term sitting
by a computer from health, social,
and emotional points of view (Mohammed, 2012). There has been
research on the dependence of prosocial and aggressive behaviour
5
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
skills best among practitioners to
include them in the curriculum is
a matter of future.
Professional pedagogues that
are supposed to use both instructional and assistive technology
effectively with young disabled
children in classroom settings must:
• develop a basic understanding
of technology and its potential
contributions to education,
• demonstrate some proficiency
in using appropriate technologies to create classroom instructional supports,
• actually create and implement
instructional activities and
products using the technology. (Parette et al., 2013)
In 2012, the National Association for the Education of Young
Children (NAEYC) in cooperation
with the Fred Rogers Center released a joint position statement on
the use of technology and interactive media in early childhood programs.
Their joint statement claims:
• When used intentionally and
appropriately, technology and
interactive media are effective
tools to support learning and
development.
• Intentional use requires early
childhood teachers and administrators to have information and resources regarding the nature of these tools
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
and the implications of their
use with children.
• Limitations on the use of
technology and media are important.
• Special considerations must
be given to the use of technology with infants and toddlers.
• Attention to digital citizenship
and equitable access is essential.
• Ongoing research and professional development are needed. (Technology and Interactive Media as Tools in Early
Childhood Programs Serving
Children from Birth through
Age 8, 2012)
In order to effectively use interactive technologies in nursery
schools, NAEYC recommends:
• Allow children to freely explore touch screens loaded
with a wide variety of developmentally appropriate interactive media experiences that
are well designed and enhance feelings of success.
• Provide opportunities for
children to begin to explore
and feel comfortable using
“traditional” mouse and keyboard computers to use Websites or look up answers with
a search engine.
• Capture photos of block
buildings or artwork that children have created; videotape
6
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
dramatic play to replay for
children.
• Celebrate children’s accomplishments with digital media
displayed on a digital projector or on a classroom Website.
• Incorporate assistive technologies as appropriate for children with special needs and/or
developmental delays.
• Record children’s stories
about their paintings or their
play; make digital audio or
video files to document their
progress.
• Explore digital storytelling
with children. Co-create digital books with photos of the
children’s play or work; attach digital audio files with
the child as the narrator. (Effective Classroom Practice:
Preschoolers and Kindergarteners, 2012)
Pedagogues must understand the
potential of using computers in
education prior to starting using
such a form. Only then they can
successfully use a computer as
a tool for development of children’s
skills. Pedagogues themselves decide on when and how to integrate
a computer into education and they
make use of the possibilities.
A successful integration of computers into education of preschool
children depends on teacher’s abilities and a suitable integration into
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
curricula while using its possibilities as a tool for learning. A computer can make learning entertaining and funny and it can bring
children their own experience, creativity and discovery. (Mohammad,
2012)
The
participating
teachers
claimed that computer-assisted
education is beneficial in providing
lots of audio-visual, interesting
points as well as in developing
hand coordination. The teachers
claim that they use computer software actively in most activities of
preschool education. Computers in
preschool education represent
a new concept. Computers seen in
every part of life are the most important technological devices of our
century that contains all intellectual
reservoirs. In general, the use of
computers in the teaching-learning
process can be divided in two; having a teaching role and a learner
role.
When selecting Computer Assisted Education (CAE) software
for preschool education, we must
attentively consider the following
points:
• language of software,
• software must be designed
according to opinions of experts in assessment and evaluation, development and preschool education,
• colours used for designing
must be designed in a way
7
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
that captures the attention of
children,
• animations, objects that used
in software must be convenient to children’s level,
• software must be in a quality
level that gets the attention of
children and motivate them to
interact with CAE,
• software must be effective in
tending the children to the
point they will learn,
• instructions used in software
must be given audibly with an
approach that children might
be illiterate,
• software must be designed in
a form that they can use without getting help of an adult,
• it must be designed in a form
that enthusiasts and excites
the children with its visual
and audial stimulus as a natural need of CAE. (Kol, 2012)
The New Primary Curriculum in
the United Kingdom in the year
2009 highlighted that ICT (Information and Communication Technologies) should play the key role
of children's early learning experiences. Implementation of such
activities means that ICT and play
must be integrated into the curriculum for young children. Many areas
where play and ICT appear to function harmoniously rely on a definition of ICT that reaches beyond the
desktop computer. As an example,
we can mention touch technology
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
or the role of technological toys in
socio-dramatic play.
Playful, positive experiences
with computers could help to ensure that children leave their formative years with a positive disposition towards ICT that will
servethem well as they progress
into the formal stages of their education. The benefits of play for
early learning are well documented
and it is generally accepted that
play promotes children's development across domains. (Howard et
al., 2012)
Technologies are successfully
used in educating young children
with special educational needs.
Individual approach enables using
an iPad and a suitable application.
Technologies as iPads bring in
flexibility in places where teaching
and learning may occur thanks to
their portability and abundance of
educational apps for early childhood is available at no or low cost.
Additionally, if an iPad is not used,
other tablet devices could be utilized. There is a number of opportunities to meet children's preferences, strengths, and needs with
developmentally suitable apps that
establish relationships between the
abstract and everyday technologies
relating to mathematics, science,
and engineering. Four important
principles were considered when
choosing apps for preschoolers,
especially ones with disabilities:
8
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
•
•
•
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Institutional preschool education aims at complementing family
upbringing and in close connection
with providing the child with an
environment full of multi-aspect
and adequate stimuli for its active
development and learning. Preschool education should meaningfully enrich child’s daily programme during its preschool years
and provide the child with professional care.
In March 2005, the Ministry of
Education, Youth and Sports issued
the Framework Education Programme for Preschool Education,
which builds on the Framework
Programme for Preschool Education published already in 2001. The
Framework Education Programme
for Preschool Education (FEP PE)
specifies the main requirements,
conditions and rules for the institutional education of children of preschool age. These rules relate to the
pedagogical activities taking place
in educational institutions included
in the network of schools and educational facilities. They are binding
for preschool education in nursery
schools, in nursery schools with
a programme adapted to the special
needs of children and in preparatory forms of elementary schools.
Since 1st September 2007,
schools have been supposed to act
in compliance with the FEP PE.
Nursery schools can have their
programmes focused on aesthetic
activities, movement activities,
The student should be the
source of the action to make
the outcome more scientific.
The students should be able to
see cause and effect relationships by changing the beginning action and seeing how it
reflects the outcome.
The outcome of changing the
variable must be observable
to the preschooler.
The action and reaction must
happen immediately for the
child to see and make connections between the cause and
effect. (Aronin, 2013)
2 Preschool education in the
Czech Republic
Preschool education in the
Czech Republic is usually organised for children aged three to six
years. Children in the year before
beginning their compulsory school
attendance are given preference in
the acceptance process. Preparatory
forms of elementary school are
established for socially disadvantaged children aged 5+.
Nursery school is organisationally divided into classes. There is
a possibility to place children of the
same or different age in a class and
thus create homogenous or heterogeneous classes. In the same way, it
is possible to place children with
special educational needs into
a class of a common nursery school
and create an integrated class.
9
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
ecology etc. (Preschool Education
in the CR)
Education must be closely related with individual needs and
abilities of individual children,
including specific educational
needs. A didactic style of nursery
school children education should be
based on the principle of educational offer, individual choice, and
active participation of the child.
One of possible ways to meet such
objectives of preschool education is
to use information technology,
which enables individual, pair, or
team work of children as well as
work of the pedagogue with the
whole group of children. A suitable
way is to use educational software
designed for a given age group
hand in hand with an interactive
board and active engagement of all
children into educational activities,
which are carried in a playful and
entertaining form.
Based on the contract of the
Ministry of Education, Youth and
Sports and company IBM, nursery
schools were equipped with special
computer stations KidSmart. Project “KidSmart Early Learning
Programme” has been running for
years and enables to use child computer stations equipped with special
software for educational purposes.
The workplace consists of a colourful plastic house with a computer,
monitor, child computer mouse,
keyboard, speakers, voice set with
a microphone, and a printer inside.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
The computer workplace is ergonomically adjusted to preschool
children and complies with all psycho-hygienic norms.
Computer programs in child
computer KidSmart are very easy
to control, tasks and their solution
are not systematically repeated.
Children must look for creative
solutions every time they use the
computer. The software teaches the
children basics of mathematics and
logic (Millie's Maths House), time
indication and spatial imagination
(Trudy's Time and Place House),
natural science (Sammy's Science
House), and language expression
and cooperation (Bailey's Book
House, Stanley's Sticker Stories).
The objective of the “KidSmart
Early Learning Programme” is to
make children familiar with information technology, which will
become a necessary part of their
future lives. They acquire information and learn by playing. Educational programs form a part of
nursery school educational activities, they help develop mathematical terminology, learning scientific
skills, time determination, geographical knowledge, skills of
mapping, direction determination,
creativity, imagination, skills of
problem solving. All of that is carried out while meeting both safety
and suitable methods of work with
information
technology.
(Kocourek, 2008)
10
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
The pedagogues should be able
to handle basic operation with
a computer and be willing to use
a computer in educational activities. Prior to using computers in
classrooms, they have to think of
computer’s meaningful use, its
benefits for the children, and its
role in individual thematic areas.
They consider its use for controlled
and spontaneous learning and activities. A computer is used in
combination with other common
methods.
It is advised to enable children
aged 4+ to have access to a computer. At this age, they are already
able to independently control certain programs and understand certain relationships. Of course, there
will be differences between the
children, which must be considered
by the pedagogues. Access can also
be granted to younger children if
they have already had some experience with a computer and if they
want to try new programs or games.
When a child is working at computer, it must always be under supervision of an adult as the child
could have problems with using the
keyboard or manipulating mouse.
The pedagogue or parent chooses
such programs from the menu that
are the most suitable for the child
with respect to its individual abilities. The adult must also supervise
the way the child is working at
a computer and advise the child in
the case of problem occurrence.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
If a child is working at a computer, it is highly necessary to follow the time. The recommended
time depends on child’s age. Children aged 3 are recommended to
spent 10 minutes at the most, children aged 4.5+ can be allowed 15
minutes more. Children aged 5 can
spend about 20 minutes and aged 6
maximally 30 minutes per day. The
time to be spent at a computer
should be agreed with the child in
advance and then use a device to
measure the time, e.g. hourglass or
timer. Children working at a computer should also intersperse this
work with exercising or walks similarly to with any other sitting activity.
A computer designed for educating should be located into
a classroom of the nursery school.
The pedagogue can use an educational program or activity right into
the lesson plan, he is to operate the
computer and arouses children’s
appropriate reactions and answers.
The children can also work at the
computer individually, they take
turns and the pedagogue only supervises and solves possible problems. The pedagogue also monitors
children’s behaviour, time spent at
the computer, how many children
are at the computer, whether they
control it correctly, etc.
Some nursery schools already
have a computer with an interactive
board or a computer, projection
screen and data projector. In order
to effectively use such technolo11
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
gies, the pedagogues must be able
to control them and suitable integrate methodology of their use in
education. This led to creation of
educational courses to mediate this
information to nursery schools
teachers.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Driving Licence” (ECDL). The
project was also focused on nonpedagogical staff in order to increase effective use of ICT in
schools. (ZOKIM, 2012)
Every course was supplied with
a new distance study material in
a pre-defined extent. The text of the
study material contained distance
features, assignments, stop and
checks, tasks to think over, examples, recommended literature, etc.
Some courses were supported by
a multimedia component using
software for interactive boards or
other applications enabling to create multimedia in .avi or .mpeg
formats. This study material included particular examples, demonstrations from the text study material, and interactive exercises or
presentations.
The tutors also elaborated
a supplementary e-learning course
using Learning management System (LMS) Moodle. Such an ecourse included all created study
materials, study guides, tasks, exercises, and a forum served as
a communication tool between the
participants and the tutor. The
study materials uploaded to the
Moodle course enabled to study
individually, including submitting
assignments. The presence part of
the course was in a form of four
afternoon seminars in a computer
classroom, where the tutor presented the prepared study materials,
discussed the current topic, and
3 Courses aimed at using information technology in nursery
schools
The course for teachers were
started in 2012 as a part of project
“Zvyšování odborných kompetencí
pracovníků škol a školských zařízení v MSK v oblasti matematiky,
VT a využívání ICT ve školách”
(Increasing professional competencies of school institutions staff in
the Moravian-Silesian region in the
area of mathematics, informatics
and using information and communication technologies in schools)
The aim of the project was preparation and realisation of education
courses and workshops to support
professional development of school
institutions staff in the area of
mathematics, informatics and using
information and communication
technologies in schools. Once taking part in the courses, the pedagogues should have an increased
level of integrating information
technology into their own lesson
plans. They should also have increased competences in ICT to
prove their practical knowledge in
a form of preparatory courses for
certificate “European Computer
12
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
replied to participants’ questions.
The participants carried out practical exercises, elaborated assigned
tasks, or searched additional information.
The introductory course “Hrajeme si s počítačem” (Playing with
a computer) was focused on an
issue of using information technology in education. It stemmed from
Framework Education Programme
for Pre-school Education, from
theoretical knowledge on educating
talented children and children with
specific educational needs. Alternative ways of educating children
using information technology were
proposed. The teachers were familiarised with basic rules of safety
and hygiene when working at
a computer and their attention was
also drawn to certain risks. The
course was focused on practical
mastering of work at a computer,
applications for preparing own
educational materials, and using
internet portals and educational
programs suitable for preschool
children.
The course “Kreslení a poznávání s využitím počítače v předškolním vzdělávání” (Painting and
learning using a computer in preschool education) was primarily
focused on the area of painting.
Painting in preschool age develops
imagination and its level relates to
child’s intellectual development.
Computer painting develops fine
motor skills of children, it enables
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
them to paint easily and colour
basic geometric shapes, which are
difficult for children to paint them
by hand due to their regular shape.
The painting program also enables
to simply change sizes, colours,
shapes, to group or divide objects.
Observing images, looking for
differences, or their completion
develops observing skills and spatial imagination.
The Framework Education Programme for Preschool Education
served as a basis for requirements
on child’s education, which could
have been elaborated using painting
programs as well as knowledge
which can be developed using educational programs. The content of
the course was focused on painting
program “Malování” (Painting),
which is suitable even for preschool
children. The course participants
used “Malování” to create their
own educational materials. Those
can be used right in their activities
with children in nursery schools if
they are equipped with a data projector or an interactive board. The
created samples can also serve as
examples for individual work of
children at a computer. Children
mastering working with a mouse
can redesign the images, join the
painted elements, colour the created
objects, or use other functions and
application to create images.
The course “Využití vzdělávacích programů pro práci s dětmi
v mateřské škole” (Using educa13
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tional programs for work with children in nursery schools) was focused on individual educational
programs designed for education of
preschool children. Intergrating
them requires professional development, which considers child’s
age, graphical attractiveness and
understandability. Educational programs focus on developing basic
skills, such as graphical distinguishing, observing, sorting, motion tracking, developing numeric
expression, assigning the number of
objects, geometric shape distinguishing,
thinking,
speaking,
memorising, etc. the choice of various alternatives and difficulties
enables to adjust the tasks to the
age and knowledge of the child. It
enables to start with the easiest
tasks and only when they are successfully completed to advance to
a higher level. Thus, educational
programs can be individually used
for various age groups and adjust
them to specific requirements of the
child.
A wide range of tasks and various levels of difficulty enabled the
course participants to realise the
extent of the required knowledge
and skills of children of various age
groups and the ways how to
achieve them. The teachers received suggestions for work with
children in nursery schools as well
as evaluated suitability of integrating educational programs into their
lessons.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Information technologies to be
used in nursery schools for education:
• Portable computer and data
projector – the devices can be
easily transported.
• Digital camera – documenting
children’s activity, products
or activities at school and outside.
• Scanner – digitalising painted
materials, e. g. children’s
works and their presentation
on the school web site or
sending them to competitions.
• Printer – printing out materials for work with children or
their products.
• Interactive board – activating
children and making educational activities illustrative.
• SMART Table – an interactive table where children use
their fingers to move digital
objects or photographs as well
as paint in digital ink on table’s surface.
• Digital and programmable
toys, which develop skills of
problem solving, understanding geometric terminology,
and cooperation, e. g. BeeBot.
• PowerPoint – creating presentations with multimedia educational objects using text
(better as individual letter and
digits), images and sounds.
14
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
•
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
of an interactive board (19 %), but
some nursery schools consider its
purchase.
Mostly used are educational
programs designed for preschool
children education, less often internet sources, fairy tales and songs on
specialised portals. The teachers
claim that the benefits of using
computers on preschool education
are as follows:
• Wide range and diversity of
educational materials; education is more attractive and entertaining.
• Getting familiar with technology that is part of our lives.
They learn new things in another way.
• Smooth transition from preschool to school education,
where computers and interactive boards are a common
thing.
• Development of children in
the area of versatile mental
development, mathematical
thinking, logical thinking,
language and polytechnic
education.
• Learning to concentrate, manipulate and coordinate hands
and eyes, patience, to make
fast decisions, spatial orientation, to keep to the rules.
• Educational programs are professionally prepared materials. They have a wide range
Programs for voice processing
– materials for preschool
children must be accompanied
with sound instructions how
to work with the prepared material.
Methodical instructions for
the prepared material, suggestions for further use or possibility of further changes.
4 Discussion
In order to find out the state of
using computers in nursery schools,
a questionnaire was created. The
survey involved 32 pedagogical
and non-pedagogical workers from
21 nursery schools in the Moravian-Silesian region, Czech Republic. Every nursery school is
equipped with a computer, 81 % of
the nursery schools have more than
one computer, primarily a desktop
(71 %), but there are also portable
systems and KidSmart computers.
In most cases, the computer is located the headmaster’s office
(71 %) ad it is used for administrative purposes. However, it is also
used for educational activities
(81 %), mostly by a pedagogical
worker (29 %) and children themselves. The teachers claim that they
use a computer for education once
a week depending on children’s
wish, needs of class educational
programme, or if there are suitable
educational source available to
supplement the discussed topic.
Only four nursery schools dispose
15
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
•
•
of ways to practice in an interesting and playful form.
Showing activities and phenomena that they cannot
come across so easily in real
life.
Children with special educational needs benefit fin individual approach and enhanced
communication.
Special computer programs
could help in prevention and
correction of specific learning
disabilities.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
and fun more and more frequently
in their daily lives. If digital technologies are adjusted to the child’s
age, educational programs can be
used. While playing, they develop
premathematical and prereading
skills, offer countless alternatives
of tasks, manipulation with objects,
letters or digits. Developing children’s skills commonly relies on
primary training, using a computer
should play a secondary role with
a possibility of an individual approach to specific capabilities of
the child. Working at a computer is
entertaining, it suitably supplements other activities in preschool
education.
Nursery schools should primarily use didactic programs and
games which help children discover
the new, develop logical thinking,
support speed and decisiveness,
practice perception and orientation.
Nursery schools can be the place
where children from socially disadvantaged families can experience
working at a computer. Integrating
computers must be anchored in
school education programme and
subsequently elaborated in class
education programmes. Integrating
a particular educational program
must be carefully considered in
relation to child’s age.
The risk of using computers in
education is eliminated if quality
educational programs are used,
computers are used with respect to
child’s development, children are
However, the teachers are also
aware of problems that can arise
when using computers:
• Less physical activities of
children. Children could get
used to a sedentary way of
spending their free time, they
can have health problems.
• Children communicate less,
their imagination and fantasy
shrinks, they have limited vocabulary and worse spoken
expression.
• Children can interchange fiction and reality. A long-term
use can result in being dependent on a computer.
• Children immersed in a game
do not want to finish the game
or learning at a computer.
5 Conclusion
Preschool children come across
technologies serving for education
16
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
not overloaded with computers, and
if such programs are only an alternative method in education. It is
recommended to set rules of
school, class and time of working at
a computer and their strict keeping.
Effective use of information technologies in education can be
brought only by pedagogical workers who are computer literate and
have abilities to innovate their educational methods.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
[4] GULAY, Hulya. The evaluation
of the relationship between the
computer using habits and prosocial and aggressive behaviours of
5–6 years old children. International Journal of Academic Research. March 2011, Volume 3,
Issue 2, pp. 252–257.
[5] HOWARD, Justine, Gareth E.
MILES and Laura REES-DAVIES.
Computer use within a play-based
early years curriculum. International Journal of Early Years Education. 2012, Volume 20, Issue 2,
pp. 175–189.
[6] KOCOUREK, Jiří. Zvyšování
počítačové gramotnosti dětí díky
projektu IBM KidSmart. [online].
3.11.2008, 06:15. ITBIZ. Argonit.
ISSN 1802-1581. [Cit. 2014-0218]. Available at:
http://www.itbiz.cz/ibm-projektkidsmart#.
[7] KOL, Suat. Evaluating the
Opinions of the Preschool Teachers
on Computer Assisted Education.
Educational Sciences: Theory and
Practice. 2012, Vol. 12, No. 2, pp.
897–903.
[8] MOHAMMAD, Mona and
HEYAM Mohammad. Computer
integration into the early childhood
curriculum. Education. 2012, Volume 133, No. 1, pp. 97–116.
[9] PARETTE, Howard P., Jack J.
HOURCADE, Craig BLUM, Emily
H. WATTS, Julia B. STONER,
Brian W. WOJCIK and Shannon B.
CHRISMORE. Technology User
Groups and Early Childhood Edu-
6 References
[1] ARONIN, Sara and Kim K.
FLOYD. Using an iPad in Inclusive Preschool Classrooms to Introduce STEM Concepts. Teaching
Exceptional Children. 2013, Volume 45, Number 4, pp. 34–39.
[2] Documents on preschool education. [on-line]. Ministry of Education, Youth and Sports, 15.02.2005,
MEYS. [Cit. 2014-01-23]. Available at:
http://www.msmt.cz/vzdelavani/pre
dskolni-vzdelavani/dokumenty-1.
[3] Effective Classroom Practice:
Preschoolers and Kindergarteners.
[online]. Technology and Young
Children. National Association for
the Education of Young Children –
Promoting excellence in early
childhood education, 2012. [Cit.
2014-02-25]. Available at:
http://www.naeyc.org/content/techn
ology-and-youngchildren/preschoolers-andkindergartners.
17
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
cation: A Preliminary Study. Early
Childhood Education Journal. May
2013, Volume 41, Issue 3, pp. 171–
179.
[10] Preschool Education in the
CR. [online]. Ministry of Education, Youth and Sports. © 2013 –
2014, MEYS. [Cit. 2014-03-01].
Available at:
http://www.msmt.cz/areas-ofwork/preschool-education.
[11] RIDEOUT, Victoria et al. Zero
to Eight: Children’s Media Use in
America 2013. [online]. Common
Sense Media, 2013. [Cit. 2014-0224]. Available at:
http://www.commonsensemedia.or
g/research/zero-to-eight-childrensmedia-use-in-america-2013.
[12] Technology and Interactive
Media as Tools in Early Childhood
Programs Serving Children from
Birth through Age 8. [online].
Technology and Young Children.
National Association for the Education of Young Children – Promoting excellence in early childhood
education, 2012. [Cit. 2014-02-18].
Available at:
http://www.naeyc.org/content/techn
ology-and-young-children.
[13] ZOKIM. Zvyšování odborných
kompetencí pracovníků škol a školských zařízení v MSK v oblasti
matematiky, VT a využívání ICT ve
školách. [online]. ESF Education
for Competitiveness Operational
Programme. University of Ostrava.,
2012. [Cit. 2014-04-15]. Available
at: http://projekty.osu.cz/zokim.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Mgr. Vladimíra Sehnalová, Ph.D.
Department of Informatics and
Computers
Faculty of Science
University of Ostrava
30. dubna 22, 701 03 Ostrava
[email protected]
http://prf.osu.cz/kip/
18
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
THE INCLUSION OF DESIGN PATTERNS IN THE TEACHING OF PROGRAMMING
Rostislav FOJTÍK
Abstract: The aim of this paper is to present the possibilities of using design patterns in the teaching of programming. According to the performed
analyzes the procedures and methodologies of teaching programming
shows that Design Patterns are used only marginally. For these reasons,
students learn to improper practices that subsequently applied in practical
solutions programs. According to the experiments show that the correct use
of the teaching of design patterns can improve student performance in
programming.
Keywords: Design Patterns, object-oriented programming, teaching programming.
ZAŘAZENÍ NÁVRHOVÝCH VZORŮ DO VÝUKY
PROGRAMOVÁNÍ
Resumé: Cílem příspěvku je představit možnosti využití návrhových vzorů
ve výuce programování. Podle provedených rozborů postupů a metodik
výuky programování je patrné, že návrhové vzory jsou používány spíše
okrajově. Z těchto důvodu se studenti učí nevhodným postupům, které
následně uplatňují při praktickém řešení programů. Z provedených experimentů vyplývá, že správné využití výuky návrhových vzorů může zlepšit
schopnosti studentů v oblasti programování.
Klíčová slova: návrhové vzory, objektově orientované programování, výuka programování
19
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1 Úvod
Aktuálně využívané metodické
postupy ve výuce programování se
značně liší. Vyučující často vycházejí z metodiky, kterou sami byli
vyučováni, ale která není nejvhodnější pro nová programovací paradigmata. V současné době se můžeme setkat například s následujícími
paradigmaty v oblasti programování:
- strukturované,
- imperativní,
- funkcionální,
- logické,
- objektově orientované.
S funkcionálním a logickým paradigmatem v oblasti výuky programování se nesetkáme téměř na
žádné ze základních a středních
škol. Základní školy se obvykle
věnují pouze výuce základům algoritmizace. Výuka programování se
objevuje spíše v náplni volitelných
a zájmových kroužků. Na středních
a vyšších odborných školách lze
v učebních plánech najít předměty
přímo zaměřené na programování
a mnohdy s dostatečně rozsáhlou
hodinovou dotaci. Počet vyučovacích hodin přidělených však mnoho
nevypovídá o metodice a kvalitě
výuky programování. Proto v tomto
příspěvku jsou předložené rozbory
některých tematických plánů, zkušenosti získané z praktické výuky,
pedagogických experimentů a dříve
provedených průzkumů.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
2 Analýza tematických plánů
Průzkumem na 63 středních
a 71 základních školách v Moravskoslezském kraji bylo zjištěno, že
84 % středních škol a 32 % základních škol se věnuje výuce programování [3] [4]. Kromě toho byl
proveden rozbor školních vzdělávacích programů (ŠVP), učebních
plánů a tematických plánů vybraných 27 středních škol. Z toho bylo
14 gymnázií a 13 středních průmyslových nebo odborných škol. Na
průmyslových a odborných školách
je výuka programování velmi
ovlivněná konkrétními studijními
obory. U některých z nich je výuka
zaměřena pouze na základy algoritmizace. Část oborů vyučuje konkrétní programovací jazyky, které
jsou nutné například pro programování CNC obráběcích strojů nebo
mikročipů v elektronických zařízeních. Učební plány studijních oborů
zaměřených na informatiku obsahují předměty programování, které se
obvykle vyučují 2 až 3 roky. Podobně i část gymnázií má ve svých
učebních plánech předměty, ve
kterých je nezanedbatelná část
hodin
věnována
algoritmizaci
a programování. Na gymnáziích se
programování obvykle vyučuje ve
volitelných seminářích.
Následující graf ukazuje počty
škol vyučujících programování
nebo algoritmizaci jako samostatný
předmět nebo v rámci jiných předmětů.
20
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
2,5 měsícům
m výuky. Za tak krátkou
dobu se žáci většinou
ětšinou nestačí
nesta naučit
programovací
jazyk
d
důkladně
a seznámí se pouze se základními
konstrukcemi jazyka bez schopnosschopno
ti je smysluplněě využít. Z praktických zkušeností vyplývá, že žáci
středních škol potřebují
řebují pro dobré
pochopení a naučení
čení konkrétního
programovacího jazyka alespoň
alespo
jeden školní rok. Teprve pak jsou
schopni programovací jazyk správsprá
ně používat a tvořit
tvoř rozsáhlejší
programy. Při
ři malé hodinové
hodinov dotaci, se žáci příliš
říliš soustředí
soustř
na zvládnutí jazyka a mnohdy nepochopí
podstatné principy tvorby algoritmů
algoritm
a programů.
ů. Proto se jeví jako
vhodnější při
ři malé časové
č
dotaci
využívat i na středních školách
mikrosvěty
ty (Logo, Karel, Scratch)
nebo programovat robotické stavebnice (Lego). Programování je
pomocí těchto
chto nástrojů pro žáky
mnohem přitažlivější
ř
ější a názorn
názornější.
Lépe pochopí, k čemu jednotlivé
algoritmické konstrukce prakticky
slouží a jak je správně využít. Programovací jazyk (stejně jako jakýkoliv jiný
ý jazyk) se obvykle nedá
zvládnout za krátkou dobu, ale
vyžaduje to delší čas. Žáci se musí
kromě pochopení logických souvissouvi
lostí naučit
it mnoha dovednostem,
a to lze většinou
ětšinou jen dostatečně
dostate
častý opakováním.
Nevhodněě jsou často zakompozakomp
nované do výuky objektově
objek
orientované vlastnosti programování.
Tvůrci
rci je obvykle zařazují
zař
až jako
gymnázia
12
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
SPŠ a SOŠ
10
8
6
4
2
0
Obr. 1: Zastoupení výuky programování ve výuce na sledovaných SŠ
Podíváme-li se podrobněji na
obsahy tematických plánů, zjistíme,
že objektově orientované programování je součástí tematických
plánů pouze v sedmi ze sledovaných středních škol. A to i přes
skutečnost, že na 17 sledovaných
školách mají samostatný předmět
zaměřený přímo na programování.
Skladba tematických plánů není
často optimální a nepodporuje
vhodnou metodiku výuky. Obvyklé
chyby jsou popsány v následně
uvedených ukázkách.
Ukázka č. 1 – gymnázium
Výuka programování v jazyku
Pascal v rozsahu 19 hodin. Což při
dotaci 2 hodin týdně odpovídá asi
21
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
poslední kapitoly nebo je tématu
věnováno jen velmi málo času.
Principy objektově orientovaného
programování jsou mnohými tvůrci
tematických plánů chápany jen jako
další funkcionalita a rozšíření programovacího jazyka. Nevnímají, že
se jedná o zcela jiné paradigma,
které vyžaduje naprosto jiné postupy tvorby programů. Mnoho vyučujících rovněž chybně ztotožňuje
objektově orientované programování pouze s návrhem uživatelského rozhraní aplikace a využitím
grafických komponent.
Ukázka č. 2 – střední průmyslová škola
Typickým příkladem je jeden ze
zkoumaných tematických plánů ze
střední průmyslové školy strojní
a elektronické, která nabízí žákům
volitelný předmět s názvem Programování. Hodinová dotace je 1
hodina přednášek a 3 hodiny cvičení týdně. Hned první kapitola je
sice věnována základním principům
objektově orientovaného programování, ale jedná se jen o krátký
úvod do problematiky. Většina
témat je věnována pouze zvládnutí
práce s vizuálním vývojovým prostředím a využitím grafických
komponent pro uživatelské rozhraní
aplikace. V plánu chybí jakákoliv
zmínka o architektuře aplikací,
chybí podrobnější rozbor objektově
orientovaných vlastností (dědičnost, kompozice, polymorfismus,
interface…).
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Žádný z analyzovaných tematických plánů neobsahuje témata
zabývající se výukou a praktickým
využitím návrhových vzorů, architekturou programů, jejich analýzou
a návrhem.
3 Zaměření výuky programování
Pomocí nestrukturovaného interview s 23 učiteli informatiky,
kteří na katedře informatiky a počítačů Ostravské univerzity studovali
rozšiřující studium informatiky,
bylo zjištěno, že ve výuce programování existují dva extrémní přístupy:
První typ vyučujícího se zaměřuje hlavně na návrh uživatelského
rozhraní a snaží své žáky naučit co
nejvíce grafických komponent.
Učitel dává přednost vizuálním
vývojovým nástrojům, neboť pro
žáky je tvorba programů zábavnější
a jsou více motivování.
Opačný extrém představuje učitel, který požaduje po žácích vytvářet programy pouze pro konzolu,
tedy s výstupem do příkazového
řádku. Programy většinou řeší více
či méně složité matematické úkoly.
Většině žáků chybí motivace, výuka programování je příliš nebaví
a moc tématu nerozumí.
Mezi vyučujícími chybí skupina, která by se důkladněji zaměřovala na analýzu, návrh a architekturu programu. Z těchto důvodů,
vytvářejí žáci často nevhodně koncipované programy. Nejvíce je to
znatelné tam, kde využívají k výuce
22
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
programování vizuální vývojové
nástroje typu Delphi a podobné.
Žáci se podrobně učí, jak používat
konkrétní grafické komponenty, ale
již méně času se věnuje správné
analýze zadání, objektovému návrhu, architektuře programu a vhodné
implementaci [6].
Je tedy vůbec vhodné používat
vývojová prostředí s nástroji pro
vizuální návrh uživatelského rozhraní ve výuce?
Využívání vizuálních vývojových prostředí ve výuce programování na středních školách sebou
nese některá nebezpečí a nevýhody:
- metodicky nedostatečně zdatný učitel často sklouzne pouze k výuce tvorby grafického
uživatelského prostředí aplikace;
- žáci po pár hodinách získají
pocit, že programování je jednoduché a stačí jen „klikat“
myší a aplikace je hotova;
- některá vývojová prostředí nedostatečně podporují tvorbu
vhodné architektury programů;
- pro některé žáky jsou vizuální
vývojové nástroje složité
a nepřehledné.
Naopak mezi silné stránky a výhody vizuálních vývojových nástrojů ve výuce programování patří:
- žáci programují „opravdové“
aplikace (programy lze reálně
využívat), což vede k jejich
větší motivovanosti;
- žáci se naučí pracovat s moderními vývojovými nástroji;
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
-
žáci mohou používat a pochopit moderní programovací
postupy.
Využití vizuálních nástrojů pro
tvorbu aplikací je ve výuce určitě
vhodné, jen se nesmí stát cílem, ale
pouhým prostředkem a nástrojem.
Tematické plány a cíle výuky programování by měly být směřovány
hlavně ke tvorbě správné architektury vytvářených aplikací. K tomu
může velkou měrou přispět větší
podpora výuky návrhových vzorů.
4 Podpora výuky architektury
programů
Jak je důležité zařadit do výuky
programování témata věnující se
správné analýze a návrhu programů
je vidět například na výsledcích
všech ročníků soutěžní přehlídky
programů pro studenty gymnázií
z Moravskoslezského kraje [8].
Soutěžící patří na svých školách
mezi nejlepší studenty v předmětu
informatika (programování) a svým
programům věnují spoustu času
a energie. Studenti obvykle své
soutěžní práce tvoří samostatně
mimo výuku. Mnohdy je možné se
setkat se zajímavými nápady, které
svědčí o invencí jejich tvůrců. Bohužel na mnohých provedeních je
vidět, že se studenti během svého
studia nesetkali s informacemi
o tom, jak by měl vypadat návrh
architektury programů, nedozvěděli
se nic o návrhových vzorech a analýze programů. Obvykle své programy řeší systémem pokus-omyl
23
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
a velká část programů přihlášených
do soutěže má nevhodnou strukturu. Je samozřejmé, že se od programů nečeká profesionální úroveň,
ale není žádoucí, aby studenti získávali špatné návyky.
Zvláště je to vidět na studentech, kteří použili k vývoji vizuální
vývojový nástroj Delphi a podobné.
Prezentační, řídící i datovou logiku
obvykle míchají v jedné unitě (modulu). Přitom stačí, když se studenti
během výuky seznámí alespoň
s některými základními architektonickými a návrhovými vzory. Vytváří-li studenti programy pro grafické operační systémy, měli by se
minimálně dozvědět o architektuře
Model-View-Controller (MVC), která rozděluje datovou část od uživatelského rozhraní a řídící logiky.
Mnohé z frameworků jsou navrženy a implementovány tak, aby architekturu MVC co nejlépe podporovaly (například Cocoa pro Mac
OS X a iOS).
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Důsledné
sledné vyžadování architekarchite
tury MVC vede studenty k dobrým
návykům
m a jejich aplikace častěji
odpovídají
správné
struktu
struktuře.
Z rozhovoru s vítěznými
ěznými studenty
se prokázalo, že ti, kteří
kteř měli možnost se seznámit s návrhovými
vzory, se lépe orientovali v návrhu
architektury aplikace a věnovali
v
ji
velkou část
ást energie při
př řřešení.
5 Návrhové vzory
Návrhové vzory (Design PatPa
terns) jsou doporučené
doporuč
postupy
k řešení úloh. Poskytují programáprogram
torům
m mnoho výhod, jako je napřínap
klad podpora opětovného
ětovného využití
návrhu. Existuje základních 23
návrhových vzorů,
ů, které se dají
rozčlenit do tří
ří skupin [7]:
- vytvářecí
řecí vzory (Creational
Patterns)
- strukturální vzory (Structural
Patterns)
- vzory chování (Behavioral
Patterns)
Návrhové vzory jsou v profesionální programátorské praxi relarel
tivně dobřee známy a využívány.
Kdy je ovšem zařadit
řadit do výuky?
Podíváme-li
li se do běžných
bě
učebnic
programování, zjistíme, že téma
návrhových vzorů
ů je často
č
opomíjeno vůbec
bec nebo je zařazeno
zař
až na
úplný závěr.
r. Podobně jsou koncipovány výukové kurzy programoprogram
vání. Nejprve se vyučující
vyuč
věnují
algoritmizaci, základům
základů programovacího jazyka a teprve na konci se
účastníci
astníci výuky dozví o principech
Obr. 2: Příklad architektury MVC
24
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
objektově orientovaného programování a občas několik málo informací o návrhových vzorech.
Druhý přístup k výuce vyčlení
návrhové vzory jako samostatný
celek a celý výukový kurz se věnuje pouze návrhovým vzorům a jejich využití.
V poslední době se začíná při
výuce programování uplatňovat
třetí přístup, který již od počátku
dává důraz na architekturu programu a tedy i vhodné používání návrhových vzorů [5]. Při tom se studenti paralelně dozvídají jednotlivé
prvky programovací jazyka a algoritmické postupy. Absolventi takto
pojatých kurzů obvykle lépe chápou principy správného návrhu
programu.
O důležitosti správného návrhu
programů svědčí mnoho příkladů.
Následující příklad se objevuje
často v řešení studentů, kteří se
málo setkali s výukou návrhu architektury programů a využitím vzorů.
Příklad ukazuje, jak nesprávně
navržené třídy, jejich vlastnosti,
schopnosti a vztahy mezi nimi,
značně komplikují funkčnost aplikace. Představme si, že studenti
mají navrhnout třídy a objekty,
které budou popisovat členy softwarového týmu. Můžeme zde identifikovat analytiky, programátory,
testery, manažéry atd. Všechny tyto
třídy mají společné vlastnosti
a schopnosti, proto i začátečníka
napadne navrhnout společného
rodiče. Studenti po seznámení
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
s dědičnosti obvykle
následující řešení:
navrhnou
Obr. 3: Diagram tříd nesprávného
návrhu
Celý návrh bude vypadat zdánlivě správně. Vytvoříme instanci
třídy Programmer, která bude představovat jednoho konkrétního programátora týmu.
Programmer prog;
prog = new Programmer();
Problém nastane v okamžiku,
kdy programátor změní pracovní
zařazení a stane se například manažerem. V té chvíli bude potřeba
vytvořit novou instanci, a to pro
třídu Manager. Překopírovat do ní
všechny vlastnosti z objektu prog
a následně tento objekt zrušit. Tento postup však zásadně neodpovídá
reálnému procesu v požadovaném
informačním systému. Jako výhodnější se jeví využít místo dědičnosti
agregace a uvědomit si, že zaměstnanec má určitou roli v zaměstnání.
Při změně zařazení zaměstnance
mu změníme jeho roli a není potřeba vytvářet nové objekty [1].
25
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
if (month >=5 && month
<=9)
{
ProductB p = new ProPr
ductB();
p.fromCountry();
}
else
{
ProductA p = new ProPr
ductA();
p.fromCountry ();
}
}
Obr. 4: Diagram tříd řešení aplikace
6 Příklady využití návrhových
vzorů
Na dalším příkladu, ve kterém
simulujeme obchod s tropickým
ovocem, můžeme ukázat výhody
využití návrhových vzorů ve výuce.
Představme si, že je potřeba vytvořit program, který bude řídit nakupování tropického ovoce v konkrétní zemi, a to vždy podle
ročního období. Pokud se žáci seznámí s objektově orientovaným
programováním, obvykle je napadne navrhnout třídy ProductA (například ovoce z Jižní Afriky)
a ProductB (ovoce ze Španělska).
Pokud jejich povědomí o objektově
orientovaném návrhu bude větší
než jen znalost pojmů objekt
a třída, navrhnou pro tyto třídy
společného předka nebo rozhraní.
V hlavním programu se pak objeví
následné řešení, kdy v závislosti na
konkrétním měsíci v roce se budou
vytvářet různé objekty (nakupovat
ovoce v různých zemích):
Řešení vypadá v pořádku jen do
té doby, než budeme potřebovat
pot
program upravit pro další podmínpodmí
ky nákupu tropického ovoce. NaN
příklad nákup z jiných zemí
a v závislosti na dalších vnějších
vn
okolnostech. V předcházejícím
kódu bude potřeba
řeba připsat
p
další
podmínky a znatelně zasahovat do
hlavního algoritmu.
Jako vhodnější
ější se jeví využít
návrhového vzoru Factory Method
(Tovární metoda) [2]. UML diadi
gram tříd
íd ukazuje následující obráobr
zek.
for(int month=1; month<12;
month++)
{
Obr. 5: Diagram tříd
říd vzoru Tovární
metoda
26
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Součástí vzoru je třída Creator,
jejíž objekt může v našem programu sloužit jako nákupčí tropického
ovoce. Odpovědnost o správný
nákup v konkrétním měsíci přesuneme z hlavního programu na tento
objekt. Jakákoliv změna podmínek
je záležitosti pouze úpravy třídy
Creator, hlavní program zůstává
nezměněn.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
znalosti z programování, 11 účastníků se učilo strukturovanému programování a 4 žáci měli základní
znalosti v oblasti objektově orientovaného programování. Nikdo
z účastníků
neměl
zkušenosti
s vývojem pro iOS ani s prací na
počítačích s operačním systémem
Mac OS X. Cílem kurzu bylo ukázat žákům postupy, které budou
založené na vhodné architektuře,
návrhových vzorech a využití frameworků. Tedy na postupech, které
jsou v současné době uplatňovány
při vývoji aplikací v profesionální
praxi. Kurz byl sestaven z pěti setkání, které trvaly tři hodiny.
1. seminář
Seznámení s iOS a Mac OS X.
Třída, objekt, zapouzdření, atributy,
zprávy. Využití frameworků. Cocoa
Touch. Základní seznámení s programovacím jazykem Objective-C.
2. seminář
Xcode – prostředí pro vývoj. První
jednoduchá aplikace – převodník
jednotek rychlosti. Model – View –
Controller. Dědičnost. Delegation.
Návrhový vzor Command Pattern –
Target-Action. Návrhový vzor
Template Method – Two-Stage
Creation. Accessors – getter, setter.
3. seminář
Ukázková aplikace – prohlížeč
obrázků. Komponenty: Picker
View, Table View. Protocols. Návrhový vzor Strategy Pattern –
Delegates, Data Sourcing.
Creator buyer = new Creator();
for(int month=1; month<=12;
month++)
{
prod =
buyer.FactoryMethod(month);
}
Z praktických experimentů ve
výuce, které byly prováděny ve
výuce programování na katedře
informatiky a počítačů Ostravské
univerzity v předmětech Programování v C++, Vývoj mobilních aplikací pro iOS a v kurzech programování pro středoškolské studenty,
bylo zjištěno, že studenti, kteří se
v kurzu od počátku setkávají s problematikou architektury programů
a s návrhovými vzory, mají menší
problémy se správným návrhem
svých programů. Návrhové vzory
nechápou jen jako jakousi nadstavbu programování, ale jako jeho
důležitou a neoddělitelnou součást.
Jako příklad může sloužit kurz pro
žáky středních škol.
Účastníci kurzu byli z různých
středních škol. Z hlediska znalosti
programování se jednalo o nesourodou skupinu. 4 žáci neměli žádné
27
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
4. seminář
Ukázková aplikace – využití lokace
a map. Framework MapKit. Návrhový vzor Singleton Pattern –
NSApplication class.
5. seminář
Ukázková aplikace – ukládání dat
do souboru a iCloudu. Databáze
SQLite. Core Data.
Vzhledem k malé časové dotaci,
nebylo možné v rámci výuky
v kurzu důkladně probrat všechny
architektonické a návrhové vzory.
Účastnici rovněž zvládli pouhé
základy programovacího jazyka
Objective-C. Pro mnohé studenty
byly první lekce dosti obtížné. Největší problémy měli účastníci, kteří
se zatím s programováním nesetkali. Tito žáci by potřebovali více
času pro svou práci a více lekcí,
aby zvládli hlavně dovednost práce
ve vývojovém prostředí. Studenti,
kteří absolvovali všechny semináře,
chápali nutnost příhodné architektury programu (MVC), výhody
využití návrhových vzorů a frameworků a při vytváření vlastních
aplikací se snažili dodržovat vhodné postupy.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Návrhové vzory představují v současné době jeden z mocných nástrojů při návrhu a následné implementaci programů. Z hlediska
výuky by neměly být zařazovány až
jako poslední kapitoly učebnic
a výukových kurzů, ale je vhodnější, aby prolínaly výkladem již od
počátku. Aplikace návrhových
vzorů ve výuce umožní nejen žákům, ale rovněž vyučujícím lépe
pochopit a definovat správně cíle
výuky programování.
8 Literatura
[1] ARLOW J., NEUSTAD I. UML
a unifikovaný proces vývoje aplikací, Computer Press, Brno 2003,
ISBN 80-7226-947-X
[2] BISHOPOVÁ J. C# návrhové
vzory, Zoner Press, Brno 2010,
ISBN 978-80-7413-076-2
[3] 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.
[4] 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.
[5] GOVENDER I., From Procedural to Object-Oriented Programming (OOP) – An exploratory
study of teachers’ performance,
SACJ, vol. 46. 2010. ISSN 10157999.
[6] SAELI M., PERRENET J.,
7 Shrnutí
Ukazuje se, že využití návrhových vzorů ve výuce programování
je vhodné nejen na vysokých školách, ale rovněž i na nižších stupních. A to v případě, že cílem výuky není jen pouhá algoritmizace,
ale komplexní schopnost programování.
28
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
JOCHEMS J., ZWANEVELD B.,
Teaching Programming in Secondary School: A Pedagogical Content
Knowledge Perspective, Informatics in Education – An International
Journal, vol. 10_1/2011, ISSN
1648-5831
[7] STERKIN A., Teaching Design
Patterns, (online), URL:
<http://ww1.ucmss.com/books/LFS
/CSREA2006/FEC4388.pdf>
[8] Soutěžní přehlídka studentských
program, (online), URL:
http://www.gvoz.cz/akce/2013_sps
p.php
Mgr. 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/
29
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
DEVELOPING A LEARNING TAXONOMY FOR EDUCATIONAL ROBOTICS
Ivan KALAŠ – Karolína MAYEROVÁ – Michaela VESELOVSKÁ
Abstract: In our research, we study possible integration of educational
robotics into Informatics education in our primary and lower secondary
schools. For that, we need to precisely and systematically specify, which
curriculum objectives we plan to meet and how we can identify the actual
category of the cognitive attainment of our pupils. To do so, we decided to
apply a modification of the Bloom / Anderson’s taxonomy of the cognitive
domain based on the work of Fuller [1]. This modification seems to work
well in the subjects when the focus is put on creating products – and
school Informatics with its educational programming and robotics is such
instance. Fuller divided six categories of Bloom / Anderson into a matrix
with two relatively independent dimensions of (a) comprehension and
interpretation of the products, and (b) the ability to produce them. In this
paper, we apply Fuller’s approach to formulate our model of the learning
objectives for educational robotics.
Keywords: educational robotics, curriculum, learning outcomes, assessment.
ŠPECIFIKÁCIA VZDELÁVACÍCH CIEĽOV PRE EDUKAČNÚ ROBOTIKU
Resumé: V našej výskumnej práci sa venujeme integrácii edukačnej robotiky do informatického vzdelávania na základnej škole (na jej prvom
i druhom stupni). Aby sme mohli precízne a systematicky špecifikovať,
aké vzdelávacie ciele chceme v tejto oblasti dosiahnuť a ako v nej budeme
identifikovať kategórie kognitívnych výsledkov žiakov, rozhodli sme sa
využiť modifikáciu Bloomovej / Andersonovej taxonómie kognitívnych
vzdelávacích cieľov podľa Fullerovej [1]. Tá sa totiž javí ako vhodná pre
vzdelávacie oblasti, v ktorých sa kladie primárny dôraz na vytváranie určitého produktu – a takou školská informatika s jej edukačným programova30
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ním a robotikou celkom určite je. Autori tejto modifikácie rozdelili šesť
kategórií poznania v kognitívnej doméne na dvojrozmerný model s relatívne nezávislými dimenziami (a) interpretovania či hlbokého porozumenia
daných produktov a (b) ich vlastnej tvorby. V tomto príspevku pomocou
spomínanej Fullerovej taxonómie prezentujeme náš model vzdelávacích
cieľov pre edukačnú robotiku.
Kľúčové slová: edukačná robotika, vzdelávací program, vzdelávacie ciele,
hodnotenie.
31
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Bloomovej taxonómie, ktorú pre
potreby stanovenia vzdelávacích
cieľov a kritérií hodnotenia v oblasti vyučovania programovania pre
začiatočníkov navrhli Fullerová
a kol. [1]. Autori tejto modifikácie
navrhli pozerať sa na šesť Bloomových kategórií poznania ako na
dvojrozmernú tabuľku s dvoma
relatívne nezávisle sledovateľnými
dimenziami – atribútmi porozumenia. Prvú dimenziu predstavuje
interpretovanie príslušného produktu a druhú jeho vytváranie.
V kapitole 4 vysvetlíme myšlienku dvojrozmernej taxonómie
kognitívnej domény. Už teraz však
môžeme povedať, že voľba Fullerovej modifikácie Bloomovej taxonómie predstavuje odpoveď na
prvú z dvoch otázok, ktoré si kladieme v tomto príspevku, konkrétne: (1) Akou formou môžeme
v našom výskume stanoviť vzdelávacie ciele pre edukačnú robotiku?
V kapitole 5 potom charakterizujeme naše vnímanie edukačnej robotiky z pohľadu nových
vzdelávacích programov, ktoré iteratívnym
spôsobom
vyvíjame
a overujeme na 1. a 2. stupni ZŠ.
Výsledkom tejto kapitoly je vlastná
tabuľka vzdelávacích cieľov pre
edukačnú robotiku, ktorá je zároveň
odpoveďou na našu druhú otázku,
konkrétne: (2) Aké sú v našich
vzdelávacích programoch vzdelávacie ciele pre edukačnú robotiku?
1 Úvod
Ak chceme kvalifikovane vytvárať, implementovať a overovať
kurikulum (vzdelávací program)
pre edukačnú robotiku ako súčasť
informatiky na rôznych stupňoch
všeobecného vzdelávania, musíme
starostlivo špecifikovať, aké vzdelávacie ciele týmto vzdelávacím
programom sledujeme. V takom
prípade je vhodné zvoliť si niektorú
taxonómiu vzdelávacích cieľov a jej
jazykom vyjadriť (a) čo sú kognitívne požiadavky kladené na žiakov
v danej oblasti, (b) čo je metodicky
správny postup v zodpovedajúcom
vzdelávacom programe, (c) aké
činnosti a úlohy pre žiakov si máme pripraviť a (d) ako budeme
posudzovať napĺňanie našich cieľov, teda skutočne dosiahnuté poznanie žiakov.
Z literatúry poznáme niekoľko
možných prístupov, napr. dobre
známu Bloomovu taxonómiu [2]
pre kognitívnu doménu. V ostatných rokoch sa však v literatúre
objavujú aj názory, že Bloomova
taxonómia – a ani jej Andersonova
modifikácia [3] – nie sú celkom
vhodné vo vzdelávacích oblastiach,
v ktorých kladieme primárny dôraz
na vytváranie určitého produktu.
Naša konštrukcionistická koncepcia
modernej školskej informatiky,
pozri napr. [4] – a edukačnej robotiky ako jej súčasti – je presne taká,
teda orientovaná na vytváranie
produktov. Z toho dôvodu sme sa
rozhodli využiť inú modifikáciu
32
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
beh výskumu podrobne zaznamenávali, pričom sme využívali viaceré metódy kvalitatívneho zberu dát,
ako zúčastnené pozorovanie, pološtruktúrované rozhovory, terénne
zápisky, nahrávanie videozáznamov
a analýzu žiackych produktov.
Pomocou techniky kontrastovania sme analyzovali kvalitatívne
dáta, ktoré sme takto zozbierali. Na
základe získaných výsledkov sme
vytvorili dvojrozmernú taxonómiu
vzdelávacích cieľov pre edukačnú
robotiku, ktorá je odpoveďou na
našu druhú výskumnú otázku. Ďalším krokom v nasledujúcom období
bude jej validácia pomocou ďalších
iterácií vo vývoji našich vzdelávacích programov, ktoré by už mali
systematicky implementovať a plne
rešpektovať takto sformulované
vzdelávacie ciele.
2 Použité výskumné metódy
Náš výskum v oblasti integrácie
edukačnej robotiky do informatického vzdelávania žiakov realizujeme stratégiou iteratívneho kvalitatívneho
výskumu,
nazývanou
výskum vývojom, pozri napr. [5].
Vzdelávacie programy, ktoré sme
doposiaľ takto vyvíjali a opakovane
overovali v školskej praxi, nás
priviedli do stavu, kedy sme pocítili
potrebu presnejšieho sformulovania
vzdelávacích cieľov našej koncepcie edukačnej robotiky. Na zodpovedanie otázky (1) o forme, akou
môžeme vyjadriť tieto vzdelávacie
ciele, sme použili teoretický výskum v kombinácii s technikou
kontrastovania, pozri [6]. Na základe štúdia a analýzy odbornej
literatúry sme si napokon zvolili
Fullerovej modifikáciu Bloomovej/Andersonovej taxonómie vzdelávacích cieľov, ktorá nám poskytuje priestor na pomerne presnú
interpretáciu jednotlivých vzdelávacích cieľov pre rôzne kognitívne
úrovne vývinu žiaka pri výučbe
našich vzdelávacích programov.
Za ostatné tri roky sme sa venovali teoretickému výskumu v oblasti edukačnej robotiky, a tiež aj
praktickému pedagogickému výskumu na školách, kde sme získali
veľa skúseností. Na ich základe
teraz vieme presnejšie plánovať
a posudzovať schopnosti a zručnosti žiakov v edukačnej robotike
v jednotlivých ročníkoch. Počas
spomínaných troch rokov sme prie-
3 Priebeh a výsledky výskumu
Od roku 2011 sme realizovali
kvalitatívny výskum na predmete
informatická výchova na prvom
stupni ZŠ Kapitána Nálepku v Stupave, a to so žiakmi druhého, tretieho a štvrtého ročníka. Od roku
2012 sme na tejto škole uskutočňovali kvalitatívny výskum aj
v piatom ročníku, teda na druhom
stupni na predmete informatika. Na
prvom stupni sme realizovali dve
iterácie výskumu vývojom, ktoré
sme bližšie analyzovali a popísali
v [6], [7] a [8]. Na druhom stupni
sme realizovali pilotnú štúdiu, ktorej výsledky sme popísali v [9] a
33
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[10].
Pre potreby tohto článku sme
použili zozbierané dáta z doterajšieho výskumu. Na základe našich
skúseností sme vybrali zo získaných dát také príklady, ktoré najlepšie reprezentujú rozmanitosť
úloh v našich vzdelávacích programoch. Na súbor týchto príkladov
sme potom aplikovali techniku
kontrastovania. To znamená, že
sme si vybrali dva hraničné príklady, ktorými sme vymedzili
hranice škály. Medzi ne sme potom zaradili všetky ostatné úlohy
z vybraného súboru. Takéto škálovanie bolo podmienené predošlým
štúdiom
výskumnej
literatúry
a voľbou Fullerovej dvojrozmernej
modifikácie Bloomovej taxonómie.
Preto sme škálovanie vybraných
úloh robili z dvoch pohľadov.
Prvé škálovanie úloh sme vytvárali vzhľadom na kvalifikované
porozumenie (tento pojem bližšie
vysvetlíme v piatej kapitole),
s akým žiaci vytvárali či programovali robotické modely. Toto škálovanie korešpondovalo s Fullerovej
dvojrozmernou tabuľkou v horizontálnom smere.
Druhé škálovanie úloh sme vytvorili tak, aby zohľadňovalo mieru
aktívnej tvorby, ktorú budeme
označovať ako kvalifikovaná tvorba
(aj tento pojem bližšie vysvetlíme
v piatej kapitole). Tento pohľad
zasa korešponduje s Fullerovej
tabuľkou vo vertikálnom smere.
Výslednú tabuľku s nami špecifi-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
kovanými vzdelávacími cieľmi pre
edukačnú
robotiku
uvádzame
v piatej kapitole, pozri Tab. 1.
Počas škálovania sme zvolené
úlohy zaraďovali do jednotlivých
buniek tabuľky, potom sme ich
opakovane preformulovávali a zovšeobecňovali, až sme v každej
bunke stručne špecifikovali príslušný vzdelávací cieľ. Vzhľadom na
špecifiká edukačnej robotiky sme
tento proces robili zvlášť z pohľadu
konštrukcie robotických produktov a zvlášť z pohľadu programovania ich správania. Vo výslednej tabuľke však v každej
bunke prezentujeme takto sformulované vzdelávacie ciele spoločne
(bielou a čiernou farbou), pozri
Tab. 1 v kapitole 5.
4 Taxonómie vzdelávacích cieľov
V [1] autori charakterizujú taxonómie vzdelávacích cieľov ako
prostriedok na stanovovanie všeobecných
vzdelávacích
cieľov
a hodnotenie poznania, ako jeden
z nástrojov pedagogického výskumu, a tiež ako akýsi jazyk na
uvažovanie o poznávaní a jeho
hodnotení. Aj keď existuje veľa
rôznych prístupov na stanovovanie
vzdelávacích cieľov, v každom
z nich ide o určitý klasifikačný
systém, usporiadanie alebo klasifikáciu poznatkov, zručností a postojov. Mnohé z týchto systémov sú
hierarchické a zvyčajne na prvej
úrovni rozdeľujú vzdelávacie ciele
do troch oblastí či domén – kogni34
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tívnej, afektívnej a psychomotorickej. Niektoré z týchto systémov sú jednorozmerné, napr. asi
najznámejšia je Bloomova taxonómia [2], iné zavádzajú aj ďalší
rozmer, napr. známa a široko akceptovaná Andersonova modifikácia Blooma [3].
Taxonómie sa zvyčajne používajú pri zostavovaní alebo posudzovaní vzdelávacích programov,
často na klasifikáciu úrovní poznania (porozumenia, výkonu) v kognitívnej doméne, nie na určovanie
obsahu. Keď učiteľ pozná vzdelávacie ciele v jednotlivých kategóriách, mal by v nich vedieť systematicky rozvíjať (a identifikovať)
poznanie svojich žiakov.
Niektoré taxonómie klasifikujú
vzdelávacie ciele vo všetkých troch
doménach, niektoré sa zameriavajú
najmä (alebo iba) na jednu z nich.
Väčšina taxonómií si kladie za cieľ
všeobecnosť, navrhujú jednotnú
klasifikáciu pre všetky vzdelávacie
programy, oblasti a vyučovacie
predmety.
Každý, kto využíva niektorú taxonómiu vzdelávacích cieľov, vie,
že práca s ňou býva zložitá a že
správna klasifikácia cieľov je náročná – zrejme aj preto, že táto
klasifikácia záleží na mnohých
faktoroch, na konkrétnom zámere
autora vzdelávacieho programu, na
spôsobe jeho implementácie, na
kontexte a konkrétnej učebnej situácii. Všetky spomínané problémy
sa týkajú aj Bloomovej či Anderso-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
novej taxonómie. Okrem týchto
všeobecných problémov sa však vo
výskumnej literatúre z oblasti vyučovania informatiky (Computer
Science) a programovania vyskytujú aj ďalšie argumenty, prečo má
zmysel uvažovať aj o menej všeobecných prístupoch, ktoré by lepšie odrážali špecifiká konkrétnych
oblastí vzdelávania, napr. programovania. Výsledky výskumu, ktorý
uvádzajú Johnson a Fuller [11],
ukazujú, že ani pedagógovia v tom
istom kurze programovania sa často
nezhodnú na klasifikácii jednotlivých úrovní a kategórií alebo na
klasifikácii relatívnej obťažnosti
jednotlivých kognitívnych operácií
v programovaní. Často majú problémy vhodne interpretovať pojmy
ako tvorba, aplikovanie či zhodnotenie (evaluation). Lahtinen zasa
v [12] uvádza, že zoradenie kognitívnych operácií v hierarchii Bloomovej taxonómie (pre ním skúmané vzdelávacie programy pre
úvodné kurzy programovania) sa
významne líši od priebehu (trajektórie) poznávania študentov. V [1]
autori navrhujú rozlišovať medzi
oblasťami (predmetmi), v ktorých
sa zvyčajne učíme interpretovaním,
a tými, v ktorých sa učíme prevažne vytváraním, robením (learning
by doing). Preto pre potreby špecifikácie vzdelávacích cieľov v informatike (v programovaní) navrhujú
modifikáciu
Bloomovej
taxonómie do dvojrozmernej tabuľky, v ktorej sa v jednom rozmere
35
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
sme sa k nej dopracovali – dokumentuje odpoveď na našu prvú
výskumnú otázku.
5 Taxonómia vzdelávacích cieľov
v edukačnej robotike
V tejto kapitole prezentujeme
našu výslednú tabuľku vzdelávacích cieľov pre edukačnú robotiku,
ktorú sme zostavili na základe doterajších iterácií nášho výskumu.
Zameriavame sa tiež na vysvetlenie
jej obsahu a možné interpretácie
takto sformulovaných vzdelávacích
cieľov.
Hoci robotika ako teoretický
a aplikovaný odbor v sebe zahŕňa
veľa rôznych aspektov, v edukačnej
robotike sa orientujeme hlavne na
jej dve zložky: konštruovanie
robotického modelu a programovanie jeho budúceho správania,
a to v kontexte vzdelávania. Programovanie v edukačnej robotike sa
však odlišuje od klasického programovania – žiakom ponúka konkrétnu, bezprostrednú a hmatateľnú
reprezentáciu či „vizualizáciu“ pre
nich zvyčajne abstraktného programu. Počas našej praxe sme sa veľakrát stretli s prípadmi, kedy žiaci
počas konštruovania modelu začali
správne chápať programovanie ako
prostriedok na dosiahnutie svojho
zámeru (napr. rozhýbanie robotického modelu), nie ako samostatný
cieľ. Takýto postoj považujeme za
správny, podľa nás neuberá ani
nepridáva na dôležitosti žiadnej
z dvoch spomínaných zložiek edu-
Tvoriť
Aplikovať
Zhodnotiť
Analyzovať
Rozumieť
--Pamätať si
Tvorba
sústreďujú na porozumenie či interpretáciu (už vytvorených) programov a v druhom na schopnosti
programy vytvárať (produkovať).
V ich prístupe zachovávajú šesť
kategórií podľa Andersona. Horizontálny rozmer klasifikujú ako
pamätať si, rozumieť (understand),
analyzovať a zhodnotiť. Vertikálny
rozmer klasifikujú do troch úrovní:
‘netvoriť’ (teoreticky uvažovať),
aplikovať a tvoriť.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Interpretovanie
Obr. 1: Tabuľka dvojrozmernej
modifikácie Bloomovej taxonómie
podľa [1]
Z dôvodov, ktoré sme uviedli
v kapitole 2, sme sa rozhodli využiť
špecifikáciu vzdelávacích cieľov
pre edukačnú robotiku. Vzhľadom
na špecifiká edukačnej robotiky
sme sa rozhodli horizontálnu dimenziu tabuľky chápať ako kvalifikované porozumenie (comprehension) a jej vertikálnu dimenziu
ako kvalifikovanú tvorbu. Najnižšiu
úroveň kvalifikovanej tvorby sme
nazvali uvažovať (teoretizovať bez
tvorby). Táto voľba – a proces, ako
36
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
kačnej robotiky. Preto sa aj na taxonómiu vzdelávacích cieľov pozeráme z dvoch rovnako významných
pohľadov: pohľadu konštruovania
a pohľadu programovania.
Na základe analýzy dát, ktorú
sme priblížili v kapitole 3, sme
zostavili tabuľku, pozri Tab. 1,
ktorá popisuje vzdelávacie ciele
edukačnej robotiky pre naše vzdelávacie programy z hľadiska konštruovania aj programovania robotického modelu (produktu).
Ako sme vysvetlili v predchádzajúcich kapitolách, zvolili sme si
Fullerovej modifikáciu tradičnej
taxonómie, takže naša tabuľka má
dva rozmery. Prvý z nich reprezentuje kvalifikované porozumenie (so
štyrmi úrovňami) a druhý kvalifikovanú tvorbu (s tromi úrovňami).
Ako kvalifikované porozumenie chápeme schopnosť porozumieť
a interpretovať existujúci program
či konštrukciu robotického modelu.
Pod pojmom kvalifikovaná tvorba
rozumieme schopnosť navrhovať
a vytvárať vlastné programy a konštruovať vlastné robotické modely.
Vzostupný prechod cez jednotlivé úrovne tvorby v tabuľke znázorňuje proces alebo postupnosť
štádií, v ktorých sa žiak môže nachádzať. Najnižší riadok (uvažovať)
zodpovedá poznaniu na teoretickej
úrovni, bez praktického aplikovania
a vlastnej tvorby. Ďalší riadok (aplikovať) predstavuje aplikovanie
týchto vedomostí. Vtedy môže
dochádzať k prelínaniu s tretím,
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
teda najvyšším riadkom (tvoriť),
kedy je žiak schopný vytvárať nové
modely alebo programy na základe
jeho doterajších schopností, skúsenosti a vedomostí v kombinácií
s novými poznatkami, ktoré nadobudol v oblasti edukačnej robotiky.
Ak sa vedomosti žiaka nachádzajú
na najvyššej úrovni, predpokladáme, že už disponuje schopnosťami
uvedenými na nižších riadkoch
(v kontexte svojho poznania).
Ďalším prechodom cez tabuľku
je prechod zľava doprava. Ten
vyjadruje štádia porozumenia, kedy
najnižším stupňom (prvý stĺpec) je
pamätanie si rôznych informácií –
t. j. pamätať si. Ďalším stupňom je
rozumieť, kedy žiak už rozumie
a vie objasniť či vlastnými slovami
prerozprávať poznatky, ktoré si
vytvoril. Nasleduje úroveň analyzovať, kedy žiak už vie využívať
svoje doterajšie poznatky, vedomosti a zručnosti v nových, problémových či neznámych situáciách.
Najvyššiu úroveň (úplne vpravo)
označujeme ako hodnotiť, kedy
žiak okrem doteraz spomínaných
úrovní už vie použiť, vyjadriť a vysloviť svoj vlastný názor vytvorený
na zadanú problematiku (napr. na
robotický model či program). Ak sa
žiak nachádza v stĺpci označenom
ako hodnotiť, predpokladáme, že už
nadobudol schopnosti označené ako
pamätať si, rozumieť a analyzovať.
Výsledná tabuľka, pozri nasledujúcu stranu, tak reprezentuje
určitú čiastočne usporiadanú mno37
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
žinu štádií, v ktorých sa žiaci nachádzajú pri rozvoji svojho poznania v edukačnej robotike.
Na základe rozdelenia vzdelávacích cieľov v edukačnej robotike
(na základe našich vzdelávacích
programov) sme najprv špecifikovali bunky tabuľky z hľadiska konštrukcie robotického modelu, potom aj z hľadiska programovania
robotického modelu. Vznikli tak
vlastne dve tabuľky, ktoré sme sa
rozhodli pre názornosť spojiť do
jednej, pretože stavba robotického
modelu a jeho programovanie sú
veľmi úzko prepojené zložky edukačnej robotiky, ako to potvrdzuje
napr. aj Kabátová v [13]. V tabuľke
sme tieto dve zložky rozlíšili farbami: Vzdelávacie ciele pre konštrukciu robotického modelu sme
vyznačili bielou farbou a vzdelávacie ciele pre programovanie čiernou.
Treba si však uvedomiť, že tabuľka sama o sebe neurčuje presnú
postupnosť aktivít, podľa ktorých
by mal učiteľ vyučovať edukačnú
robotiku. Vytvorenú tabuľku je
nutné interpretovať rôznymi
spôsobmi, a to s ohľadom na zvolený ročník, v ktorom by sa mohla
využiť, s ohľadom na štádium kognitívneho vývinu žiakov a pod.
V nasledujúcej časti tejto kapitoly ilustrujeme interpretáciu tabuľky na niekoľkých konkrétnych
úlohách zo školskej praxe.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Príklad 1: Interpretácia tabuľky na konkrétnych príkladoch pre tretí ročník ZŠ
Počas prvých troch hodín edukačnej robotiky na základnej škole
v treťom ročníku sme so žiakmi
realizovali nesledujúce aktivity:
• rozhovor o robotoch na základe ich doterajších skúseností,
• oboznámenie sa zo stavebnicou LEGO WeDo a programovacím prostredím pre túto
robotickú stavebnicu spôsobom, ktorý kombinuje inštruktivistický a konštrukcionistický prístup,
• stavba vlastného robotického
modelu (tvorba vlastného
programu na ovládanie vlastného robota), a
• stavba robotického modelu
podľa daného návodu s určeným správaním.
38
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Kvalifikovaná tvorba
Aplikovať
Tvoriť
Žiak vie:
spájať dieliky do
produktu (skúšaním)
spájať príkazy do
programu (skúšaním)
skladať prvky do
konštrukcií
podľa návodu
spustiť a zastaviť
program na riadenie robota,
zostaviť program
podľa návodu
Uvažovať
rozlišovať základné dieliky
rozlišovať prvky
jazyka a rozlišovať prvky prostredia
Pamätať si
spájať dieliky do
vlastnej alebo
zadanej konštrukcie
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
nájsť a opraviť
chybu v konštrukcii
navrhnúť a podľa
toho postaviť
optimálnu konštrukciu na základe kritického
zhodnotenia
zadania
zostaviť cielene
nájsť a opraviť
vytvoriť optipríkazy do funk- chybu v progra- málny program
čného programu me
na základe kritického zhodnotenia zadania
doplniť danú
posúdiť danú
zhodnotiť (vlastkonštrukciu o da- konštrukciu a na- nú alebo aj inú)
nú inú časť kon- vrhnúť v nej
konštrukciu na
štrukcie
zmeny
základe stanovených alebo vlastných kritérií
doplniť daný
navrhnúť zmenu
zhodnotiť (vlastprogram, navrh- alebo opravu
ný alebo aj iný)
núť program na
v programe, vyprogram na
základe zadania
brať z daných
základe stanoveprogramov ten,
ných alebo vlastktorý určuje dané ných kritérií
správanie
uviesť príklady
popísať ako
navrhnúť vhodné
spájania dielikov a prečo model
kritéria pre kon(príklady rôzfunguje, aké má štrukciu tak, aby
nych konštrukcií) prvky
spĺňala požiadavky zadania
uviesť príklady
urobiť rozbor
špecifikovať
fungovania
daného programu, kritéria, podľa
príkazov, popísať identifikovať časti ktorých by sa
mohli hodnotiť
rozdiel medzi
programu, ktoré
dvoma danými
fungujú žiadaným programy
príkazmi
spôsobom
Rozumieť
Analyzovať
Kvalifikované porozumenie
Zhodnotiť
Tab. 1:Taxonómia vzdelávacích cieľov pre edukačnú robotiku. Edukačné
ciele pre konštrukciu robotického modelu sú vyznačené bielou farbou
a hľadisko programovania čiernou.
39
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Pred realizovaním spomínaných
aktivít boli poznatky väčšiny žiakov v triede z edukačnej robotiky
v tabuľke v bunke UP (v riadku
označenom ako uvažovať a stĺpci
označenom ako pamätať si).
V ďalšom texte budeme používať
tento systém na označovanie buniek v tabuľke, kde prvé veľké
písmeno bude reprezentovať označenie riadka a druhé označenie
stĺpca. Zaradenia do konkrétnych
buniek v tabuľke sme robili na základe analýzy rozhovorov so žiakmi a našich vlastných pozorovaní.
Zobrazenie jednotlivých zaradení
tohto aj nasledujúcich príkladov do
tabuľky ilustruje Obr. 2.
V závere spomínaných aktivít sa
naplnené vzdelávacie ciele u rôznych žiakov nachádzali v rôznych
bunkách tabuľky. Niektorí žiaci,
ktorí nevedeli navrhnúť a postaviť
vlastný model (či vytvoriť vlastný
program), spájali jednotlivé dieliky
bez porozumenia. To ich nedoviedlo k splneniu zadania (stavbe vlastného funkčného modelu) a nachádzali sa tak v bunke TP. Často si
títo žiaci od nás vyžiadali návody,
podľa ktorých by mohli postaviť
konkrétny model – zamerali sa teda
na rozvíjanie poznania zodpovedajúceho bunke AP.
Ak žiaci splnili zadanie a postavili beta verziu vlastného robotického modelu (t.j. ich prvú verziu
funkčného modelu), ich poznanie
zodpovedá bunke TR. Ak túto verziu svojho modelu vylepšovali
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
hľadaním a opravovaním chýb,
mohli sa „presunúť“ až do bunky
TZ, napr. cez bunku TA alebo cez
iné bunky. Ak by na modeli našli
chyby, ktoré by nedokázali opraviť,
ich poznanie by zodpovedalo bunke
AA.
V treťom ročníku sa vyskytol aj
jeden špeciálny prípad žiaka, ktorý
už mal skúsenosti s inou robotickou
stavebnicou s podobným programovacím prostredím. Vedomosti tohto žiaka boli už v úvode spomínaných aktivít v bunke UR, na
rozdiel od jeho spolužiakov. Z toho
vyplýva, že rôzni žiaci prichádzajú
na vyučovacie hodiny s rôznou
úrovňou poznania, a teda môžu
začínať v tabuľke na rôznom stupni
poznania.
A
U
Tvorba
T
Žiak vie:
P
R
A
Z
Porozumenie
Obr. 2: Začiatočné a koncové stavy
z Príkladu 1 zvýraznené sivou farbou
Príklad 2.: Interpretácia tabuľky pre žiakov piateho ročníka
ZŠ na konkrétnej úlohe
V priebehu vyučovacích hodín
informatiky orientovaných na edukačnú robotiku mali žiaci piateho
ročníka za úlohu postaviť podľa
40
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
návodu model autíčko na obrázku 3
a jeho programu, pozri obrázok 4.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
6). Aktivita, pri ktorej žiaci mali
vysvetliť správanie modelu podľa
daného programu, reprezentuje
vzdelávacie ciele v tabuľke v bunke
UA. Potom, ako sa žiakom podarilo
pochopiť správanie daného programu, vhodne navrhnúť a realizovať zmeny, ktoré vyžadovalo zdanie, mohli žiaci rozvíjať poznanie
zodpovedajúce napr. bunkám AA,
TA alebo prípadne až TZ. Správny
program môžeme vidieť na Obr. 5.
Obr. 5: Príklad optimálneho riešenia programu k modelu autíčka
Obr. 3: Auto s pohybovým senzorom postavené podľa návodu
Ak ich úpravy boli efektívne
a podarilo sa im hneď pri prvom
pokuse vytvoriť požadovaný program, ich poznanie zodpovedalo
napr. bunke TA.
Následne mali vysvetliť správanie modelu na základe daného
programu. Potom mali program
modifikovať tak, aby sa autíčko
správalo takto: pôjde stále rovno,
až kým niečo „neuvidí“. Ak vidí
pred sebou prekážku, tak zastane.
Keď prekážka zmizne, znova sa
pohne, atď.
A
U
Tvorba
T
Žiak vie:
P
R
A
Z
Porozumenie
Obr. 4: Program zadaný k modelu autíčka
Obr. 6: Začiatočné a koncové stavy
z Príkladu 2 zvýraznené sivou farbou
Stavbu robotického modelu
a programu podľa návodu reprezentuje v tabuľke bunka AP (viď Obr.
41
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
však, že v ďalších etapách nášho
výskumu nám pomôžu systematickejšie formulovať štruktúru a jednotlivé kroky vo vzdelávacích
programoch, ktoré vyvíjame a overujeme pre edukačnú robotiku na
základnej škole. Okrem toho tiež
veríme, že – najmä zodpovedaním
druhej otázky – napĺňame to najdôležitejšie vo výskume vývojom, a to
vyvíjať pedagogickú intervenciu,
aby sme lepšie rozumeli poznávaciemu procesu žiakov, a lepšie
rozumieť poznávaciemu procesu
žiakov, aby sme dokázali lepšie
vyvíjať (lepšie v zmysle kritérií
kvality kvalitatívneho výskumu)
pedagogické intervencie.
Za nedostatok doteraz získaných
výsledkov však považujeme fakt,
že sme sa doposiaľ zamerali iba na
formulovanie vzdelávacích cieľov
v kognitívnej doméne, a to napriek
tomu, že aj naše vlastné skúsenosti,
aj napr. výsledky výskumu v [12]
poukazujú na skutočnosť, že
v poznávacom procese (aj) v oblasti
informatiky a programovania hrajú
významnú úlohu afektívne zložky –
zrejme tým viac, čím nižšej vekovej kategórii sa venujeme. Ak realizujeme výskum pre žiakov 1. a 2.
stupňa ZŠ, rovnako významné sú
však aj psychomotorické ciele.
Z charakteristík edukačnej robotiky, ktoré sme uviedli v kapitole 3
(konštruovanie a programovanie)
vyplýva, konštrukčná zložka vzdelávacích cieľov v kognitívnej doméne bude úzko súvisieť aj s psy-
Výsledná tabuľka prezentuje
vzdelávacie ciele ako východisko
pre naše nasledujúce iterácie
v ďalších iteráciách vývoja vzdelávacích programov pre oblasť edukačnej robotiky. Pomáha nám tak
vytvoriť rôznorodé typy úloh na
objasnenie a hlbšie pochopenie
rôznych konštrukčných a programátorských konceptov.
6 Diskusia a závery
V našom príspevku sme hľadali
odpovede na dve otázky. Prvou
otázkou sme skúmali, akou formou
by bolo pre náš výskum vhodné
a produktívne špecifikovať vzdelávacie ciele našich vzdelávacích
programov pre edukačnú robotiku.
Odpoveď sme našli štúdiom výskumnej literatúry v kombinácii
s technikou kontrastovania a prezentujeme ju v kapitolách 3 a 4.
Druhou otázkou sme chceli získať presnú špecifikáciu našich
vzdelávacích cieľov vo forme,
ktorá vyplynula z prvej výskumnej
otázky. Analýzou dát, ktoré sme
zozbierali v doterajších iteráciách
nášho výskumu, sa nám podarilo
špecifikovať tieto ciele v Tab. 1,
a to vo forme dvojrozmernej tabuľky podľa Fullerovej.
Získané odpovede považujeme
za dôležité a užitočné pre ďalšie
iterácie nášho výskumu, aj keď si
uvedomujeme, že s nimi treba narábať starostlivo a opatrne (vzhľadom na to, že sú citlivé na spôsob
ich interpretácie). Domnievame sa
42
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
chomotorickými
vzdelávacími
cieľmi. O význame afektívnej zložky tiež nemôžeme vôbec pochybovať. Preto sa v ďalších etapách
výskumu chceme pozornejšie venovať aj týmto doménam.
Realizácia tohto článku bola finančne podporená grantmi UK č.
604/2013 a č. 606/2013.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
dInfo 2009. 2009, Banská Bystrica,
Univerzita Mateja Bela, Fakulta
prírodných vied v Banskej Bystrici,
Ročník 15, s. 15–24. ISBN 978-808083-720-4 (print).
[6] ŠVAŘÍČEK, R., ŠEĎOVÁ K.
a kol. Kvalitativní výzkum v pedagogických vedách.
2007, Praha, Portál, s. r. o. ISBN
978-80-7367-313-0 (print).
[6] MAYEROVÁ, K. Pilot Activities: LEGO WeDo at Primary
School. Workshop Teaching Robotics Teaching with Robotics: Integrating Robotics in School Curriculum. 2012, Riva del Garda. ISBN
978-88-95872-05-6 (on-line).
[7] MAYEROVÁ, K., VESELOVSKÁ, M. Robotic kits and key
competences in primary school.
Information and Communication
Technology in Education. 2012,
Ostrava, University of Ostrava,
Pedagogical Faculty, s. 175–183.
ISBN 978-80-7464-135-0 (print).
[8] MAYEROVÁ, K., VESELOVSKÁ, M. Educational robotics in
primary schol: unusual methods of
evaluation. JTIE. 2013, Department
of Technology and Information
Education, Faculty of Education,
Palacký University in Olomouc,
s. 50–57. ISSN 1803-6805 (online).
[9] VESELOVSKÁ, M., MAYEROVÁ, K. Čo si žiaci predstavujú
pod pojmom „robot“? Zborník
konferencie DidInfo 2013. 2013,
Banská Bystrica, Univerzita Mateja
7 Literatúra
[1] FULLER, U. a kol. Developing
a computer science-specific learning taxonomy. ACM SIGCSE
Bulletin. 2007, Ročník 39, Číslo 4,
s. 152–170. ISSN 0097-8418 (online).
[2] TUREK, I. Taxonómia cieľov –
B. S. Bloom. Didaktika. 2010, Bratislava, Iura Edition, spol. s r. o.,
s. 52–54. ISBN 978-80-8078-322-8
(print).
[3] ANDERSON, L.W. a kol.
A taxonomy for learning and teaching and assessing: A revision of
Bloom's taxonomy of educational
objectives. 2001, New Jersey, Pearson. ISBN 13: 978-0801319037
(print).
[4] KALAŠ, I. a kol. Konštrukcionizmus. Od Piageta po školu
v digitálnom veku. Zborník konferencie Didinfo 2011. 2011, Banská
Bystrica, Univerzita Mateja Bela,
Fakulta prírodných vied v Banskej
Bystrici, Ročník 17, s. 7. ISBN
978-80-557-0142-4 (on-line).
[5] KALAŠ, I. Pedagogický výskum v informatike a informatizácii
(2. časť). Zborník konferencie Di43
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Bela, Fakulta prírodných vied
v Banskej Bystrici, Ročník 19,
s. 263–271. ISBN 978-80-5570527-9 (print).
[10] VESELOVSKÁ, M., MAYEROVÁ, K. Robotic kits in secondary school. JTIE. 2013, Department
of Technology and Information
Education, Faculty of Education,
Palacký University in Olomouc,
s. 96–101. ISSN 1803-6805 (online).
[11] JOHNSON, C. G., FULLER,
U. D. Is Bloom's taxonomy appropriate for computer science? 6th
Baltic Sea Conference on Computing Education Koli Calling 2006.
2007, Stockholm, Department of
Information Technology, University of Uppsala, s. 120–123. ISSN
1404-3203 (on-line).
[12] LAHTINEN, E. A Categorization of Novice Programmers:
A Cluster Analysis Study. Proceedings of the 19th annual Workshop
of the Psychology of Programming
Interest Group. 2007, Joensuu,
University of Joensuu Department
of Computer Science and Statistics,
s. 32–41.
[13] KABÁTOVÁ, M., PEKÁROVÁ, J. Learning how to teach robotics. Constructionism 2010 conference. 2010, Paris. ISBN 978-8089186-66-2 (on-line).
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
prof. RNDr. Ivan Kalaš, PhD.,
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:{kalas, mayerova, [email protected]
www pracoviska:
http://www.edi.fmph.uniba.sk
44
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
HOW DO PRIMARY TECHERS RESPOND TO
INTRODUCTION OF BASICS OF COMPUTER SCIENCE
INTO SCHOOL CURRICULA OF ICT
Jiří VANÍČEK
Abstract: The article focuses on basics of computer science education at
primary school. The trend of recent years is to reintroducing computer
science kontent into school curricula. The question is whether topics of
basic sof algorithmisation and understanding of information are comprehensible for primary school teachers, who have undergone no training in
computer science and how they respond to them. The paper reports about
new textbook verification project in which pre-service teachers were trained to teach these topics. The results could shed more light into understanding how teacher builds up his/her pedagogical content knowledge in the
area of propaedeutics of computer science.
Key words: primary school, computer science education, ICT curricula,
teachers education
JAK REAGUJÍ UČITELÉ 1. STUPNĚ NA ZAVÁDĚNÍ ZÁKLADŮ INFORMATIKY DO VÝUKY ICT
Abstrakt: Článek zaměřuje pozornost na výuku informatiky na 1. stupni
ZŠ. Trendem posledních let v zahraničí je (znovu)zavádění informatického
obsahu do školního kurikula. Je otázkou, zda témata základů algoritmizace
a porozumění informacím jsou srozumitelná učitelům, kteří neprošli žádným informatickým vzděláním, a jak na ně reagují. Článek podává zprávu
o projektu verifikace nové učebnice informatiky na budoucích učitelích 1.
stupně ZŠ, kteří byli připravováni na výuku těchto témat. Výsledky mohou
vnést více světla do porozumění, jak učitel buduje svoji didaktickou znalost obsahu v oblasti propedeutiky informatiky.
Klíčová slova: primární vzdělávání, výuka informatiky, kurikulum ICT,
příprava učitelů
45
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1 Informatika a ICT
Dovolíme si článek zahájit terminologickým úvodem, abychom
objasnili, jak dále budeme vnímat
rozdíl mezi termíny informatika
(computer science) a ICT (information technology) na úrovni školského prostředí. Informační technologie podle slovníku Foldoc [1]
jsou aplikací počítačových systémů; termín informatika (computer
science) je obvykle vyhrazen pro
teoretičtější, akademické aspekty
práce na počítači.
V Německu je podle Schubertové a Schwilla vnímána výuka ICT
jako rámec základního vzdělávání
v oblasti informatiky, komunikace
a informačních technologií [2]. Na
Slovensku je podle Blaha oblast
ICT chápána jako zvládnutí technologií, jako předstupeň informatiky
[3]. I my v tomto článku budeme
vnímat ovládání ICT jako součást,
předstupeň informatického poznání.
Nevnímáme tedy ICT a informatiku
jako dva různé obory.
Od oboru ICT můžeme školní
informatiku odlišit základním přístupem k počítačům, který Kalaš
a kol. [4] uvádí jako autorský na
rozdíl od uživatelského v případě
ICT. Tento rozdíl se promítá do
cílů výuky, který můžeme vnímat
jako snahu o porozumění počítači
(informatika) na rozdíl od ovládání
počítače (ICT).
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
2 Vyučovací předmět ICT na 1.
stupni ZŠ
Informační a komunikační technologie jsou jednou z devíti vzdělávacích oblastí na základních školách [5]. V České republice je
povinně vyučován předmět ICT
i na 1. stupni ZŠ. Očekávání daná
školským zákonem z r. 2004, že
všichni absolventi 1. stupně jsou
vybaveni základními kompetencemi
v ovládání počítačů a práce s informacemi, však nejsou naplňována, realita bývá plánům vzdálena.
Ačkoliv předmět ICT může být
vyučován v kterémkoliv ročníku od
prvního do pátého, drtivá většina
škol zařazuje předmět až nyní do
pátého, posledního možného ročníku. Zavádění nového předmětu
provází shoda nepříjemných komplikací:
1. předmět nikdy předtím nebyl
na 1. stupni vyučován, na školách není žádná tradice a nejsou zkušenosti, jak tento
předmět vyučovat;
2. současně realizovaný přechod
na nový způsob vytváření
školních vzdělávacích programů a přesunu zodpovědnosti za vytvořené a realizované kurikulum na učitele,
potažmo školu, na rozdíl od
ostatních vyučovacích předmětů ztížil vytvoření tohoto
předmětu;
3. učitelé 1. stupně nejsou odborně ani didakticky připraveni ani připravováni; nebyly
46
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
pořádány žádné vzdělávací
kurzy organizované metodickými orgány ministerstva;
4. učitelům chyběly metodické
materiály a žákům učebnice,
neprobíhal výzkum v této oblasti;
5. učitelé 1. stupně na mnoha vysokých školách nebyli a dosud
nejsou připravováni v oblasti
didaktiky informačních technologií.
Aktuální stav výuky ICT na
1. stupni ZŠ můžeme dokumentovat následujícími dvěma zjištěními:
6. Podle odpovědí na otázku
„Kdo vyučuje informatiku na
1. stupni vaší školy?“, kterou
jsme v roce 2013 položili učitelům – školním koordinátorům soutěže Bobřík informatiky, 63 respondentů odpovědělo tak, že z 58 % vyučoval
informatiku učitel 2. stupně,
pouze v méně než polovině
případů to byl učitel 1. stupně.
To není dobrá situace z důvodu, že předmět je vyučován
učitelem, který není připraven
na výuku s danou věkovou kategorií žáků. Protože učitel
ICT nepatří mezi komunitu
učitelů 1. stupně na škole, je
tento předmět odtržen od
ostatních, takže je větším rizikem, že počítače v ostatních
předmětech používány nebudou vůbec. Zároveň zde hrozí
riziko, že učitel 2. stupně bude
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
do své výuky mechanicky
přenášet kurikulum a metody
určené starším žákům.
7. Z průzkumu mezi neúplnými
školami v ČR, které provedl
Pyszko v r. 2013, vyplývá, že
ne každá škola má na 1. stupni
vůbec povinný předmět ICT
zaveden a daná tématika je
vyučována jako průřezové téma. Např. V Ústeckém kraji je
takových škol 48 %, ve Zlínském 32 %, což je alarmující
číslo. [6].
3 Zařazování informatiky do
výuky
Současně s procesem, jehož výsledkem je, že každý absolvent 1.
stupně ZŠ má ovládat počítač na
uživatelské úrovni, můžeme v posledních letech ve světě pozorovat
jiné změny, 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. ACM výbor pro kurikulum K-12 v USA již
před 10 lety požadoval zařadit základní pojmy informatiky (např.
porozumění algoritmu) do primárního vzdělávání [7].
Nemůžeme brát za směrodatné,
že v České republice se základy
informatiky v dokumentech o vzdělávání na 1. stupni neobjevují
a např. o algoritmech se píše převážně v matematice, ve vzdělávací
oblasti ICT je pouze zmínka, že
47
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
„žák má využívat při interakci
s počítačem algoritmické myšlení“
[5]. V zemích jako V. Británie,
Slovensko, Polsko vidíme jiný
přístup. Např. v Británii je od r.
2014 zaváděn nový předmět Computing již od 1. stupně ZŠ [8]
a upouští se od termínu ICT i jeho
vzdělávacího obsahu. Na Slovensku jsou ve státních vzdělávacích
dokumentech pro 1. stupeň ZŠ
minimálně dva z pěti tematických
celků orientovány k základům informatiky jako vědního oboru
a propedeutice informatických pojmů [9].
Jako jednu z významných mezinárodních aktivit, která prosazuje
větší podíl informatiky v základním
a středním školství formou jsoucí
mimo školní kurikulum, můžeme
zmínit soutěž Bebras pro žáky základních a středních škol. Soutěž
vznikla před 9 lety a v České republice se pořádá od r. 2008 pod
názvem Bobřík informatiky. Zájmu
o téma soutěže svědčí každoroční
veliký nárůst počtu zemí i soutěžících v této soutěži [10]. Soutěž
přitom není zaměřena na informační technologie ani na uživatelský
přístup, preferuje otázky z oblastí
algoritmizace, porozumění informacím a jejich reprezentacím, mezi
témata patří též řešení problémů
a informační gramotnost. I tato
soutěž se rozšiřuje i směrem
k mladším ročníkům, jako první
zavedli soutěž pro 1. stupeň ZŠ na
Slovensku v r. 2011. V České re-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
publice máme za sebou dva ročníky
existence kategorie Mini pro 4. a 5.
ročník ZŠ, v r. 2013 se jí zúčastnilo
přes 6 000 žáků, z toho 48 % dívek
[11]. Touto formou se mohou děti
i jejich učitelé na věku přizpůsobených úlohách dostat k informatickým úlohám a představit si tak,
jakou povahu mají problémy, kterými se informatika zabývá.
4 Inovace výuky ICT na 1. stupni
ZŠ pomocí učebnice
V nové učebnici informatiky pro
1. stupeň, která vyšla v r. 2012 [12],
jsme se snažili reagovat na výše
popsané trendy. Do učebnice jsme
zařadili témata nejen ze základů
ovládání počítače, ale též témata
propedeuticky informatická, týkající se algoritmizace a porozumění
informacím. Vedlejším cílem byla
i snaha o ovlivnění učitele a jeho
rozhled v oboru. Brali jsme v potaz
tvrzení E. J. Rohaanové „učitelé
primárního vzdělávání, kteří jsou
vzděláváni v širokém spektru předmětů, potřebují důkladnou znalost
obsahu předmětu ICT, aby věděli,
která témata řešit a jak je řešit ve
své výuce tohoto předmětu“ [13]
i fakt, že tito učitelé nejsou nijak
vzděláni v oboru informatika.
Tato učebnice informatiky pro
1. stupeň obsahuje osm kapitol,
z nichž je pět kapitol z oblasti ICT,
které jsou věnovány ovládání aplikací, kreslení, psaní a Internetu
(včetně komunikace), dvě kapitoly
z oblasti základů informatiky (na48
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
zvané programování, informace)
a jedna průřezová kapitola, věnovaná učení se s počítačem a projektům s použitím technologií.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
noduchým použitím procedur jako
podprogramů. Prostředí EasyLogo
bylo vybráno především s ohledem
na učitele, protože obsahuje sadu
daných úkolů a sama kontroluje
žákovu práci. Učitel pak stojí v roli
manažera a pomocníka, nevyžaduje
se od něho, aby předkládal úkoly či
vysvětloval látku. Uzavřené výukové prostředí těchto úloh tak
nevytváří u učitele nejistotu a podle
slovenských zkušeností je učiteli
dobře přijímáno. Praktické činnosti žáků jsou doplněny „unplugged“ aktivitami, v nichž žák
vytváří příkazy pro spolužáka pro
vykonání nějakého úkonu (např.
ovládá žáka jako robota), a jednoduché algoritmické otázky.
Obr. 1: Propedeutika programování – ovládání autíčka pomocí okamžitě vykonávaných příkazů. Zadání úlohy: projeď všemi písmeny
tvého jména tak, jak jdou za sebou.
Jak byly koncipovány informatické kapitoly? Kapitola „programování“ seznamuje žáky se
základy algoritmizace na sadě
praktických úkolů v prostředí
aplikace EasyLogo, jejímž autorem je Ľ. Salanci [14]. Jde
o jednoduchý mikrosvět na bázi
Logo, v němž uživatel pomocí
příkazů ovládá postavu, která se
podobně jako „logovská želva“
pohybuje a kreslí (obr. 1). Žák se
seznámí s principem tvorby
programu jako sledu příkazů
s parametry, s jednoduchou algoritmickou strukturou cyklu se
známým počtem opakování a jed-
Obr. 2: Výuková aktivita z oblasti
porozumění reprezentacím informací. Žák „ručně“ pomocí myši
nastavuje hodnoty na grafu, aby
odpovídaly textu v levém sloupci,
počítač kontroluje.
Kapitola o informacích se zabývá informacemi z hlediska jejich
obsahu (co nám věci kolem nás
říkají),
reprezentace
(signály,
49
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
symboly) a typu digitálního média
(text, audio, video). Dále se tato
kapitola zabývá reprezentacemi
informací v podobě informatických
struktur seznamů, tabulek a pomocí
grafů. Vedle uživatelských dovedností (např. psaní do tabulky,
formátování seznamu, vytvoření
grafu z tabulky) zde žáci získávají
kompetence týkající se porozumění
těmto strukturám. Jsou zde zařazeny aktivity, v nichž se učí
rozlišovat číslovaný a nečíslovaný
seznam, volit vhodný tvar tabulky
pro zápis dat, správně zapisovat
tyto údaje do tabulky, volit vhodný
typ seznamu, číst informace z grafu
a také vytvářet graf „ručně“, bez
automatických nástrojů počítače
(obr. 2). Aktivity zpracování informací směřují k následnému
využívání tabulek a grafů ve
vlastních výzkumech zahrnujících
jednoduché zpracování dat (měření,
ankety).
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Jednotlivé aktivity, zařazené do
učebnice, jsme mohli průběžně
testovat na studentech učitelství 1.
stupně na Pedagogické fakultě
Jihočeské univerzity. Celkem tři
běhy výzkumu proběhly v rámci
předmětu Didaktika informačních
technologií pro primární vzdělávání
o rozsahu 1 přednášky a 1 cvičení
týdně v 1 semestru. Předmětem
prošlo za 3 roky 124 studentů. Žádný z nich neměl předchozí informatické vzdělání, všichni absolvovali
pouze středoškolskou výuku ICT.
Na vysoké škole absolvovali jeden
povinný předmět z oblasti informačních technologií Technologie
ve vzdělávání, kde pořizovali
a zpracovávali fotografie, audio
a video a učili se ovládat interaktivní tabuli. Všichni respondenti
absolvovali základní test informační gramotnosti, svojí úrovní srovnatelný s ECDL-START.
Výuka probíhala velice praktickou
cestou.
Studenti
při
cvičeních dostávali náročnější úlohy z učebnice, tedy úlohy stejné
jako jejich budoucí žáci, často
pracovali „v roli žáka“. Přednášky
byly věnovány jednotlivým tématům, jednotlivé předkládané metodické postupy byly většinou
dokumentovány na konkrétních
úlohách a aktivitách z učebnice,
často na úlohách, které předtím
mohli studenti sami vyzkoušet
v roli žáků a mít s nimi vlastní
zkušenost. Do programu předmětu
byly zařazeny i základy robotiky
5 Jak reagují budoucí učitelé 1.
stupně?
Při vytváření obsahu učebnice
nás zajímaly otázky: jakým způsobem přiblížit informatiku budoucím
učitelům, kteří nejsou v tomto oboru vzděláni, jakým způsobem a zda
vůbec akceptují informatická témata. Dalšími otázkami bylo, zda
konkrétní úlohy, připravené do
nové učebnice, budou pro ně srozumitelně a smysluplné, zda studenti budou rozumět zadání i informatickému pozadí.
50
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
pomocí robotických stavebnic
LEGO WeDo (obr. 6), ovládanými
z programovacího prostředí Scratch.
V nich studenti vytvářeli vlastní
velmi jednoduché programy pro
ovládání již vytvořených robotů
(např. „bezpečný“ větrník, reagující
na přiblížení ruky vypnutím).
Součástí předmětu bylo též
seznámení s robotickými hračkami
Bee-bot, které umožňují oddálení
vykonání série příkazů k pohybu.
Na závěr semestru měl každý
student vytvořit vlastní sadu úloh
pro výuku některého probíraného
tématu.
Pro zjištění zpětné vazby od
studentů jsme použili metody
zúčastněného pozorování, analýzu
studentských prací a rozhovory
s některými studenty po absolvování kurzu.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
při přednášce navodili teoretické
téma, studenti měli tendenci naučit
se tuto látku zpaměti s cílem ji
reprodukovat, nikoliv ji používat.
Postoj studentů k tomuto předmětu můžeme považovat za kladný,
protože předkládané aktivity brali
jako pro ně smysluplné, mentálně
nepříliš náročné. Nepozorovali
jsme, že by studenti odmítali zvolený přístup.
Programování
Studenti neměli žádnou potíž
s termínem programování, nebylo
pozorováno, že by se programování
obávali. Při řešení programovacích
úloh vnímali svoji činnost, jako že
programují. U této skupiny studentů nemůžeme potvrdit obavy
z předpojatosti veřejnosti vůči
termínu programování.
Lze říci, že zhruba polovinu
studentů práce v prostředí EasyLogo viditelně bavila, byli jsme
svědky jejich emocionálních reakcí
na uživatelskou příjemnost prostředí i na situace, kdy se jim
podařilo vyřešit složitější úlohu
nebo vznikl vizuálně pěkný výsledek. Při závěrečném testování
byli všichni studenti schopni
vyřešit obtížnější algoritmické
úlohy s použitím cyklu (např.
vytvoř program, kterým želva
dokreslí stromům kmeny – obr. 3).
6 Jednotlivá zjištění
Celkový přístup
U studentů se výrazně zvedl
zájem ve chvíli, kdy se dozvěděli,
že jde o povinný předmět školního
kurikula a že jej budou muset
vyučovat.
Celkově studenti vnímali zvolený způsob výuky příznivě, měli
zájem o hravé, praktické aplikace
a úlohy ze života. U takových úloh
jim připadalo vše srozumitelnější
než teoretické pasáže. Jakmile jsme
51
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Obr. 3: Programovací aktivita v EasyLogo, kreslení kmenů ke stromům
s použitím cyklu, vpravo je sestaven program
Studenti neradi používali cyklus, především strukturu příkazu
Opakuj, když se v ní nacházelo více
příkazů. Teprve dodatečně přidané
restrikce, že délka programu
nemůže být delší než 15 řádků, aby
byl celý vidět v okně aplikace, je
přiměla používat příkaz Opakuj.
Stejné to bylo při použití vnořených
procedur, kde muselo být v zadání
uvedeno, že je nutno použít předem
připravené procedury.
nými v garáži, které se mají obarvovat podle instrukcí daných jejich
vzájemnou polohou, někteří studenti nedokázali určit, zda je například
červený autobus před žlutým nebo
stojí vlevo od něho (obr. 4). Po
těchto zkušenostech jsme úlohu
v učebnici přeformulovali a přidali
semafor na křižovatce, aby směr
jízdy autobusu jasněji stanovoval
směr „před“ a „za“.
Podobnou situaci vyvolala úloha, v níž na obrázku řady jedoucích
aut (na pohled stejných zepředu
jako zezadu) se mělo určit, které
auto jede před černým autem (obr.
5). Někteří studenti trvali na tom,
že „před“ je vždy vpravo. Patrně
přejali pozicování aut z postavení
slov při psaní textu, protože tento
přístup jsme mohli pozorovat
u jiných nesouvisejících úloh. Žádnou argumentací se je nepodařilo
přesvědčit, že auta mohou též jet
zprava doleva. Zdá se, že tyto problémy jsou geometrického rázu
a nemají tedy informatické souvislosti, ovšem tyto nečekané problémy
Obr. 4: Problémy s orientací
v kontextu zadání úlohy – je
autobus s rozbitým sklem vlevo od
bílého, nebo před bílým
autobusem?
Problém prostorové orientace
Naopak nás překvapily problémy nemalé části studentů s orientací, co je vpředu, co je vlevo apod.
Např. u úlohy s autobusy umístě-
52
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
mohou řadu úloh z reálného světa
na řazení a třídění diskvalifikovat.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Informatika jako disciplína
Studenti příliš nerozlišovali informatiku od ostatních školních
předmětů. Na jednu stranu vše, co
se týkalo práce na počítači, brali
jako informatiku, v úlohách vytvořených studenty se často vyučovalo
učivo z jiného předmětu. Např. při
úpravách textů věnovali větší pozornost gramatickým než typografickým chybám, při kreslení často
dbali na správné použití kreslicích
nástrojů z výtvarného než ICT pohledu (např. preferovali vizuálně
„hezčí“ obrázek, vytvořený pouze
několika základními nástroji tužka,
výplň). Nenabyli jsme dojmu, že by
budoucí učitelé byli schopni vytvářet originální výukové objekty pro
podporu výuky informatiky.
Práce s informacemi, grafy
Při vytváření grafů pomocí online aplikace měli někteří studenti
potíže s tím, jak vepsat data správně do tabulky, ze které se generoval
graf. Tato kompetence je založena
na pochopení tabulky jako datové
struktury. Studenti číselné hodnoty
zapisovali do sloupce, určeného pro
popisky položek, a když se graf
zobrazil špatně, někteří si s tím
nedokázali sami poradit.
Kreativita
Studenti obecně přijímali lépe
problémové úlohy, a to i při programování, než úlohy na tvořivost.
Vlastní studentské projekty byly
málo nápadité a často pouze variovaly úlohy, probírané na seminářích.
Obr. 5: Problém orientace: které auto stojí před černým autem?Někteří
studenti vnímali, že auta mohou jet pouze doprava (a proto je správně
pouze bílé auto).
53
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
stránce. Současně je zřejmé, že
řešením nebude vzdělávání učitelů
1. stupně v oboru informatika, protože jejich neznalosti jsou velice
hluboké. Zde musíme spoléhat na
středoškolské vzdělávání a jeho
budoucí orientaci směrem k základům informatiky ve vzdělávací
oblasti informatika a ICT, případně
systém školení pro učitele z praxe.
Jestliže chceme, aby učitelé 1.
stupně správným způsobem zahrnovali do svého kurikula předmětu
ICT také základy informatiky, musí
být v tomto směru metodicky vedeni, ať již učebnicemi, nebo lépe
proškolením.
Budoucí
učitelé
v nabízeném kurikulu více než
oborovou správnost sledují, zda
aktivity budou pro žáky atraktivní,
hravé a přesto budou mít za cíl
něco naučit. Tento aspekt je důležité v přípravě učitelů neopominout.
7 Závěry
Pokusili jsme se odpovědět na
otázky, jakým způsobem didakticky připravovat studenty učitelství 1.
stupně, kteří jsou bez předchozího
informatického vzdělání (a nemají
také ani specializované vzdělání
v oblasti ICT). J. Twyford a E. M.
Järvinen v závěrech kvalitativní
studie doporučují pro žáky 1. stupně přístup „od ruky“ a tvrdí, že žáci
mohou nejlépe porozumět technologiím, pokud prezentované problémy jsou ze života“ [15]. Z našich zkušeností můžeme toto
zjištění potvrdit. Zdá se, že užitečným přístupem bude seznamovat
budoucí učitele se základy informatiky na tématech a úlohách blízkých
jejich žákům, to znamená zařazovat
manipulativní, praktické úlohy, ke
kterým jim bude v komentářích
vysvětlováno, co má úloha společného s informatikou.
Budoucí učitelé 1. stupně ve
zkoumaném vzorku nemají problém s algoritmickými úlohami,
jestliže za nimi vidí konkrétní ovládání pohybu nějakého objektu.
Podobně přirozeně akceptují téma
porozumění informacím a jejich
reprezentacím, pokud v konkrétní
úloze vidí obecný přínos ke vzdělání žáka. Lze říci, že informatickou
složku vzdělání vnímají daleko více
v kontextu celého vzdělávání, než
v kontextu oboru.
Prokázalo se, jak je těžké budovat didaktickou znalost obsahu bez
řádné znalosti obsahu po odborné
Obr. 6: Robotická stavebnice LEGO WeDo, ovládání tlamy krokodýla programem pomocí senzoru,
který rozezná blízkost předmětu.
54
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Robotické aktivity doplňovaly téma
základů algoritmizace.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
v Ostravě. Pedagogická fakulta.
Vedoucí práce: Kapounová, J.
[7] TUCKER, A. a Model Curriculum for K-12 Computer Science:
Final Report of the ACM K-12 Task
Force Curriculum Committee. New
York: The Association for Computing Machinery, 2003.
[8] Computing. Programmes of
study for Key Stages 1–4. National
curriculum in England. [online].
Computing at School Working
Group, 2013. [cit. 2013-12-11].
Dostupné z:
http://media.education.gov.uk/asset
s/files/pdf/c/computing%2004-0213_001.pdf.
[9] 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
[10] Bebras, mezinárodní web informatické soutěže (online). [cit.
2013-01-13] URL:
<http://www.bebras.org/countries>
[11] Bobřík informatiky, web soutěže (online). [cit. 2013-01-10]
URL: <http://www.ibobr.cz>
[12] VANÍČEK, J. Informatika pro
1. stupeň ZŠ. Brno: Computer
Press, 2012, 88 s.
[13] ROHAAN, E. J., TACONIS,
R., JOCHEMS, M. G. Reviewing
the relations between teachers’
knowledge and pupils’ attitude in
the field of primary technology
education. International Journal of
Technology and Design Education,
r. 20 č. 1, 2010, s. 15–26.
Poznámka: Výzkum byl podpořen
grantem GAJU 017/2013/S.
7 Literatura
[1] Information technology [online]. In Howe, D. Free Online
Dictionary of Computing [cit.
2013-10-01]. Dostupné na:
http://foldoc.org/
information+technology.
[2] SCHUBERT, S., SCHWILL, A.
Didaktik der Informatik. 2. vydání.
Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2011.
[2] BLAHO, A. Informatika v štátnom vzdelávacom programe. In
Kalaš, I. (ed.) Sborník DidInfo
2012. B. Bystrica: Univerzita Mateja Béla, 2012, s. 7–14
[4] KALAŠ, I., KABÁTOVÁ, M.,
BRESTENSKÁ, B., GUĽAŠA, R.,
CHACHALÁNOVÁ, M., PALÚCHOVÁ, K., PEKÁROVÁ, J.,
SZARKA, K., VANÍČEK, J.,
WINCZER, M. Premeny školy
v digitálnom veku. Bratislava: Slovenské
pedagogické
nakladateľstvo, 2013, 256 s.
[5] Kol. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání.
Praha: VÚP, 2007.
[6] PYSZKO, D. Využití informačních a komunikačních technologií
ve výuce na neúplných základních
školách. Ostrava, 2013. rigorózní
práce (PhDr.). Ostravská univerzita
55
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[14] SALANCI, Ľ. EasyLogo –
discovering basic programming
concepts in a constructive manner.
In Clayson, J. E., Kalaš I. (eds.)
Constructionist approaches to
creative learning, thinking and
education: lessons for the 21st
century. Bratislava: Library and
publishing centre Comenius University, 2010.
[15] TWYFORD, J., JÄRVINEN,
E. M. The formation of children’s
technology concepts: a study of
what it means to do technology
from a child’s perspective. Journal
of Technology Education, Vol. 12
No. 1, 2000, s. 32–48.
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]
Web pracoviště: wvc.pf.jcu.cz/ki
56
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
CREATION OF STUDY MATERIAL FOR ADPTIVE
E-LEARNING
Blanka CZECZOTKOVÁ – Tatiana PREXTOVÁ
Abstract: Paper deals with teaching methods and teaching styles of teachers, which can be used in creation of adaptive learning material. Study
materials are embedded into elctronic adaptive learning. Adaptive learning
program is controled by a learning management system – a virtual teacher.
The essence of the virtual teacher is as follows. Based on assessed individual learning mode of student virtual teacher suggests the most suitable
study material. Virtual teacher consists of vast database of various learning
modes, student charachteristics and rules for creation of adaptive study
materials. Aim of this paper is use of teaching methods and teaching styles
which are then used by virtual teacher for teaching each individual. Learning
in this adaptive form of education is getting more efficient and rewarding.
Knowledge and skills gained during this process is tested adaptively too.
Keywords: virtual teacher, teaching methods, teaching styles, optimal learning mode, adaptive testing.
TVORBA STUDIJNÍ OPORY PRO ADAPTIVNÍ VÝUKU
Resumé: Příspěvek pojednává o vyučovacích metodách a vyučovacích
stylech učitelů, které lze uplatnit při tvorbě adaptivního studijního materiálu. Studijní materiály jsou zakomponovány do elektronické adaptivní výuky. Adaptivní výuku řídí programový systém pro řízení výuky – virtuální
učitel. Podstata virtuálního učitele je následující. Na základě zjištěného
individuálního učebního stylu studenta mu virtuální učitel předloží nejvhodnější studijní oporu. Virtuální učitel obsahuje rozsáhlou databázi různých stylů učení, vlastností studentů a pravidla pro tvorbu adaptivních
studijních materiálů. Cílem příspěvku je využití vyučovacích metod a vyučovacích stylů učitelů, které virtuální učitel aplikuje při učení jednotlivého
studenta. Učení se touto adaptivní formou výuky stává pro studenta efektivnější a přínosnější. Nabyté vědomostí a znalosti se adaptivně otestují.
Klíčová slova: virtuální učitel, vyučovací metody, vyučovací styl učitele,
optimální výukový styl, adaptivní testování.
57
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
styly studentů, které jsou získané ze
vstupního dotazníku před zahájením výuky. Na základě těchto informací předloží virtuální učitel
studentovi studijní materiál v podobě, který mu nejvíce vyhovuje.
Studentovy nabyté
vědomostí
a znalostí se adaptivně otestují.
1 Úvod
Informační a komunikační technologie jsou neodmyslitelnou součástí dnešní doby a denně se s nimi
setkáváme. Ve výuce už nevystačíme pouze s tabulí a křídou. Jestliže chceme studenta zaujmout
a výuku obohatit o inovační prvky,
zvolíme technologii ze široké nabídky, kterou disponují ICT.
Na všech typech škol se dostává
do popředí e-learningová výuka,
jejíž hlavní ideou je, že počítač
dokáže prezentovat informace,
zobrazovat je odlišnými způsoby
a veškerou činnost, kterou vykonaná student protokolovat. Mezi další
priority LMS patří bezesporu snadná modifikovatelnost elektronických studijních materiálů, možnost
zakomponování multimediálních
a interaktivních prvků v elektronických studijních materiálech a zpětná vazba.
Výuka vedena pomocí e-learningu má mnoho výhod. Výuka
však nebere v potaz studenta jako
hlavní prvek učebního procesu.
Každý student je individualita a má
jiný učební styl, podle kterého se
mu studuje nejlépe, nejefektivněji
a nejekonomičtěji.
Výuka, která akceptuje individuální učební vlastnosti studenta,
nazýváme adaptivní e-learningovou
výukou. Tato výuka musí obsahovat studijní materiály pro různé
typy studentů.
Optimální adaptivní učební proces respektuje individuální učební
2 Model výuky pro adaptivní elearning
Adaptivní model e-elarningové
výuky se skládá ze 3 částí:
Modul Student – před každým
začátkem učebního procesu se student otestuje a identifikuje se jeho
učební styl. Více informací v publikacích K. Kostolányová [5].
Modul Autor – jedná se o autorskou databázi, která zahrnuje výukové texty a multimédia – jednotlivé obrázky, flash animace, atd.
a metadata.
Modul Virtutální učitel – ten vytvoří na základě znalosti učebního
stylu studenta, konkrétní výukové
opory, vyučovací metody a vyučovacího stylu učitele optimální způsob výuky, kterým bude studenta
vyučovat. Tento způsob výuky je
měnitelný a student si může výuku
řídit i sám.
3 Vyučovací styl učitele
V běžné pedagogické praxi se
můžeme setkat se dvěma úhly pohledu na vyučovací styly učitelů.
Zaprvé vyučovací styl chápeme
jako způsob vyučování učitele, tj.
jak vyučuje, a druhý úhel pohledu
58
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
je užší a je J. Průchou, E. Walterovou a J. Marešem [9] definován
jako „svébytný postup učitele, který
učitel uplatňuje ve vyučování, který
používá ve většině situací pedagogického typu nezávisle na okolnostech. Je to styl relativně stabilní
a obtížně se mění“.
Vyučovacími styly a typologiemi dle různých hledisek se zabývalo mnoho odborníků.
Typologií dělíme dle různých
kritérií:
- podle osobnosti pedagoga (C. G.
Jung, H. J. Eysenck, R. B. Cattela,…),
- podle působení ve škole (J. Štágl,…),
- podle pedagogického působení
(Ch. Caselmann,…),
- podle stylu výchovy (K. Lewin,
R. Lippitt, R. K. White, R. a A.
M. Tausch, C. Rogers, H. H. Anderson,…),
- podle propojení pedagogické
osobnosti s pedagogickým působením (M. Brekelmans, H. Créton, J. Levy, R. Rodriguez, T.
Wubbels, T. Leary,…),
- podle komunikačního stylu (M.
Brekelmans, J. Levy, R. Rodriguez,…),
- podle reakcí na podněty (E. Luk),
- atd.
Při rešerši vyučovacích stylů
učitelů jsme došly k závěru, že
nejefektivnější způsob seskupení
vyučovacích stylů učitelů je seskupit je podle jejich totožných charakteristických rysů v jeden vyučovací
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
styl. Vyučovací styly učitelů jsme
seskupily dle jejich charakteristik,
synonym názvů, autorů, kteří se
daným vyučovacím styl zabývali,
a ke každému vyučovacímu stylu
jsme odvodily definice.
Jako ukázku uvádíme členění
podle stylu vedení výuky:
1. Autokratický styl (autoritativní, dominantní, diktátorský,
autoritářský, mocenský, direktivní,
manažerský, řídící, represivní, vyučovatelský) tímto vyučovacím stylem se zabývali K. Lewin, R. Lippit, R. K. White, N. A. Flanders,
Ch. Caselmann, T. Leary, J. Levy,
R. L. La Forge, R. F. Suczek, H. H.
Anderson, G. D. Fenstermacher, J.
F. Soltis, Z. Zaborowski, M. Brekelmansová, T. Wubbels, R. Rodriguezová, Marchand, H. A. Creton,
H. P. Hoomayers W. O. Döring.
„Učitelé, kteří učí autokratickým stylem, jsou pro studenty autoritou. V praxi se můžeme setkat
s jevem, že studenti vnímají tohoto
učitele buď jako přirozenou autoritu nebo jej vnímají jako učitele
„tyrana“ a respektují ho ze strachu.
Mezi charakteristické vlastnosti
učitelé patří nařizování, rozhodování, kontrolování a dokážou ve
třídě udržet disciplínu. Předávají
srozumitelně výklad, metodické
postupy jsou pečlivě zpracovány.
Učitel jedná formou příkazů
a o všem rozhoduje sám. Studenti
se aktivně výuky neúčastní, mají
malý prostor pro samostatné jed59
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
nání a rozhodování, na základě
čehož dochází k útlumu jejich iniciativy. Ve výuce chybí prostor pro
diskusi, individuální rozvoj osobnosti studenta.
Učitel má malé pochopení pro
studenty, jejich potřeby, individuální odlišnosti, není schopen empatie,
navíc nebere v úvahu žádné jejich
připomínky (návrhy, náměty).
V mnoha případech dokonce
učitel zesměšňuje studenty před
ostatními v jejich případném neúspěchu či problému. To může vést
k tomu, že studentovi sníží sebevědomí, vyvolá v něm pocit méněcennosti. Soustavné ponižování může
v nejhorším případě vést ke strachu
ze školního prostředí (především
jeho vyučovací hodina).“ [1]
2. Demokratický styl (integrační, sociálně-integrační, kooperativní,
sociální,
tolerantníautokratický, interaktivní, facilitační, nedirektivní, supervizorský)
tímto vyučovacím stylem se zabývali Ch. Caselmann, W. O. Döring,
M. Brekelmansová, N. A. Flanders,
J. Levy, R. Rodriguezová, T. Wubbels,Z. Zaborowski, G. D. Fenstermacher, J. F. Soltis, D. G. Ryans,
H. H. Anderson, K. Lewin, R. Lippit, R. K. White.
„Učitel, který méně přikazuje,
rozhoduje a řídí studenty, než
u stylu autokratického. Učitel má
mnohem větší přehled o přáních
a potřebách studentů, o jejich individualitě a má pro ně větší pochopení. Učitel upřednostňuje samo-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
statnost, dobrovolnou spolupráci
a úsudek studentů. Ve třídě panuje
příznivá atmosféra, která pomáhá
rozvíjet sociálně zralou osobnost
studenta. Studenti jsou podněcováni k samostatné činnosti a je u nich
podporována iniciativa.“ [1]
3.
Liberální styl (Laissezfaire, nezasahující, nejistý-toleratní,
pragmatický) tímto vyučovacím
stylem se zabývali Z. Zaborowski,
G. D. Fenstermacher, J. F. Soltis,
K. Lewin, R. Lippit, R. K. White,
M. Brekelmansová, J. Levy, T.
Wubbels, H. A. Creton, H. P. Hoomayers, R. Rodriguezová, T.
Wubbels, A. W. Aleck.
„Nejistě, lhostejně k okolí, stěžováním si na své osobní problémy,
takto lze popsat učitele vyučujícího
liberálním stylem. Na studenty
nejsou kladeny téměř žádné požadavky. Studenti jsou charakterizování nízkým výkonem, soustřeďují
se na vše ostatní, jen ne na výuku,
což se jeví jako chaotická výuka.
Studenti mívají nedostatečné
vědomosti, znalosti a dovednosti,
neplní zadané úkoly ani domácí
práce. Vědí totiž, že za neplnění
úkolů nemají žádný postih. Nejsou
dostatečně motivováni, což má za
následek, že aktivní jsou pouze
jedinci, kteří si sami kladou své
cíle. Ostatní spolužáci je vnímají
jako „šprty, hujery“. Učitel tak
nechtě ovlivňuje negativní klima ve
třídě.“ [1].
Mezi mnoha klasifikacemi můžeme rozeznat překrývající se typy,
60
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
někdy jen jinak pojmenované.
I když obvykle charakteristiky typů
nejsou formulovány totožně a bylo
by možné mezi nimi rozpoznat
menší rozdíly, popisují v podstatě
podobný typ.
Po celkové eliminaci vyučovacích stylů jsme, pojmenovaly hlediska klasifikací a rozdělily je
podle uvedených typů vyučovacích
stylů:
- Podle přístupu ke studentům:
autokratický, demokratický, delegátor, psychologický,
- Podle přístupu k výkladu látky:
teoretický, praktický, ekonomický
- Podle přístupu k novinkám odborným, pedagogickým.
- Podle přístupu k profesi učitele.
Pro adaptivní výuku nepoužijeme poslední dvě hlediska. U virtuálního učitele řídicího adaptivní elearningovou výuku předpokládáme profesionální vlastnosti. Z prvních dvou hledisek také nebereme
v úvahu typy pro výuku evidentně
nevhodné, jako typy liberální, náboženské, reproduktivní, nespokojené, plačky, kverulanty, ignoranty,
zběhy, podnikatele, tandemisty atd.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
žádný, jedná se pouze o jiné pojmenování stejných metod.
Nejpodrobněji vyučovací metodu definoval L. Mojžíšek [6], definoval ji jako „pedagogicky – specifickou didaktickou aktivitu subjektu
a objektu vyučování, rozvíjející
vzdělanostní profil žáka, současně
působící výchovně, a to ve smyslu
vzdělávacích a také výchovných
cílů a v souladu s vyučovacími
a výchovnými principy. Spočívá
v úpravě obsahu, v usměrnění aktivity objektu a subjektu, v úpravě
zdrojů poznání, postupů a technik,
v zajištění fixace nebo kontroly
vědomostí a dovedností, poznávacích procesů, zájmů a postojů.“
Z této definice jsme vycházely.
V současné době si na své přicházejí inovativní vyučovací metody, mezi něž patří diskusní metody,
situační metody, inscenační metody, didaktické hry, heuristické metody, výuka dramatem, metody
kritického myšlení,… Inovativním
metodám je věnována řada studií
(J. Dewey, W. Okón, G. Polya,
A. M. Maťuškin, I. Turek, B. S.
Stein, J. Maňák, I. Lokšová a J.
Lokša, T. Kotyrba a L. Lacina, T.
Zaťková a další).
Student ve výše uvedených vyučovacích metodách je ve výuce
činorodým činitelem celého učebního procesu, ve většině případů se
učí samostatným objevováním,
aktivně komunikuje se spolužáky,
učí se týmové práci, kooperaci atd.
4 Vyučovací metody
V literatuře a odborných publikacích se setkáváme se dvěma
označeními pro metody používané
ve výuce, o výukové a vyučovací
metody. Někteří autoři se přikládají
k výukovým metodám jiní zase k
vyučovacím. Rozdíl mezi nimi není
61
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
V současné době není do adaptivního e-learningu zakomponována většina inovativních metod, ale
v budoucnu se s touto možností
počítá.
„Mezi nejznámější pedagogy,
kteří se zabývali rozdělením vyučovacích metod, jmenujme G. A. Lidner, S. Vrána, E. Stračár, L. Mojžíšek, D. O. Lordkipanidze, Z. Pešek,
I. J. Lerner, M. Kořínek, J. Maňák,
M. A. Danilov, B. P. Jesipov, O.
Kádner, J. Hendrich, I. A. Kairov,
A. Vališová, J. Valenta, E. J. Golant, J. I. Perovskij, B. R. Joyce, E.
F. Calhounová…“. [2]
Na vyučovací metody můžeme
pohlížet také z různých hledisek –
z hlediska psychologického, procesuálního, z hlediska fáze výuky,
z aspektu logického, organizačního
nebo dle charakteru zdroje informací.
Stejně jako tomu bylo u vyučovacích stylů učitelů i zde vyplynulo, že někteří autoři vytvořili své
členění vyučovacích metod, jiní
autoři vycházeli ze svých předchůdců nebo v některých případech
použili totožné členění, kdy došlo
jen k záměně pořadí slov.
I vyučovací metody jsme seskupily podle aspektu klasifikace, synonym názvů a autorů, kteří se
vyučovacími metodami zabývali.
Jako ukázku uvádíme vyučovací
metody podle charakteru zdroje
informací.
Metody podle charakteru
zdroje informací (aspektu prame-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ne, pramene poznání, teoretickopraktické roviny, podle sdělování
poznatků) uvádí D. O. Lordkipanidze, E. Stračár, M. Kořínek, Z.
Pešek, E. J. Golant, V. Švec, J.
Maňák, A. Vališová a J. Valenta,
O. Kádner, M. A. Danilov a B. P.
Jesipov, Z. Pešek, J. Velikanič, J.
Maňák, I. Turek, D. Sitná.
1. Metody slovní
a) dialogické – beseda, rozhovor, diskuse, brainstorming,
dramatizace, dialog, brainwriting, Sokratovská metoda, Heuristická metoda,
snowballing, Buzz Groups,
debata, Case Study, Role
Play, Carousel, mentální
mapování, Goldfish Bowl,
seminář
b) monologické – přednáška,
výklad, popis vyprávění, vysvětlování, vyvozování, instruktáž, žákovský referát
2. Metody písemné – písemná
práce, písemné cvičení, kompozice, grafické práce
3. Metody knižní – samostudium
pomocí knih, práce s knihou,
s textovým materiálem, s elektronickým materiálem
4. Metody pozorování objektů
(názorné) – pozorování obrazů,
filmů, předmětů a jevů, předvádění modelů, pokusů, činností,
demonstrace obrazů a předmětů,
práce s obrazem, instruktáž, pokusy, statické demonstrace, dynamické projekce, exkurze, vy-
62
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
cházka, exkurzní demonstrace,
ilustrace
5. Metody praktické – technické
a laboratorní práce, zkoušení
s hodnocením, napodobování,
produkční metody, pohybové
a pracovní dovednosti, pracovní,
grafické a výtvarné činnosti,
myšlenkové úkoly objevného
charakteru, coaching-mentoring,
counseling
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
je speciální program. Grafické práce rovněž lze uplatnit v adaptivní
výuce, ale pouze reprodukční práce,
pro které již existuje software nebo
lze vytvořit software, který bude
schopný vyhodnocovat stanové
zadání virtuálního učitele. Reprodukční práce jsou takové práce,
jejichž výsledky lze porovnat pomocí speciálně vytvořených programů, např. zápis do notové osnovy, narýsování čtverce, doplnění
slov do vět atd.
Všechny metody knižní lze pro
učení uplatnit v adaptivním elearningu.
- práce s knihou – tištěná verze
(kniha, odborná učebnice, skripta, slovníky, encyklopedie,…),
- práce s textovým materiálem –
tištěná verze (sborník, prezentace, časopisy, vlastní poznámky),
- práce s elektronickým materiálem – elektronická verze (články na internetu, elektronické časopisy).
Z metod pozorování objektů lze
v adaptivním e-learningu uplatnit
- vizuální pomůcky (statická
demonstrace – obrázky, schémata, mapy, diagramy, naskenované fotografie, grafy a dynamická projekce – film, flash
animace, postupné zobrazování,
instruktáž),
- auditivní pomůcky (zvukové
záznamy – audionahrávky básní, poslech knih, četba v cizím
jazyce),
Dialogické metody spočívají ve
vzájemné komunikaci mezi dvěma
či více subjekty. V této fázi nepoužijeme do adaptivní výuky žádnou
z metod dialogických. Do budoucna se počítá s rozšířením LMS
Barborka, tak aby byl systém schopen využívat i dialogické metody.
Komunikační nástroje v LMS jsou
dvojího typu, komunikace mezi
spolužáky a komunikace s učitelem. Komunikační nástroje nejsou
vytvořený pro virtuálního učitele.
Monologické metody použijeme
všechny v adaptivním e-learningu,
a to speciálně ve výkladové části
učiva.
U písemných metod musíme
brát velký ohled na formu a obsah.
Písemná práce, písemná cvičení,
kompozice, čtvrtletní a pololetní
písemné práce nelze uplatnit
v adaptivní výuce, zatím virtuální
učitel neumí vyhodnotit obsah.
Diktáty lze v adaptivní výuce lze
použít, jedná se o přepis namluveného slova do textové podoby.
Správnost psaného slova zkontrolu63
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
-
audiovizuální pomůcky (spojení
zvukového záznamu s obrazem
– filmy, předměty a jevy, předvádění modelů, pokusů, činností),
- kybernetické pomůcky (programy pro počítače),
- multimediální a hypermediální
pomůcky (virtuální – exkurze,
vycházka, exkurzní demonstrace, pokusy).
Tvůrčí práce nelze většinou
uplatnit, protože nelze vytvořit
software, který by byl schopný
vyhodnotit stanovené zadání virtuálním učitelem. Tvůrčí práce jsou
takové práce, jejichž výsledky nelze porovnat žádným programem,
např. malování obrazů, tvorba skic,
atd.
Praktické metody lze natočit na
kameru a v adaptivní výuce pustit,
buď ve výkladových vrstvách, nebo
ve vrstvě motivační. V případě, že
bychom chtěli praktické metody
použít v testovací vrstvě, musíme si
uvědomit, jaké budou studentovy
výstupy. Grafické metody a výtvarné činnosti lze v adaptivní výuce
uplatnit. Tyto metody dělíme na
metody reprodukční a tvůrčí a platí
pro ně stejná pravidla, jaká byla
uvedena výše. Pracovní činnosti,
pracovní dovedností a laboratorní
činnosti nelze v adaptivní výuce
uplatnit, pokud se jedná bezprostředně o fyzickou činnost studenta,
kterou virtuální učitel nedokáže
vyhodnotit a posoudit. Nácvik pohybových dovedností ještě nelze
v adaptivní výuce uplatnit, ale po-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
mocí SW jako Wii nebo Xbox dokáže kamera snímat pohyb a vyhodnocovat situaci, a tak v brzké
době bude možnost v adaptivní
výuce uplatnit i metodu nácviku
pohybových dovedností.
5 Výukové opory pro adaptivní
výuku
Výukové materiály jsou rozděleny na elementární části. Každá
část je zpracována vícenásobně
v následujících variantách:
- varianty dle formy výkladu –
pro jednotlivé typy smyslového
vnímání (auditivní, vizuální, kinestetický a verbální),
- varianty dle hloubky výkladu –
pro různou míru podrobnosti
výkladu učiva.
Autor každý dílčí výukový materiál (rámec), vytvoří ve 12 variantách (4 druhy smyslového vnímání
a 3 hloubky v podání výkladu).
Dále se rámec ještě dělí na dílčí
vrstvy, vzájemně zaměnitelného
pořadí podle taktiky učení se studenta.
Do jednotlivých vrstev je vložen upravený studijní text, podle
výše uvedeného hlediska. Vrstvy
dělíme na:
- výkladové – teoretická, sémantická, fixační, řešené příklady
a praktická;
- testovací – otázky, úlohy a praktické úlohy;
- ostatní – cíle, motivační, navigační, literatura.
64
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Zopakujme, že po analýze pedagogických prvků je úkolem této
práce zabezpečit, aby výuková
opora pro adaptivní výuku a všechny její části byly zpracovány tak,
aby z nich bylo možno sestavit
oporu pro kterýkoliv typ studenta.
Pokud autor opory dodrží takto
zformulovaná doporučení (pravidla), výsledkem by byla opora
schopná jakékoliv adaptace.
Prvním úkolem je vybrat vhodné prvky pro e-learning a určit, pro
kterou část výukové opory jsou
vhodné. Možnosti jsou, že prvek je
vhodný:
- obecně pro celou oporu,
- pro některé smyslové varianty
opory,
- pro některé hloubkové varianty
opory,
- pro některé typy vrstev u všech
variant,
- pro některé typy vrstev některých variant.
Při psaní studijní opory používáme činná slovesa z Bloomovy
taxonomie, kterou modifikoval A.
Churches do digitální podoby.
Každý smyslový typ preferuje
jiná aktivní slovesa, která je tak
vhodné v jeho studijním materiálu
používat.
Názorná ukázka tvorby studijní
opory pro smyslovou variantu –
auditivní.
Auditivní smyslový typ
Student preferující auditivní
smyslový typ lépe reaguje na výklad látky, jsou-li v něm obsažena
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
následující slova: „slyšet, akcent,
alarmovat, bouřlivý, ječet, hovořit,
hluk, hlasitý, oznámit, volat, harmonie, formulovat, konstatovat,
naladit, dotazovat, doslech, výmluvný, diskutovat“ [4].
OBECNĚ pro celý výukový materiál (auditivní varianty) platí:
Výkladové vrstvy
Studijní materiál musí obsahovat informace v ústní i písemné
podobě.
Při tvorbě auditivních pomůcek je
nutné dbát na kvalitní přípravu –
dostatečná kvalita nahrávek (bez
šumu, praskání, slabá hlasitost).
Při nahrávání studijní opory doporučujeme dodržovat následující
pravidla:
- oslovování posluchačů,
- přiměřená hlasitost projevu, ani
příliš hlasitě, ani příliš potichu,
střídání ztlumeného a zesíleného
hlasu udržuje pozornost posluchačů, výklad nesmí být monotonní,
- správná intonace hlasu udržuje
pozornost posluchačů, umožňuje odlišovat podstatné informace
od nepodstatných informací,
- artikulace zabraňuje špatnému
pochopení informací,
- stabilita hlasového projevu zvýší důvěryhodnost přednášeného
slova,
- tempo řeči volte plynulé, dbejte
na správné dýchání, volte přiměřené pauzy (před/po sdělení
významné informace, při poskytnutí prostotu k zamyšlení),
65
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
-
používejte pestrost slov, synonyma, metafory,…
- věty volíme krátké, přímé, srozumitelné, můžete použít činné
věty, které výklad zpestří,
- omezte negativní výrazy a „slovní vsuvky“ (hmm, prostě, vlastně, jasné, tak,…),
- ve výkladu používejte příklady.
Testovací vrstvy
Zadání sloužící k testování studentů zadáváme v ústní podobě.
Ostatní vrstvy
Text je ztvárněny do ústní a písemné podoby.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
vzorce, pravidla,…) v širším/podrobnějším pojetí,
▪ ústní popis – jedná se o písemné vysvětlování konkrétního jevu, předmětu či věci.
Metoda je spojená s pozorováním (ukázkou) konkrétního jevu, předmětu či věci,
▪ metody pozorování – student
se zaměřuje na konkrétní
učební pomůcku (ukázku) či
aktivitu, kterou učitel aplikoval do výuky
• auditivní pomůcky (zvukové záznamy – audionahrávky básní, poslech knih,
četba v cizím jazyce),
• audiovizuální pomůcky
(spojení zvukového záznamu s obrazem – filmy, předmětů a jevů,
předvádění modelů, pokusů, činností),
• multimediální a hypermediální pomůcky (virtuální – exkurze, vycházka, exkurzní demonstrace, pokusy).
Fixační vrstva
- obsah: jinak zformulované
informace, které jsou propojeny
do širšího kontextu,
- forma:
auditivní,
písemná
a audiovizuální podoba,
doporučené vyučovací metody:
▪ ústní/písemný výklad,
▪ ústní popis,
▪ metody pozorování.
PODROBNĚ pro jednotlivé vrstvy
platí:
Teoretická vrstva
- obsah: jasně, výstižně, stručně
podané teoretické informace
(definice, lemmna, axiom, pravidlo, vzorec,…),
- forma: písemná a auditivní podoba.
Sémantická vrstva
- obsah: detailněji popsány informace, doplňující informace
k vrstvě teoretické výkladu je
podrobné vysvětlení – rozvinutější než v teoretické vrstvě,
- forma:
auditivní,
písemná
a audiovizuální podoba,
doporučené vyučovací metody:
▪ ústní/písemné výklad – jedná
se o část celku, prezentování
didaktické informace. Hlavním cílem je vysvětlování
učiva (definice, lemma,
66
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
cí), speciální otázky (programy,
které porovnávají originální řešení se studentovým výsledkem),
- forma odpovědi: písemná, auditivní a vizuální podoba,
- doporučené vyučovací metody:
- klasické písemné a grafické
zkoušky (denní písemné
úkoly, domácí práce, měsíční práce, klauzurní a státní
práce),
- klasické výkonné zkoušky
(referáty),
- přesné písemné a výkonové
zkoušky (běžné a orientační
testy a standardizované testy).
Řešené příklady
- obsah: příklady, které slouží
studentovi jako návod/postup
k řešení stanoveného příkladu,
- forma: auditivní, písemná a vizuální podoba,
- doporučené vyučovací metody:
- metody pozorování,
- ústní/písemný výklad,
- ústní popis,
- instruktáž.
Praktická vrstva
- obsah: příklady, které slouží
studentovi jako „motivace“
k aplikaci nabytých vědomostí,
znalostí a dovedností,
- forma: auditivní, písemná a vizuální podoba,
- doporučené vyučovací metody:
- metody pozorování,
- metody praktická
- ústní/písemný výklad,
- ústní popis.
Otázky, úlohy, praktické příklady
- obsah: jasně položené otázky,
které testují znalostí studentů,
- forma zadání: písemná (testy),
auditivní (diktáty), vizuální (neverbální test – mozaiky, vzory,
situace, kategorie, skládanky,
analogie), audiovizuální (hledání rozdílů se zvukovým komentářem) podoba,
- typy odpovědi: uzavřené otázky
(dichotomické, s výběrem jedné
odpovědi, s vícenásobným výběrem odpovědi, přiřazovací,
uspořádávající), otevřené otázky
(s vymezenou strukturou, struktura dána konvenci, doplňova-
Cíle
- obsah: přesně stanovené a formulované cíle nebo rámce, kterých má být po výuce dosaženo,
- forma: písemná podoba,
- doporučené vyučovací metody:
- písemný výklad.
Motivační vrstva
- obsah: motivující informace,
praktické příklady, které motivují nemotivované studenty,
- forma: auditivní, audiovizuální
podoba,
- doporučené vyučovací metody:
- vyprávění
- metody pozorování,
- instruktáž.
Navigační vrstva
- obsah: informace, které řídí studenta během procesu výuky,
- forma: auditivní a písemná podoba,
67
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
- doporučené vyučovací metody:
- instruktáž.
Literatura
obsah: seznam odborné literatury,
forma: písemná podoba.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ných pasáží. V 2. fázi se hlouběji
ponoří do studijního materiálu, dělá
si vlastní poznámky, podtrhává si
důležité pasáže v textu. Následuje
fáze opakování, kdy je studentovi
předložený test. Vyhodnocení
(zpětná vazba) však student dostane
okamžitě po každé testovací otázce
(jestli je odpověď správná/nesprávná, odkaz na studijní oporu, kde se
dozví více o dané problematice).
Takto prochází postupně celým
testem a zjišťuje, co umí, resp. co
ještě neumí. Poslední fáze má název autotestování. I v této fázi je
studentovi předložený test, který
však vyplňuje plynule a zpětná
vazba se mu zobrazí až na konci
celého testu. A právě v posledních
dvou režimech – opakování a autotestování – můžeme využit adaptivní elektronické testování.
Začlenění adaptivního testování
by mělo pozitivně ovlivňovat psychiku studenta. Výběr testovacích
úloh je přizpůsobený studentovým
vědomostem a znalostem, proto by
měl odpadnout strach z neúspěchu,
že nebude schopný vyřešit ani jednu testovací úlohu. Adaptivní testování se přizpůsobuje studentovi
také v rychlosti řešení testu, kde na
jednotlivou otázku má student dostatečné množství času k vyřešení
zadané úlohy. Na základě dostatečného časového vyhranění odpadá
strach z nestihnutí vypracování
testu.
Adaptivní testování probíhá ve
dvou fázích. První fáze obsahuje
6 Adaptivní testování
Princip fungování adaptivního
testování je následující. Úlohy
(praktické úlohy a teoretické otázky) se tvoří ve třech úrovních lehké
(jednoduché) – střední (průměrné)
– těžké (složité). Vytvořené úlohy
se uloží do adaptivního systému
(banka úloh). Individuální úlohy
mají různý stupeň náročnosti, podle
kterého jsou úlohy dále členěny do
jednotlivých kategorií. Každé zadání je upraveno podle preferující
smyslové varianty studenta. Adaptivní systém každému studentovi
vygeneruje zadání testu na střední
úrovni. Jestliže je student v testu
úspěšný, adaptivní systém mu nabídne úlohy z těžší kategorie.
V opačném případě, když je student
neúspěšný, adaptivní systém mu
nabídne úlohy z lehčí kategorie.
Protože každý student má jinou
úroveň vědomostí a znalostí, bude
při testování vypracovávat vlastní
individuální test z testovacího
okruhu.
Kde můžeme využít adaptivní
testování? Při učení se nového učiva student přechází jednotlivými
fázemi. V 1. fázi se obeznamuje
s novou látkou, zjišťuje strukturu
textu, všímá si nadpisů, zvýrazně68
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
výuky, který se skládá ze 3 částí –
modul Student, modul Autor
a modul Virtuální učitel. V kapitole
vyučovací styly jsme shromáždily
jednotlivé vyučovací styly a použily jejich charakteristické vlastností,
které lze zakomponovat do adaptivní výuky. Totéž jsme provedly
s vyučovacími metodami a použitelné vyučovací metody zakomponovaly do adaptivního e-learningu.
V páté kapitole byla podrobně popsána metodika pro tvorbu výukových adaptivních materiálu pro
studenty upřednostňující auditivní
smyslový typ při učení. V poslední
šesté kapitole jsme popsaly princip
a smysl adaptivního testování vědomostí a znalostí.
dotazníkové šetření. Student vyplní
dotazník, který se skládá ze tří částí
– sociální faktory, školní prostředí
a z učebního stylu studenta. V druhé fázi následuje samotné adaptivní
testování, k jehož realizaci je zapotřebí vytvořit velkou množinu zadání úloh. Na základě formální
klasifikace jsme roztřídily zadání
úloh na automaticky vyhodnotitelné
a automaticky nevyhodnotitelné.
Při kategorizaci úloh jsme vycházely z D. Tollingerové a vytvořily
jsme obsahovou klasifikaci s pěti
kategoriemi, které prezentují 5
stupňů náročnosti. V jednotlivých
kategoriích je zadání úloh s různými možnostmi řešení určené pro
konkrétní smyslové varianty.
Při tvorbě otázek vycházíme
z následujícího členění:
Typy otázek pro ZNALOST:
- otevřené otázky – s vymezenou
strukturou, struktura dána konvenci, doplňovací
- uzavřené otázky – dichotomické, s výběrem jedné odpovědi,
s vícenásobným výběrem odpovědi, přiřazovací, uspořádávající
- speciální otázky – programy,
které porovnávají originální řešení se studentovým výsledkem
Typy otázek pro DOVEDNOST:
- reprodukční – otevřené odpovědi, speciální odpovědi.
6 Literatura
[1] CZECZOTKOVÁ, B., KOSTOLÁNYOVÁ, K., ŠARMANOVÁ, J., Analysis of Teaching Styles
of Teachers in the Contex of Elearning. Information and Communication Technology in Education.
Ostrava: Ostravská univerzita,
2010. s. 111–115. [2010]. ISBN
978-80-7368-775-5
[2] CZECZOTKOVÁ B., KOSTOLÁNYOVÁ, K., ŠARMANOVÁ,
J. The Optimal Teaching Style
based on Variability of Study Materials. Brigthon Business School,
University of Brighton: Academic
Publishing Limited, 2011. s. 145–152.
[2011]. ISBN 978-1-908272-23-2.
[3] CZECZOTKOVÁ, B., PREXTOVÁ, T. Teaching algorithm in
7 Závěr
Příspěvek pojednává o adaptivní
výuce. V první části příspěvku jsme
se zabývaly adaptivním modelem
69
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
adaptive e-learning. Teaching algorithm in adaptive e-learning. Atheny:
GUIDE association, 2013. s. 1–10.
[2013-10-03]. ISBN 9788897772026
[4] ČINKA, Libor. Ovládněte svůj
mozek. Brno: BizBooks, 2012.
ISBN 978-80-265-0022-3.
[5] KOSTOLÁNYOVÁ, Kateřina.
Teorie adaptivního e-learningu.
první. Ostrava: Ostravská univerzita v Ostravě, 2012. ISBN 978-807464-014-8
[6] MOJŽÍŠEK, L. Vyučovací metody. Praha: Státní pedagogické
nakladatelství, n. p., 1988. 344. S
[7] PREXTOVÁ, T., CZECZOTKOVÁ, B. Adaptive testing of
student´s knowledge level. Adaptive testing of student´s knowledge
level. Atheny: GUIDE association,
2013. s. 1–8. [2013-10-03]. ISBN
9788897772026
[8] PREXTOVÁ, T. Use of the
Program Winsteps for Analyzing
Test Tasks and Test Persons. Procedia – Social and Behavioral
Sciences. 2012, s. 1077–1082.
[9] PRŮCHA, Jan; WALTEROVÁ,
Eliška; MAREŠ, Jiří. Pedagogický
slovník. Praha: Portál, 2001. 322 s.
ISBN 80-7178-579-2
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Mgr. Blanka Czeczotková
Katedra informačních a komunikačních technologií, Pedagogická
fakulta OU
Fr. Šrámka 3, 709 03 Ostrava
Tel: 597 092 631
E-mail:
[email protected]
www pracoviště:
http://pdf.osu.cz/kik/
Mgr. Tatiana Prextová
Katedra informačních a komunikačních technologií, Pedagogická
fakulta OU
Fr. Šrámka 3, 709 03 Ostrava
Tel: 597 092 631
E-mail: [email protected]
www pracoviště:
http://pdf.osu.cz/kik/
70
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
ANALYSIS OF TERM MEANING “COMPUTATIONAL
THINKING”
Daniel LESSNER
Resumé: Článek představuje koncept „computational thinking“ (CT). Tato
schopnost „myslet jako informatik při řešení problémů“ si v souvislosti
s výukou informatiky získává stále více pozornosti. V článku proto stručně
probereme a porovnáme několik odlišných vymezení CT, abychom mohli
koncept následně srovnat s kategoriemi českému čtenáři bližšími, totiž
s klíčovými kompetencemi a gramotnostmi.
Ve druhé polovině článku uvedená teoretická vymezení ilustrujeme množstvím příkladů použití CT v životě i ve výuce. Koncept CT poskytuje
vhodné východisko pro hledání toho, co v naší výuce „informatiky“ zaměřené na používání technologií chybí.
ANALÝZA VÝZNAMU POJMU „COMPUTATIONAL
THINKING“
Klíčová slova: computational thinking, informatické myšlení, didaktika
informatiky.
Abstract: The article introduces the concept of computational thinking
(CT). This ability “to think like a computer scientist while solving problems” draws more and more attention in relation to computer science education. We show and discuss a few definitions of CT. The concept can then
be compared to key competences and literacies as used in Czechia.
The second half of the article illustrates the theoretical specifications with
a variety of examples from both everyday life and school education. Our
“computer science” classes focus on ICT user skills. CT provides a convenient starting point for the quest for what is missing in our education.
Keywords: computer science education, computational thinking.
71
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
informatiku v primárním a sekundárním vzdělávání ve světě. Výuka
informatiky tak už nesměřuje jen ke
zvládnutí užívání ICT pro běžný
život a případná výuka programování neslouží primárně k ovládnutí
syntaxe jazyka a tvorbě programů.
Cílem je obdoba kultivace myšlení,
ke které má docházet např. ve výuce matematiky (vedle např. tréninku početních dovedností).
V češtině je ovšem o CT minimum
dostupných
informací.
V tomto článku jej proto blíže
představíme českým zájemcům.
Na stručný historický úvod navážeme ukázkou a srovnáním několika nejdůležitějších vymezení CT
od různých autorů. Dále stručně
prozkoumáme vztah CT s klíčovými
kompetencemi a gramotnostmi užívanými v českém prostředí1. Tuto
teoretickou diskusi doplníme ukázkami konkrétních situací a náměty
použitelnými ve výuce.
1 Úvod
Není nutno rozvádět, jak významně mění tvář světa rychle se
vyvíjející informatika. Ne každému
je ovšem zřejmé, že změny nepřicházejí jen díky technickému pokroku. Ve světě proto nabývá na
zvučnosti koncept computational
thinking (CT).
Pro začátek nám postačí představa CT jako schopnosti „myslet
jako informatik při řešení problémů“. Takto pojaté CT má být užitečné i mimo informatiku a snad
i univerzálně, tedy pro každého.
Balením školní brašny žák projevuje informatické myšlení, předběžně načítá (nebo spíš nakládá) do
pracovního úložiště. Maminka
myslí jako informatik, když zorganizuje jogurty v chladničce do prioritní fronty podle data spotřeby.
Výběr nejrychlejší fronty v supermarketu vyžaduje modelování výkonnosti. Telefonní linka fungující
i při výpadku proudu ukazuje redundanci a nezávislost selhání
v návrhu. V jednoduchých situacích
postačí „selský rozum“. Dále
v článku popíšeme i složitější situace, v nichž se už uplatní schopnost
použít znalosti z informatiky.
CT je pokusem uchopit právě
„to ono“, co při řešení (i neinformatických) problémů odlišuje informatiky a neinformatiky, a co se
často intuitivně snažíme při výuce
v žácích probudit a rozvíjet.
Takový koncept je v souladu
s převažujícím vývojem názorů na
1 Někteří čtenáři by možná čekali srovnání CT s Rámcovými vzdělávacími
programy jako takovými, tedy včetně
vzdělávacích oblastí, průřezových témat
atd. Souvislosti s CT bychom přirozeně
hledali především v oblastech matematika
a informatika. I rychlý pohled ale ukáže,
že není co zkoumat. Odhlédneme-li od
klíčových kompetencí, RVP ZV rozvoj
CT nezahrnuje. To není žádným překvapením, když si uvědomíme, že nezahrnuje ani výuku informatiky. Pro srovnání
doporučujeme slovenský Štátny vzdelávací program.
72
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Smyslem příspěvku je seznámit
čtenáře s konceptem CT a prozkoumat, jak může CT prospět
výuce informatiky na našich školách. Přirozeně totiž vyvstává otázka, jestli je CT jen jiný úhel pohledu na to, co už máme obsaženo
např. právě v klíčových kompetencích, nebo jestli přináší i něco nového a má smysl se jím dále zabývat – a snad najít i vhodný český
překlad.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
obojí pochopitelně na odpovídající
úrovni složitosti.
Článek původně nebyl určen
vzdělavatelům, ti si nicméně
všimli, že by CT mohlo pomoci
lépe uchopit vzdělávací cíle a aktivity v souvislosti s informatikou.
Pojmenovává totiž důležitou (a obtížně uchopitelnou) stránku výuky:
nikoliv použití technologií, nikoliv
dovednosti IT profesionálů, nýbrž
způsob přemýšlení, který si díky
informatice můžeme osvojit.
Wing do CT řadí širokou škálu
myšlenkových nástrojů. Na jedné
straně stojí samozřejmé rozložení
problému nebo jeho převedení na
jiný. Na druhé straně potom např.
i vyhýbání se uváznutí (deadlocku)
v distribuovaných systémech, resp.
skutečných situacích, které jimi lze
modelovat.
Uplatnění CT má podle Wing
umožnit lepší řešení starých (již
nějak vyřešených) problémů a také
řešení problémů, kterým by jinak
bylo nutno se vyhnout, nebo by na
ně jako na problémy k vyřešení
vůbec nebylo nahlíženo.
2 Původ CT
První použití sousloví computational thinking je připisováno
Seymouru Papertovi, autorovi původní verze programovacího jazyka
LOGO, určeného ke konstruktivistickému vzdělávání [1, 2], a jedné
z vůdčích postav iniciativy One
Laptop per Child. V článku [3]
Papert diskutuje, jaké změny přináší možnost využití počítačů do
výuky matematiky, pojem CT
nicméně dále nerozvíjí.
Současný zájem o CT spustila
Jeanette Wing z Carnegie Mellon
University (CMU) až článkem [4].
Představila v něm vizi CT jako
schopnosti podobně základní, jako
je čtení, psaní a počítání, a především podobně potřebné. Wing se
primárně nesnaží o rozšíření řad
uchazečů o studium informatiky.
Snaží se ukázat, že porozumění
informatice se hodí jak profesionálům napříč obory, tak při řešení
běžných každodenních problémů –
3 Vymezení CT
Definovat CT je podobně záludné, jako definovat klíčové kompetence či gramotnosti. Výsledky
jsou často buď neurčité a obtížně
použitelné pro samotnou výuku,
nebo sice dostatečně konkrétní, ale
tím pádem dlouhé a pravděpodobně
příliš úzké. V této části uvedeme
několik takových pokusů o vyme73
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
zení CT. Dosud totiž nebyla nalezena shoda na tom, jak CT definovat a strukturovat.
Jako první se podívejme na definici Jeanette Wing. V původním
vizionářském a tedy poměrně neurčitém článku žádnou nedává, místo
ní popisuje následující vlastnosti.
CT je dovednost základní, tedy
nutná pro plnohodnotné fungování
v moderní společnosti. Jde o způsob myšlení lidí, nikoliv strojů, CT
není mechanické. CT kombinuje
a doplňuje matematické a technické
myšlení. Používané modely jsou
matematické (jako v každé vědě),
jsou ale omezené konstrukčními
možnostmi strojů. Z druhé strany,
informatika je podobná technice,
protože produkuje nástroje interagující s fyzickým světem. Vytváří
si ovšem také světy vlastní, fyzikou
neomezené. Už v původním článku
autorka uvedla pozoruhodný rys
CT, který se v různých obměnách
objevuje i v dalších definicích: CT
samozřejmě zahrnuje konceptualizaci, vyžaduje ovšem uvažování na
několika úrovních abstrakce zároveň.
Až později jsme se dočkali definice od autorky v [5, 6]:
CT jsou myšlenkové postupy zapojené při takovém formulování
problémů a jejich řešení, které
umožní tato řešení efektivně provést
agentem zpracovávajícím informace.
Zmíněným agentem může být
jak stroj, tak člověk. CT obecně má
zahrnovat schopnosti
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
pochopit, které aspekty problému jsou řešitelné strojově;
• vyhodnotit shodu mezi informatickými prostředky a problémem;
• porozumět možnostem a omezením informatických prostředků;
• použít informatické prostředky novým způsobem či v nové situaci (nebo prostředky
přizpůsobit);
• použít informatické strategie
v jakékoliv oblasti.
Informatickým prostředkem se
zde rozumí jak technické nástroje,
tak abstraktní postupy a teoretické
výsledky.
Uvedený popis se vztahuje na
každého, autorka dále uvádí rozšíření pro vědce, techniky a další
profesionály. To se týká především
řešení problémů s pomocí velkých
dat a použití informatické terminologie. Připomeňme, že definice J.
Wing má fungovat obecně, není
určena do školství jako vzdělávací
cíl. Určení obsahu a dovedností
vhodných pro různé stupně vzdělávání je třeba hledat jinde.
Jedna z konkrétnějších a velmi
používaných definic pochází ze
spolupráce International Society
for Technology in Education
(ISTE) a Computer Science Teachers Association (CSTA) [7].
Téměř totožná definice se objevuje
v [8].
74
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
CT je postup řešení problému,
který zahrnuje mimo jiné následující charakteristiky:
• Formulovat problémy způsobem, který umožňuje jejich
strojové řešení
• Logicky uspořádávat a zkoumat data
• Reprezentovat data prostřednictvím abstrakcí, jako jsou
modely a simulace
• Automatizovat řešení pomocí
algoritmického myšlení (jako
posloupnost kroků)
• Odhalit, prozkoumat a provést možná řešení s cílem
odhalit nejúčinnější kombinaci činností a zdrojů
• Zobecňovat a přenášet tento
postup řešení problémů do
nejrůznějších dalších oblastí
Tyto dovednosti jsou podpořeny
předpoklady a postoji, které jsou
taktéž nezbytnou součástí CT:
• Sebejistota tváří v tvář složitosti
• Vytrvalost při řešení obtížného problému
• Snášení nejednoznačnosti
• Schopnost vypořádat se s otevřenými problémy
• Schopnost dorozumět se a spolupracovat s ostatními při
dosahování společného cíle
Oblíbenost této definice vyplývá
z její struktury. Charakteristika CT
je zde dostatečně konkrétní k tomu,
aby umožňovala plánování výukových aktivit. Mezi ostatními vyniká
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
tato definice také zahrnutím postojové části. Ta mimochodem dále
zpřesňuje, o jaké problémy se
v souvislosti s CT jedná, což je
opět velmi užitečné při plánování
výuky. Navíc si můžeme všimnout,
že uvedené postoje u nás cíleně
téměř nerozvíjíme.
Britská Královská společnost
formulovala svůj vlastní přístup:
CT je postup rozpoznávání informatických aspektů světa kolem
nás a využití informatických prostředků k porozumění a uvažování
o přirozených i umělých systémech
a procesech [9].
Definice je na velmi vysoké
úrovni, přitom je ale poměrně srozumitelná. Neopírá se příliš o termíny z informatiky, naopak zdůrazňuje roli CT v životě člověka
a roli informatiky jako přírodní
vědy pro zkoumání světa. Ve svojí
obecnosti je tedy v jistém protikladu k ostatním definicím. V pozadí
lze spatřit podobnou myšlenkovou
konstrukci, s jakou se setkáváme
v definici matematické gramotnosti, tedy (zkráceně) dostatečnému
porozumění matematice spolu se
schopností jej využít v běžném
životě (přesněji viz dále).
Následující vymezení nejsou
přímo zaštítěna vědeckou prací,
právě proto ale vhodně dokreslují
celkový obrázek. Vlastní web o CT
ve vzdělávání provozuje společnost
Google [10]. Kromě množství příkladů uvádí i svou definici:
75
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
CT zahrnuje sadu technik a dovedností k řešení problémů, které
při psaní běžně používaných aplikací (vyhledávání, email, mapy),
používají softwaroví inženýři. CT je
nicméně využitelné téměř v jakémkoliv předmětu. Součástí CT jsou
zejména:
• rozklad problému,
• rozpoznávání vzorů (např.
v grafech na burze, ale
i v procesech),
• zobecňování vzorů (tedy
vytváření abstraktních modelů),
• navrhování algoritmů.
Toto pojetí CT je nepochybně
přízemnější. Zdá se, že čerpá především z „řemesla“ kodérů a „vědu“ informatiků zcela pomíjí. Patrně ale není na místě v tom hledat
záměr „nemáme v Googlu dost
programátorů“. Je nutno mít na
paměti poněkud posunuté anglické
významy „computer science“
a „computing“ vůči české informatice. Google na svých stránkách
uvádí značné množství příkladů
výukových aktivit, které jsou programování velmi vzdálené (viz
níže). Navíc uvedené čtyři základní
složky nejsou nikterak triviální.
Tvoří přitom logický obecný rámec
řešení problémů.
Další odlišností uvedeného vymezení CT je výslovné zahrnutí
rozpoznávání vzorů jako jedné
z hlavních složek CT. To do konceptu velmi přirozeně zapadá a vede
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ke vzniku mnoha neobvyklých
a zajímavých výukových aktivit.
Posledním kamínkem mozaiky
vymezení pochází z webu Computer Science For Fun [11], který
provozuje Queen Mary University
of London. CT je podle jeho autorů
sada rozličných dovedností, které
souvisí s řešením problémů a vyplývají ze zkoumání povahy zpracování informace. Zahrnuje jak
dovednosti rozvíjené většinou předmětů (jako tvořivost, schopnost
vysvětlování a týmové práce), tak
i několik velmi specifických dovedností řešení problémů, jako schopnost logického, algoritmického
a rekurzivního myšlení.
Informatika má tyto rozličné
dovednosti jedinečným způsobem
spojovat. CT potom autoři rozkládají na další druhy myšlení: logické, algoritmické, efektivní, vědecké, a inovativní. Celkově ale
toto vymezení trpí právě odkazy na
další koncepty, které již ale nejsou
definované.
Na závěr této části vymezení
krátce srovnejme. Co se týče rozdílů, jsme svědky různé úrovně konkrétnosti, různě silného sepětí CT
a programování či CT a teoretické
informatiky.
Hledání společných znaků pak
odhalí především zaměření na řešení široké škály problémů, použití
abstrakce (často dokonce na několika úrovních zároveň), důraz na
znalost a tvůrčí použití principů
informatiky namísto znalostí uživa76
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
gramu pro základní vzdělávání2
a souvisejících dokumentů.
Jako první se přirozeně zaměříme na kompetenci k řešení problémů (KŘP). Podle očekávání najdeme s CT značný překryv. Popis
KŘP využívá slova a formulace
jako promyšlený systematický
postup, rozhodování, kritické myšlení, předvídání neočekávaných
situací, práce s informacemi, diagnostika chyb, překonávání neúspěchu a dokonce i zobecňování
výsledných řešení.
Přitom není informatika nikde
zmíněna výslovně. To je poněkud
škoda s ohledem na to, že matematika a logika výslovně uvedeny
jsou. Přitom je to právě informatika, která poskytuje nástroje pro
mnohé součástí KŘP, vč. výše
uvedených.
Vztah KŘP a informatiky je podobný vztahu KŘP a matematiky.
telských, přesahy do dalších oblastí
(logika, vyjadřování, práce v týmu,
ostatní přírodní vědy…) a snahu
o efektivitu výsledných řešení (vč.
posouzení vhodnosti strojového
řešení a jeho mezí). To vše má být
přitom návazné i na problémy každodenního života, a CT tak má být
součástí všeobecného vzdělání.
Snad je tedy nyní konkrétněji
patrné, co je myšleno spojením
„myslet jako informatik“. Šíře uvedených charakteristik CT by již
měla stačit k tomu, aby si o CT
čtenář udělal poměrně jasnou představu. Kromě toho si může vybrat,
které pojetí nejlépe odpovídá potřebám jeho žáků a výuky (popřípadě různé přístupy zkombinovat.
4 Klíčové kompetence a CT
Čeští učitelé se v současnosti
potýkají s dlouhou řadou kompetencí, gramotností a dalších poměrně abstraktních konceptů. Je proto
na místě vyjasnit, v jakém vztahu
k nim je CT. Přirozeně totiž vyvstává otázka, jestli není CT jen
jiný úhel pohledu na to, co už máme obsaženo např. právě v klíčových kompetencích, tudíž to ve
výuce rozvíjíme a koncept CT nepotřebujeme.
Výkladů pojmu klíčové kompetence najdeme v odborné literatuře
více [12], vzhledem k účelu článku
jsme se rozhodli přidržet výkladu
z Rámcového vzdělávacího pro-
2 Nutnost výběru je dána rozdíly a rozpory mezi jednotlivými dokumenty. RVP G
nahrazuje kompetenci pracovní z RVP
ZV kompetencí k podnikavosti. RVP S se
pak liší ještě výrazněji, když mezi klíčové
kompetence řadí i kompetence využívat
prostředky informačních a komunikačních technologií a pracovat s informacemi a kompetence matematické. To je
podstatné s ohledem na to, že CT je na
rozdíl od obecných klíčových kompetencí
na základní škole oborové, navázané na
obsah informatických předmětů. V dalším se proto omezíme na klíčové kompetence základní školy, které se týkají
největšího počtu žáků.
77
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Zvládnutí informatiky či matematiky jistě není postačující podmínkou
vysoké úrovně KŘP. Je ale jednoznačně podmínkou nutnou. Čtemeli specifikaci KŘP a rozumíme při
tom možnostem využití informatiky
pro řešení problémů, je souvislost
zcela zřejmá. Je však poněkud zarážející, že popis nepoužívá přiléhavou informatickou terminologii.
Důsledkem je, že většina uživatelů
popisu KŘP souvislost s CT neuvidí, není to totiž zvykem.
Je zároveň nutno dodat, že KŘP
ve skutečnosti CT důsledně nepokrývá. V popisu KŘP nenalezneme
nástroje jako modely či abstrakce
(což je samo o sobě zvláštní), ani
náznaky preference strojového, čili
algoritmického řešení. Podobně
chybí jasné hodnocení efektivity
různých řešení.
Tyto skutečnosti samozřejmě
nic nemění na tom, že KŘP je patrně nejsilnějším pojítkem CT a RVP
a že výuka informatiky pojaté jako
rozvoj CT může významně posilovat KŘP.
Celkem logicky a očekávaně nalezneme souvislosti CT s kompetencemi k učení a pracovní. V příslušných popisech uváděné plánování, provádění a hodnocení
učebních i pracovních postupů
přímo souvisí s algoritmickou
stránkou CT.
Neměli bychom ovšem přehlédnout kompetenci komunikativní
(KK). Komunikace je ve velmi
úzkém vztahu s pojmem informace,
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
na kterém informatika (a tím i CT)
stojí. Práce s informací je koneckonců součástí KK (byť bez ohledu
na otázky kódování či efektivity).
Součástí CT je i schopnost používat rozličné formální jazyky, ať
už pro přesnou komunikaci s lidmi,
nebo pro komunikaci přímo se
stroji. Tento zásadní aspekt ovšem
KK zcela pomíjí (kromě dále nerozpracované zmínky o symbolických prostředcích).
KK je celá vystavěna kolem
mezilidské komunikace přirozeným
jazykem. Dokonce i část věnovaná
(uživatelskému) použití ICT předpokládá především komunikaci
mezi lidmi. Přitom mnoho zákonitostí funguje v obou oblastech stejně právě proto, že jde o výměnu
informací, bez ohledu na to, jestli
některá strana komunikace žije.
Celkově lze konstatovat, že klíčové kompetence pokrývají pouze
základy CT. Na druhé straně se CT
jeví jako vhodný prostředek k jejich
rozvoji. Je v pořádku, že se specifikace jednotlivých kompetencí na
informatiku (případně CT) přímo
neodkazují, jsou koneckonců jako
nadoborové zamýšleny. Je proto
ovšem třeba věnovat zvláštní pozornost při interpretaci popisů,
abychom na příslušné součásti CT
nezapomínali.
5 Gramotnosti a CT
Podívejme se dále krátce na
vztah CT a některých gramotností.
RVP s nimi sice přímo nepracují,
78
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
přesto se nimi ve školství setkáváme [13]. Jako nejbližší CT se může
jevit ICT gramotnost. Ta se ovšem
zaměřuje především na použití ICT.
Sice do ní spadá i zpracování informací, ale zdaleka ne tak pokročilé, jaké očekáváme v CT. Zjednodušeně lze říci, že se CT a ICT
gramotnost překrývají do té míry,
do jaké je třeba pro CT skutečně
využít techniku.
Mnohem zajímavější (a bližší)
je vztah CT k matematické gramotnosti. Připomeňme definici [13]:
Matematická gramotnost je
schopnost jedince poznat a pochopit roli, kterou hraje matematika ve
světě, dělat dobře podložené úsudky
a proniknout do matematiky tak,
aby splňovala jeho životní potřeby
jako tvořivého, zainteresovaného
a přemýšlivého občana. Záměnou
několika slov se můžeme dostat
překvapivě blízko CT. Totéž platí
i pro podrobný popis složek matematické gramotnosti.
Na místě je proto otázka, kde
leží hranice matematické gramotnosti a CT. Přeložíme-li si doslovně
anglický výraz computational, nejde o velké překvapení. Hranice je
tedy daná prakticky tím, kde chápeme hranici mezi (školskou) matematikou a informatikou. V kontextu vzdělávání lze zjednodušeně
říci, že se matematika soustředí
spíše na zadání a správný výsledek,
kdežto informatika se soustředí
spíše na samotný proces hledání
toho výsledku a jeho zobecnění pro
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
celou třídu problémů. Opět zjednodušeně, v matematice algoritmy
používáme, zatímco v informatice
je hledáme a zkoumáme.
Odtud se pak obě vědy rozchází
a začínají řešit odlišné druhy otázek. Jak už bylo uvedeno, informatika se omezuje na fyzicky realizovatelné
a
automatizovatelné
modely. Navíc je žádoucí, aby realizace modelů byla efektivní.
Uvedené rozdíly snadno nahlédneme např. z obsahu učebnic,
z typických úloh a dalších učebních
aktivit a z hodnocených dovedností.
CT se tedy odlišuje zaměřením
(efektivita a algoritmičnost řešení)
a tím pádem někdy pokročilejším
a abstraktnějším obsahem. Základní
cíl, totiž úspěšné řešení problémů,
ale s matematickou gramotností
sdílí. Vzhledem k již existujícím
výsledkům na poli výzkumu matematické gramotnosti by bylo zajímavé vyzkoušet podle jejího vzoru
strukturovat CT (situace a kontexty,
kompetence, obsah).
Za zmínku stojí také vztah CT
a přírodovědné gramotnosti, vzhledem k tomu, že informatika je přírodní věda. Opět se opakuje situace, že informatika, pokud čteme
pozorně, vlastně zahrnuta je, ovšem
nikoliv výslovně. Překryv tedy
najdeme do té míry, do jaké informatika (a tím i CT) používá metody
přírodních věd uvedené v popisu
přírodovědné gramotnosti.
Informatika (stejně jako ostatní
přírodní vědy) pak používá i postu79
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
py v popisu z nějakého důvodu
neuvedené, především simulaci
a modelování.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Roger Dannenberg si měl stejně
jako ostatní členové kapely vybrat
daných asi 40 skladeb pro daný
večer z neseřazené složky asi dvou
set. Všichni ostatní začali postupně
procházet složku a po jednom hledat a vybírat skladby. R. Dannenberg se rozhodl seřadit 200 skladeb
v čase O(N·log(N)) a teprve potom
najít hledané skladby, tedy už
v čase
O(M·log(N)),
namísto
O(M·N), tak jako ostatní (N je velikost složky, zde 200, M je počet
hledaných skladeb, tedy 40). Sice
pořád ještě řadil, zatímco ostatní
byli zpola hotovi a podivovali se
jeho počínání, skončil nicméně jako
první.
Poznamenejme, že v takové situaci nestačí použít heuristiku
„vždycky je lepší je řadit“ nebo
horní odhady složitosti. Pokud totiž
nejsou vstupy přesvědčivě veliké
nebo nemáme dostatečnou zkušenost, není ihned zřejmé, jestli řazení není zbytečná práce. Kdyby byl
rozdíl v počtu skladeb k vyhledání
a počtu skladeb ve složce výraznější, mohlo by být rychlejší přímo
hledat. Dále je nutno si uvědomit,
že O(M·N) zde nelze ztotožnit
s M·N, pravděpodobně bychom
totiž náš odhad o 100 % nadhodnotili. Trvání úkonů při řazení a při
hledání není jednoduše zaměnitelné. Další otázkou je vhodná volba
řadicího algoritmu pro dané podmínky (tedy řazení nikoliv čísel
v paměti, ale papírů v lidských
rukách). Pochopitelně platí, že čím
6 Příklady ze skutečnosti
Příklady použití CT v běžném
životě mohou být zcela jednoduché.
Učitel tance na konci lekce vyzývá
k přihlášení zvednutím ruky ty
páry, kterým vyhovuje páteční
termín závěrečného plesu, a spočte
zvednuté ruce. Následně se ptá,
komu vyhovuje termín sobotní. Ke
zvednutí ruky ale již vyzývá jen
dámy. Učitel tance právě na okamžik zauvažoval jako informatik
a uvědomil si, jak zkrátit čas počítání přibližně polovinu.
Ihned se nabízí dvě námitky.
První: není to matematika? Není.
Matematicky jsou správně oba
postupy, oba dávají správný výsledek. Při výuce matematiky se
zkoumáním efektivity vyučovaných
postupů zabýváme velmi zřídkakdy.
Námitka druhá: učitel tance
k tomuhle nemusí být informatik,
stačí mu přece zdravý rozum. Ano.
Tak jako v případě ostatních předmětů, i informatické problémy lze,
pokud jsou jednoduché, správně
vyřešit intuitivně. Odpověď leží
v kvalitě života, které chceme dosahovat. Jistě lze šťastně žít i bez
CT. V principu podobně, jako lze
šťastně žít bez dovednosti číst, psát
a počítat.
Ukažme si nyní příklad složitější [5]. Trumpetista a informatik
80
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
větší problém je, tím častěji převáží
(správně použitá) obecná informatická teorie nad konkrétními okolnostmi.
A nakonec si položme otázku,
jestli by nebylo bývalo lepší celou
úlohu obrátit naruby. Postupně
projít složku a pro každou skladbu
(kterou stejně vezmeme do ruky
a přečteme její název) zkontrolovat,
jestli se se nachází v předem seřazeném seznamu 40 vybraných
skladeb. Celkově potřebujeme čas
O(M·log(M)) na seřazení seznamu
a O(N·log(M)) na vyhledání vybraných skladeb, tedy řešení v tomto
případě ještě lepší. Navíc je toto
řešení obecně lepší častěji, tedy ve
více obdobných situacích.
Tyto úvahy měly ukázat, že
k efektivnímu vyřešení problému
nepostačí pouhé znalosti informatiky. Je nutno jako informatik přemýšlet, znalosti použít i v nových
situacích. Zahrnutí tradičního obsahu vědní informatiky do výuky
proto samo o sobě CT nutně nerozvíjí. Výpočet očekávané složitosti
Quick Sortu není rozhodující (byť
užitečný) v situaci, kdy je hlavním
omezením efektivity fakt, že máme
k dispozici pouze dvě ruce.
Podívejme se nyní na odbornější
příklady využití CT. Článek [14]
uvádí množství prací, které využívají prorůstání biologie a informatiky. Pěknou ukázkou je práce [15].
Dobrovolníci zasílají nahrávky
zpěvu strnadů z různých míst republiky. Nahrávky jsou pak analy-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
zovány a zkoumá se, jak se na různých místech liší nářečí strnadů.
Bez digitální techniky by byl takový sběr dat nemyslitelný. Tisíce
nahrávek jsou ovšem, navzdory
dnešním možnostem, klasifikovány
ručně.
Na závěr této části uvedeme
vážnější příklad [16]. Je jedním
z výsledků výzkumu CT na CMU.
V USA každoročně smrtelně onemocní 30 000 lidí, kterým by pomohla transplantace ledvin. Často
se v rodině najde ochotný, ale nekompatibilní dárce. Proto má smysl
hledat vzájemné kombinace dárců
a příjemců tak, aby bylo zachráněno maximum životů. Řešení, které
není nejlepší, nebo které je nalezeno pozdě, znamená, že zemře někdo, kdo zemřít nemusel.
Zapojení CT na straně organizátorů dárcovského systému vedlo
k rozpoznání problému a posouzení
jeho řešitelnosti. Následná spolupráce s informatiky vedla ke kvalitativnímu zlepšení situace. To přitom nespočívá v nějakém technickém zařízení. Spočívá v chytřejší práci s dostupnými informacemi.
7 CT ve výuce informatiky
Následující příklady už více či
méně souvisí se školní výukou.
Zařazení CT do výuky informatických předmětů je poměrně přímočaré. Výuku je třeba rozšířit o pokročilejší informatická témata (na
odpovídající úrovni obtížnosti),
81
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
jako jsou efektivita a omezení informatiky.
Výše jsme již ovšem ukázali, že
samotné zařazení příslušných témat
nestačí. Je třeba zauvažovat o tom,
nakolik zahrnutá témata k rozvoji
CT skutečně přispívají. Jiným příkladem může být výuka „programování“: od výuky algoritmizace
jako metody řešení problémů
a způsobu nahlížení na svět je
v praxi velmi snadné sklouznout
k výuce programování jako zapisování programů v programovacím
jazyce. Do diskusí o prvním programovacím jazyce se pak vkrádají
nesouvisející argumenty, jako kolik
procent programátorů daný jazyk
využívá v práci. Koncept CT nám
dává možnost si takový posun uvědomit a napravit.
Může se tak ukázat, že pokud je
naším cílem seznámit žáky s ideou
omezené množiny příkazů, rozhodování, opakování, rekurzivního
volání či ladění, postačí jednoduchý
robotanik [17]. S nejmladšími žáky
lze pracovat např. v prostředí šachové Figurkové školičky [18].
Odlišný typ zkušenosti nabízí výuka s pomocí robotů.
Prvotní inspiraci mimo programování jako takové lze pak hledat
např. v archivu úloh dostupném na
webu Bobříka informatiky. Úlohy
z bobříka ukazují, jak mohou informatické principy pomoci k efektivnímu řešení problémů i mimo
tradičně vnímanou oblast informatiky. Příznačné jsou pak některé
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
reakce učitelů i soutěžících, které
způsob přemýšlení nutný pro řešení
úloh vůbec nespojují s informatikou [19].
Ucelenějším materiálem pro výuku je celosvětově úspěšná sada
aktivit Computer Science Unplugged [20], která zábavným a zároveň
odborně správným způsobem představuje informatiku i nejmladším
dětem. Skutečnost, že předmětem
zkoumání informatiky nejsou počítače, ujasňují aktivity CSU jednoduše tím, že počítače nevyužívají.
Novozélandský tým stojí také za
učebnicí [21], která je určena pro
práci se staršími žáky. Její přínos
spočívá ve zpřístupnění mnoha
partií informatiky, které např.
v Česku někdy považujeme za příliš náročné.
8 CT ve výuce mimo informatiku
Pro náš článek je zajímavější
zapojení CT v neinformatických
předmětech. Cílem přitom není
udělat z žáků informatiky. Začneme
několika doporučeními.
Prvním krokem k zařazení CT je
položit si otázku: Jak lze probírané
problémy efektivně řešit v dnešních
podmínkách? Tradiční metody
práce (hledání v papírovém slovníku, ruční řešení soustavy rovnic)
samozřejmě neztrácí svůj didaktický význam. Žáci se ale musí seznámit i s tím, jak se daná činnost
řeší ve skutečnosti, včetně toho,
jaké další problémy z daného oboru
lze díky informatice řešit (např.
82
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
cílené navrhování makromolekul
s žádanými vlastnostmi). Nejčastější použití CT mimo informatické
předměty souvisí s pokročilou analýzou rozsáhlých dat, modelováním
a simulacemi. Simulace jsou koneckonců
vedle
experimentů
a teorie považovány za třetí pilíř
vědy [22]. Další informace k zapojování CT do výuky nalezneme
v [23].
Rozvoj CT v neinformatických
předmětech není na jejich úkor,
naopak. Informatický pohled na
dané téma žákům umožní hlubší
pochopení souvislostí. Např. v biologii se tak nutně budou ptát, jak
přesně spolu souvisí genetická
informace v buňce a částečná informace v pohlavní buňce: jak jsou
vybrány ty části? Podobně, od rodičů sice dědíme geny, přitom nám
ale předávají celé chromozomy,
kterých je o mnoho řádů méně. Jak
je to tedy s výslednou rozmanitostí?
Různé úrovně abstrakce si přeci
musí odpovídat. Zapojení CT tedy
umožňuje také odhalování miskonceptů. Dalším nástrojem jejich
odhalování je samostatná formulace
probíraných postupů jako algoritmů
(např. hledání kořenů kvadratické
rovnice formou vývojového diagramu).
Bez ohledu na předchozí je pak
důvodem pro rozvoj CT v neinformatických předmětech fakt, že se
CT, tedy aspoň za zdmi škol, stalo
jejich přirozenou součástí. Chce-li
tedy žák oboru plně porozumět,
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
popř. se jím zabývat ve svém dalším životě, neobejde se bez příslušných souvislostí (např. jazykové
korpusy a strojové překlady, geografické informační systémy, simulace a modelování, sběr a vytěžování velkých dat atp.).
Konkrétní příklady uvedeme
záměrně méně obvyklé, abychom
tak naznačili šíři dostupných možností. Začněme v oblasti Člověk
a svět práce. Rozvíjet CT lze snahou o optimalizaci pracovních postupů. Jak nejlépe zorganizovat
obsah ledničky? Jak nejlépe zorganizovat vybavení kuchyně? Co
znamená „jak nejlépe“? Jde o ušetřený čas při práci, snadný úklid, co
nejvíce ušetřeného prostoru? Každý
může mít svoje priority a z nich
vyplyne optimální organizace. Přínos spočívá v uvědomělém a promyšleném rozhodování: „přestože
jsem od maminky zvyklý jinak,
uložím mléko do dveří ledničky,
protože je tam snáz dostupné, takže
ušetřím čas.“ U pracovních postupů
(recepty, konstrukční návody) můžeme nechat žáky uvažovat nad
závislostmi jednotlivých úkonů.
Které z nich je nutno dělat v daném
pořadí? Které lze dělat zároveň?
Kolik kamarádů mi může pomoci?
Jak můžeme být nejrychleji hotovi?
Na tyto přirozené otázky následně
hladce naváže látka informatiky,
která umožní žákům získané intuitivní poznatky strukturovat, zobecnit a dát do souvislostí.
83
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
o každém adjektivu říci, jestli samopopisné, či nikoliv. Jaké je tedy
„samopopisné“? Jedná se o selfreferenční paradox podobný např.
paradoxu lháře. Paradox lháře patří
sice na první pohled do logiky a ne
do informatiky, ale jen dokud si
neuvědomíme, že je informatika na
logice postavena.
Kromě toho hraje paradox lháře
důležitou úlohu při zkoumání problému zastavení3 a tím tedy i hledání odpovědi na otázku, co vypočítat lze, a co už nikoliv. To je
klíčové téma informatiky a pochopitelně i CT. Můžeme odhadovat,
že žáci, kteří se již nad paradoxem
zamýšleli, snáze porozumí i pozdějším úvahám, již přímo souvisejícím s problémem zastavení. Proto
uvedený paradox řadíme mezi příklady rozvoje CT.
Podobně důležitý je v informatice fakt, že algoritmy s exponenciální časovou složitostí jsou v praxi
často k ničemu. Tomu lze ovšem
mnohem snáz porozumět na základě předchozí zkušenosti s exponenciálním vývojem a jeho rychlostí
(i mimo informatiku).
Množství dalších námětů pro
různé předměty a různé věkové
skupiny uvádí [10, 26, 27]. Jako
příklady zde zmíníme modelování
Ve výtvarné výchově lze pracovat s fraktálními ornamenty – ať už
ručně, nebo s pomocí technologií
[24]. Kromě toho, že jsou výsledky
samy o sobě esteticky hodnotné,
přímá zkušenost žáků s rekurzí jim
nenásilně zprostředkuje několik
zásadních poznatků. Dá překvapivě
hodně práce (resp. počítači dlouho
trvá) dostat se byť do malé hloubky. Složité útvary lze někdy překvapivě jednoduše popsat. Tím
pádem ovšem není jednoduše vidět,
k jakému výsledku daný popis
vede.
V matematice se lze věnovat
problémovým úlohám a přípravě na
jejich informatické řešení. Zakreslení stavového prostoru úlohy
o převozníkovi hlídajícím vlka,
kozu a zelí či úloh o přelévání žákům ukáže jiný pohled na řešení
problémů. Aniž by bylo nutno hned
probrat algoritmy procházení grafů,
žáci zjistí, že ač se to zprvu nezdá,
lze postupovat systematicky. Talent
pak není podmínkou úspěchu při
řešení, žáci poznávají, že k němu
vede i správně nasměrovaná a zorganizovaná píle.
Dalším netradičním příkladem
budiž řešení Grelling-Nelsonova
paradoxu [25], který lze pojmout
jako jazykové cvičení. Přídavná
jména jako „libozvučné“, „konečné“ či „pětislabičné“ můžeme považovat za samopopisná, tedy popisující sama sebe. Adjektiva
„jednoslabičné“ či „anglické“ samopopisná nejsou. Zdá se, že lze
3 Self-referenci podle vzoru paradoxu
lháře využíváme ke konstrukci stroje,
který ukáže, že předpoklad řešitelnosti
problému zastavení vede ke sporu.
84
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
jsou ty, které nedovedeme řešit
přímočaře a mechanicky, a je tedy
nutno uplatnit tvůrčí lidskou mysl.
Zároveň jsou to právě ty problémy,
kterým se ve výuce mnozí žáci
(někdy spolu s učiteli) rádi vyhnou.
Považujeme-li za základní dovednost počítání, měli bychom
s ohledem na vývoj lidského
poznání uvažovat o přijetí CT mezi
základní dovednosti. Lze na něj
nahlížet jako na rozšíření počítání
ve svém nově objeveném významu,
totiž zpracování informací.
CT umožňuje racionální rozhodování i v obtížnějších situacích
a pomáhá dopady našich rozhodnutí
předvídat.
Znásobuje
možnosti každého člověka ve světě,
ve kterém roste význam informací
a kde je výpočetní technika všudypřítomná. Pomáhá přitom technickému vývoji, jeho důsledkům,
rychlosti, i principiálním limitům
porozumět. To se může ukázat jako
zásadní mj. pro správné kariérní
rozhodnutí [28].
Schopnost automatizovat řešení
problémů člověka v konečném
důsledku osvobozuje, umožňuje mu
totiž zacházet se svým časem podle
svého přání.
Ve světle v článku uvedených
informací proto pokládáme otázku:
jak si přeložíme computational
thinking?
přepisu DNA na proteiny, zaplňování orbitalů, radioaktivního rozpadu, letu balistických střel, zkoumání (hypotetické či skutečné) černé
skříňky, kódování a šifrování, skupinovou tvorbu příběhu s následným hledáním a odstraňováním
logických nesrovnalostí, odvození
gramatických
pravidel
(např.
z ukázkových dat) a jejich algoritmickou formulaci.
9 Závěr
Jak nám tedy může koncept CT
prospět? Ve výuce informatiky nám
pomáhá oprostit se od zaměření na
konkrétní technologie a jejich
užívání. Může posloužit jako rámec
pro strukturování a formulování
pokročilejších
kognitivních
vzdělávacích cílů.
Dále CT osvětluje význam
informatiky pro ostatní obory,
souvislosti předmětů mezi sebou
i s životem mimo školu. Dává tak
vyučujícím různých předmětů
půdorys pro diskuse a spolupráci.
Za hlavní důvod pro zapojení CT
do jejich výuky (kromě aktualizace
látky) lze přitom považovat snahu
o prohloubení porozumění probíraným jevům.
Cílem rozvoje CT na školách
není výchova populace programátorů. CT je v různé míře
užitečné pro každého. Umožňuje
řešit problémy, jejichž rozsah
a složitost je překážkou řešení
jiným způsobem. Navíc právě
otevřené a komplexní problémy
85
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teachers Association (CSTA).
2011. Dostupné z:
http://csta.acm.org/Curriculum/sub/
CurrFiles/CompThinkingFlyer.pdf
[8] STEPHENSON, Chris a Valerie
BARR. Defining Computational
Thinking for K-12. CSTA Voice.
2011, vol. 7, no. 2, pp. 3–4.
[9] FURBER, Steve. Shut down or
restart? The way forward for computing in UK schools [online].
London: The Royal Society, 2012.
Dostupné z:
http://royalsociety.org/uploadedFile
s/Royal_Society_Content/educatio
n/policy/computing-inschools/2012-01-12-Computing-inSchools.pdf
[10] GOOGLE, Inc. What is CT?
Exploring Computational Thinking
[online]. [cit. 2013-10-28]. Dostupné z:
http://www.google.com/edu/compu
tational-thinking/what-is-ct.html
[11] CURZON, Paul, Peter
BLACK a Jonathan MCOWAN.
What is Computational Thinking?
Computer Science for Fun [online].
[cit. 2013-10-28]. Dostupné z:
http://www.cs4fn.org/computationa
lthinking/index.php
[12] BELZ, Horst a Marco SIEGRIST.
Klíčové
kompetence
a jejich rozvíjení. Praha: Portál,
2001.
10 Literatura
[1] PAPERT, Seymour a Idit HAREL. Situating Constructionism.
In: Constructionism. Ablex Publishing Corporation, 1991, p. 193–
206.
[2] BLAHO, Andrej a Ivan KALAŠ. Imagine Logo – programování pro děti. Brno: Computer
Press, 2006.
[3] PAPERT, Seymour. An Exploration in the Space of Mathematics
Educations. International Journal
of Computers for Mathematical
Learning. 1996, Springer, vol. 1,
no. 1, pp. 95–123.
[4] WING, Jeannette M. Computational thinking. Communications
of the ACM. 2006, vol. 49, no. 3,
pp. 33–35. ISSN 00010782.
[5] WING, Jeannette M. Computational Thinking: What and Why?
[online]. 2010 [cit. 2013-10-28].
Dostupné z:
https://www.cs.cmu.edu/~Comp
Think/papers/TheLinkWing.pdf
[6] CUNY, Jan, Larry SNYDER
a Jeannette M. WING. Demystifying Computational Thinking for
Non-Computer Scientists. 2010
[7] Operational Definition of Computational Thinking for K-12 Education [online]. B. m.: International
Society for Technology in Education (ISTE) a Computer Science
86
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[13] KOLEKTIV. Gramotnosti ve
vzdělávání [online]. Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, 2010. ISBN 9788087000410.
Dostupné z:
http://www.nuv.cz/uploads/Publika
ce/vup/Gramotnosti_ve_vzdelavani
11.pdf
[14] NAVLAKHA, Saket a Ziv
BAR-JOSEPH. Algorithms in nature: the convergence of systems
biology and computational thinking. Molecular Systems Biology.
2011, vol. 7, no. 546.
[15] DIBLÍKOVÁ, Lucie. Pták
roku 2011: zapojení veřejnosti při
analýze regionální variability ptačího zpěvu. B. m., 2013. Univerzita
Karlova v Praze.
[16] ABRAHAM, David J, Avrim
BLUM a Tuomas SANDHOLM.
Clearing Algorithms for Barter
Exchange Markets: Enabling Nationwide Kidney Exchanges. In:
Proceedings of the 8th ACM conference on Electronic commerce.
New York, NY, USA: ACM, 2007,
p. 295–304.
[17] JARUSEK, Petr a Radek PELÁNEK. A web-based problem
solving tool for introductory computer science. In: Proceedings of
the 17th ACM annual conference
on Innovation and technology in
computer science education –
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ITiCSE ’12. New York, New York,
USA: ACM Press, 2012, p. 371.
ISBN 9781450312462.
[18] KOŘENOVÁ, Martina. Figurková školička [online]. 2006
[cit. 2013-10-28]. Dostupné z:
http://skolicka.figurka.net/
[19] LESSNER, Daniel a Jiří VANÍČEK. Bobřík učí informatiku.
Matematika – fyzika – informatika
[online]. Praha: Prometheus, 2013,
vol. 22, no. 5, pp. 374–382. Dostupné z:
http://mfi.upol.cz/index.php/mfi/art
icle/view/92/105
[20] BELL, Tim, Ian H WITTEN,
Mike FELLOWS, Robyn ADAMS
a Jane MCKENZIE. Computer
Science Unplugged: An enrichment
and extension programme for primary-aged children [online]. 2006.
Dostupné z: http://csunplugged.org/
[21] BELL, Tim a Jack MORGAN.
Computer Science Field Guide
[online]. 2012 [cit. 2013-10-28].
Dostupné z:
http://www.cosc.canterbury.ac.nz/c
sfieldguide/
[22] WILSON, Kenneth G. Grand
challenges
to
computational
science. Future Generation Computer Systems. 1989, vol. 5, no. 2–
3, pp. 171–189 [cit. 2013-10-28].
ISSN 0167739X.
87
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
[23] LEE, Irene, Fred MARTIN,
Jill DENNER, Bob COULTER,
Walter ALLAN, Jeri ERICKSON,
Joyce MALYN-SMITH a Linda
WERNER. Computational thinking
for youth in practice. ACM Inroads.
2011, vol. 2, no. 1, p. 32. ISSN
21532184.
[24] SCHACHMAN, Toby. Alternative programming interfaces for
alternative programmers. In: Proceedings of the ACM international
symposium on New ideas, new
paradigms, and reflections on programming and software – Onward!
’12. New York, New York, USA:
ACM Press, 2012, p. 1. ISBN
9781450315623.
[25] GRELLING, Kurt a Leonard
NELSON. Bemerkungen zu den
Paradoxien von Russell und BuraliForti. In: Abhandlungen der
Fries’schen Schule II. 1907,
p. 301–334.
[26] DWYER, Hilary, Bryce BOE,
Charlotte HILL, Diana FRANKLIN a Danielle HARLOW. Computational Thinking for Physics: Programming Models of Physics Phenomenon in Elementary School. In:
Physics Education Research Conference (PERC) Proceedings [online]. Portland, 2013. Dostupné z:
http://www.compadre.org/PER/doc
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ument/ServeFile.cfm?ID=13126&
DocID=3675
[27] PHILLIPS, Pat. Computational thinking – a problem solving
tool for every classroom [online].
CSTA & Microsoft Corporation,
2009. Dostupné z:
http://csta.acm.org/Resources/sub/
ResourceFiles/CompThinking.pdf
[28]
FREY, Carl
Benedikt
a Michael A OSBORNE. The future of employment: how susceptible
are jobs to computerisation? [online]. 2013. Dostupné z:
http://www.futuretech.ox.ac.uk/site
s/futuretech.ox.ac.uk/files/The_Fut
ure_of_Employment_OMS_Worki
ng_Paper_0.pdf
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
88
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Teoretická studie
COMPUTER THERAPY AS CONCEPT OF NEW FORM
OF THERAPY FOR ITELLECTUAL DISABLED PEOPLE:
THEORY AND PRACTISE
Jiří KRAJÍČEK – Radek KOČÍ
Abstract: In this paper we present study and current state of research – the
design and creation of new therapy for intellectual disabled people, called
computer therapy. The goal is to apply resources of IT properly in synthesis with methods of special education, social care and informatics (informatics education), to create unified concept of therapy, which is easily
accessible, long termed, applicable in natural environment of people with
intellectual disability. Thus we finally compensate or decrease the impact
of intellectual disability in lives of these people. To do so, we come from
unsatisfactory state of last years following the success of touch devices
achieved in special pedagogy. Hence this therapy demands to cover this
issues in whole life cycle, starting from mostly informatics area – the development of specific application through its deployment on suitable device to use it practise by intellectual disabled people by covering their
individual, specific needs. In this application phase of computer therapy
life cycle, there is more contribution from area of special education and
social care. Such unified process is presented in designed concept of computer therapy, which is subsequently verified.
Keywords: computer therapy, intellectual disability, special education
needs, touch device, intellectual progress
89
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
POČÍTAČOVÁ TERAPIE JAKO KONCEPT NOVÉ
FORMY TERAPIE PRO OSOBY S MENTÁLNÍM
POSTIŽENÍM: TEORIE I PRAXE
Resumé: V tomto článku prezentujeme studii a aktuální stav výzkumu –
realizace nové terapie pro osoby s mentálním postižením označované jako
„počítačová terapie“. Cílem je vhodně aplikovat prostředky informačních
technologií při syntéze metod ze speciální pedagogiky, sociálních služeb
a informatiky (informatické výchovy), aby mohl vzniknout jednotný koncept terapie, která je snadno dostupná, má dlouhodobý charakter, je použitelná v přirozeném prostředí osob s mentálním postižením, tak že v konečném cíli kompenzujeme nebo snižujeme dopad mentálního postižení
v běžném životě těchto osob. Vycházíme při tom z neuspokojivého stavu
řady předešlých let a navazujeme na již dosažený úspěch aplikace dotykových zařízení zejména ve speciální pedagogice, který je nazýván revolucí
speciální pedagogiky. To vyžaduje uchopení této problematiky v celém
jejím životním cyklu, od počátku, převážně informatické oblasti – od vývoje potřebných aplikací přes jejich nasazení na IT zařízení až po další využívání k realizaci, aplikaci na individuální cíle osob, kde je pak více vkladu
z oblasti sociálních služeb a speciální pedagogiky. A právě o takto unifikovaný přístup usilujeme v navrženém konceptu „počítačové terapie“, který
je postupně ověřován.
Klíčová slova: počítačová terapie, mentální postižení, specifické poruchy
učení, dotykové zařízení, rozvoj rozumových schopností
90
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
kými otázkami. Tento koncept
může být dále využit jako podklad
k vytvoření komplexní metodiky
pro využití zejména dotykových
zařízení u osob s omezenými
schopnostmi intelektu.
Koncept počítačové terapie je dílem odborných pracovníků z ústavu
sociální péče Křižanov (ÚSP Křižanov) ve spolupráci s dalšími subjekty zejména s Fakultou informačních technologií Vysokého učení
technického v Brně (VUT FIT).
Obsahem této terapie je rozvoj osob
s mentálním postižením v několika
základních oblastech s ohledem na
jejich individuální potřeby. Důraz
je kladen zejména na dlouhodobý
rozvoj v prostředí, kde osoba přirozeně žije. Terapie je zde nejprve
představena jako hypotéza (teoretický koncept), která stanovuje
požadovaná kriteria na základě
analýzy současného stavu. Hypotéza je ověřována prováděnou studií
a také na základě několikaletých
zkušeností komunity iSEN (komunita odborných pracovníků sdílející
informace o využití IT zařízení
k rozvoji dětí a žáků se specifickými potřebami) a dalších odborných
publikací. Nakonec jsou na základě
této práce vyvozeny závěry – potvrzení konceptu a započat návrh
i vývoj aplikací splňujících potřebná kritéria.
1 Úvod
V předešlých letech jsme mohli
sledovat rozvoj nástrojů a metod
z oblasti informačních technologií
(dále IT) pro vzdělávání a rozvoj
osob s mentálním postižením [6].
Docházelo tak k utváření velmi
specifických technických prostředků a spjatých metod, např. pomocí
tlačítek, komunikátorů či specificky
upravených PC s aplikacemi, které
byly často graficky zastaralé a cenově obtížně dostupné. Nevýhodou
těchto zařízení zůstávala jejich
vyšší pořizovací cena s ohledem na
jejich specifičnost, jednoúčelovost
a obtížná modifikovatelnost. Z toho
pak plynou i omezení pro možnou
práci s těmito zařízeními pro potřeby interaktivního vzdělávání a rozvoje osob s mentálním postižením.
Hledáme-li efektivní řešení pro
rozvoj osob s mentálním postižením, musíme se zabývat otázkami
snadné dostupnosti, rozšiřitelnost,
kompatibility, ale také úpravou dle
individuálních potřeb osob, tedy
zda aplikace v dané platformě je
použitelná i pro vzdělávání a rozvoj
osob i v mimoškolním vzdělávání
v každodenních potřebách. Tyto
otázky jsou tak propojením několika oblastí – problematiky speciální
pedagogiky, sociálních služeb
a informačních technologií resp.
informační výchovy. V tomto článku chceme představit koncept terapie označovaný jako počítačová
terapie, která usiluje o přirozené
vypořádávání s těmito problematic-
2 Definice
Název je odvozen z termínu
„computer therapy“ nebo „e-thera91
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
py“, který zpravidla vyjadřuje
obecně rozvoj člověka prostřednictvím prostředků IT. Zde je tento
pojem redefinován, v našem případě počítačovou terapií konkrétně
rozumíme využití dostupného potenciálu IT nástrojů a metod k rozvoji rozumových schopností osob
s mentálním postižením a kombinovanými vadami (lehké a středně
těžké mentální postižení) ve smyslu
kompenzace, reedukaci (posílení
schopnosti, nahrazení nedostatečnosti vlivem postižení). Přirozeně
se zde využívají také odborné
a osvědčené metody z pedagogiky
a speciální pedagogiky.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
školách nazýváno revolucí ve speciální pedagogice [8].
Obecně lze říci, že s příchodem
konceptu, zcela odlišného od využívání osobních počítačů, se řada
možností IT stala pro osoby s mentálním postižením přirozeně dostupná. Tento zlom způsobil rychlý
nárůst vývoje aplikací pro dotyková
zařízení a tak v důsledku vzniká
i řada volně dostupných aplikací
s využitím pro vzdělání a rozvoj
osob s mentálním postižením.
V současné době je nejvíce dostupných vhodných aplikací na platformě Apple (iPad, iPhone). S rozšířením tabletů a chytrých telefonů
s operačními systémy (OS) Android a OS Windows 8 lze v následných letech očekávat nárůst vývoje
i na těchto platformách.
Východiskem počítačové terapie
je zmíněná koncepce metod speciálního vzdělávání představovaná
komunitou iSEN. Kromě toho však
chceme vytvářet otevřené prostředí,
abychom umožnili rozvoj většině
osob s mentálním postižením
v jejich sociální oblasti a nabídli
další vhodné technické prostředky.
3 Východiska počítačové terapie
V úvodu jsme poukázali na neudržitelný stav předešlého vývoje.
Avšak s rozvojem přenosných zařízení nejprve na platformě Apple
(tablety iPad) v roce 2010 se
v zápětí objevila i snaha využít tato
zařízení pro potřeby osob s mentálním postižením – zejména ve speciální pedagogice [2, 5]. Následně
v roce 2011 vznikla na této platformě v ČR neformální komunita
iSEN (Speciální základní škola
Poděbrady). Dochází tak k utváření
nové metodiky pro vzdělávání
a kurzů pro školení (akreditováno
MŠMT) – [7]. Toto rozšíření ovlivnilo také oblast základního a středoškolského vzdělání a nastolilo
nové otázky a možnosti pedagogiky
v praxi. Právem je pak začlenění
tabletů do výuky na speciálních
4 Přínos počítačové terapie
Snahou počítačové terapie je
podpora otevřeného prostředí nejen
v technickém slova smyslu. Proto
se počítačová terapie nezaměřuje
jen na prostředí speciální základní
školy, ale převádí tyto metody do
prostředí běžného života osob
s mentálním postižením. Můžeme
92
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
např. poukázat na osoby, které
dříve do speciální školy docházely
a nyní již tuto možnost nemají nebo
neměly. Také vnímáme nezbytný
aspekt kontinuity – pokud je narušen, získané kompetence jsou často
zapomenuty. Počítačová terapie je
proto navržena jako stálá aktivita,
která je osobám s mentálním postižením nabízena pravidelně dle
jejich individuálního plánu.
Počítačová terapie se nedotýká
jen vlastní oblasti vzdělávání, resp.
reedukace (mimoškolní vzdělávání), ale zasahuje i oblasti přidružené a tak je v propojení s dalšími
dostupnými terapiemi. V širším
měřítku pak počítačová terapie
zahrnuje následující oblasti:
•
specifické vzdělávání, které je
odpovědí na speciální vzdělávací potřeby (special eddational needs – SEN) – IT
zařízení plní funkci vzdělávací
pomůcky (např. výuka čtení,
psaní, matematika),
•
asistenční technologie (odpovídá termínu „assistive technology“, [5]), tj. zařízení plnící
funkci kompenzační pomůcky,
např. pro potřeby alternativní
komunikace (AAK), stává se
přidruženou částí osoby,
•
rozvoj rozumových schopností obecně, zejména s cílem
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
zvládat
praktické
denního života,
potřeby
•
volnočasové aktivity, např.
forma relaxace, odpočinku a
•
propojení s jinými mimoškolními terapiemi, např. s arteterapií, muzikoterapií, hmatovou
terapií, fyzioterapií.
Jak bylo naznačeno ve východiscích počítačové terapie, neopomíjíme ani alternativní platformy
používané na dotykových zařízeních, – jedná se zejména o tablety
a chytré telefony s OS Android
a OS Windows 8. Proto také usilujeme o odstínění platformových
odlišností umožňující zachovat
vzhled a způsob ovládání aplikace,
která je dostupná pro různé platformy, např. tablet s OS Android
nebo iPad. Tento aspekt považujeme za zásadní, neboť osoby s mentálním postižením mohou mít aplikaci k dispozici na různých
dotykových zařízeních na odlišných
platformách.
Počítačová terapie počítá i s oblastí obecné informatické gramotnosti a je proto otevřena i práci
s klasickým osobním počítačem.
Využití osobních počítačů je však
vhodné zejména pro osoby s lehkým mentálním postižením, kde
nejsou zpravidla obtíže při interakci
prostřednictvím běžné klávesnice
nebo myši.
93
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
V důsledku tak dochází k syntéze rozličných technických prostředků (od klasických osobních
počítačů až po dotyková zařízení)
a metod především speciální pedagogiky k řešení společného cíle –
dlouhodobého rozvoje osob s mentálním postižením v jejich přirozeném prostředí k lepšímu, samostatnějšímu zvládání základních životních potřeb. To je podstatné
i s ohledem na probíhající transformaci v sociálních službách. Usilujeme tak, aby metody počítačové
terapie podporovaly otevřená řešení
jak po stránce technické, tak i po
stránce potřeb osobního rozvoje
i v ostatních sociálních prostředích.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
pie, viz níže) je rozvoj osob s mentálním postižením efektivnější,
dlouhodobě udržitelný a vede
k větší samostatnosti těchto osob
v jejich přirozeném prostředí.“
Kritéria konceptu z pohledu informatiky (zejména s ohledem na
dostupnost, rozšiřitelnost a kompatibilitu):
• podpora pro různé otevřené
platformy s cílem zajistit dostupnost na většině nejrozšířenějších dotykových zařízeních s různými operačnímy
systémy, např. iOS, Android
nebo Windows 8,
5 Hypotéza a fundament počítačové terapie
V této části chceme vystihnout
a formulovat podstatu počítačové
terapie jako komplexního konceptu
pro efektivní rozvoj osob s mentálním postižením. Tento fundament
byl nejprve formulován jako hypotéza a následně je potvrzován na
základě závěrů ověřovací studie
(viz níže realizace počítačové terapie) a zkušeností neformální komunity iSEN, která se zaměřuje převážně na praktické využití tabletů
iPad ve speciální pedagogice.
Hypotéza:
„Při syntéze současných požadavků a prostředků IT, speciální
pedagogiky a sociálních služeb (dle
kritérií konceptu počítačové tera-
•
prostředí pro tvorbu sady
programů a aplikací splňujících
požadavky pro celkový rozvoj
osob s mentálním postižením,
jak je uvedeno v kapitole
Přínos,
•
volná dostupnost aplikací pod
vhodnou otevřenou licencí,
která dovoluje užití aplikací
a jejich další vývoj širokou
komunitou,
•
dodržení standardů a obvyklých požadavků na tvorbu
softwarových produktů, jako je
objektově orientovaný návrh,
dostupnost dokumentace, apod.
Kritéria konceptu z pohledu speciální pedagogiky a sociálních služeb:
94
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
aplikace
musí
reflektovat
reálné a podstatné potřeby osoby s mentálním postižením
(např. alternativní komunikace),
•
aplikace musí být použitelná
v prostředí speciální pedagogiky i mimoškolního vzdělávání a volnočasových aktivit
(viz přehled v kapitole Přínos),
tedy prostředí, kde osoba
s mentálním postižením přirozeně žije,
•
využití aplikace na dané
platformě by mělo umožnit
spolupráci s individuálním plánováním osoby s mentálním
postižením, tedy s ohledem na
její další aktivity a zájmy,
•
aplikace musí podporovat
dlouhodobý rozvoj osoby
s mentálním postižením, a to
i v mimoškolním prostředí
(např. rodina, sociální zařízení), tedy v přirozené prostředí,
•
grafické uživatelské rozhraní
musí být intuitivní a snadno
ovladatelné s využitím běžných
dotyků, podporovaných v dotykovém zařízení,
•
aplikace musí obsahovat uživatelský režim (pro osobu
s mentální postižením) a režim
správce, který dovoluje přidání
či změnu obsahu dle indi-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
viduálních potřeb osob s mentálním postižením, případně
nastavení
omezení
běhu
aplikace, tak aby nedocházelo
k utváření nezdravé závislosti
nebo nevhodného zásahu, který
by mohl ovlivnit bezpečnost
a zdraví osoby s mentálním
postižením.
6 Ověřování: realizace počítačové
terapie
Počítačová terapie je za podpory
vedoucích pracovníků postupně
realizována v prostředí ÚSP Křižanov (poskytovatel služeb chráněného bydlení a domov pro osoby se
zdravotním postižením) a Fakulty
Informačních Technologií VUT
v Brně od konce roku 2012. Níže
uvedená kazuistika (březen 2013 –
srpen 2013) je pouze první hrubým
podkladem v tomto dlouhodobém
projektu a nenahrazuje komplexní
statistiku pro verifikaci zmíněné
hypotézy. Ta bude následovat
v průběhu dlouhodobějších a podrobnějších studií, které jsou nyní
připravovány.
Celá realizace formování konceptu počítačové terapie zahrnuje
dvě etapy. První etapou je ověření
využití stávajícího volně dostupného softwaru a hardwaru pro počítačovou terapii. Druhá zahrnuje reflexi z této studie, tj. ověřování
hypotézy počítačové terapie, případně její upřesnění, a na jejím
základě pak návrh a vývoj nových
aplikací splňujících požadavky
95
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
uvedené v kapitole 4 – Fundament
počítačové terapie.
Nejprve uvedeme z první etapy
stručnou kazuistiku. V současné
době probíhá transformace ÚSP
Křižanov, jejímž cílem je snaha
o začlenění osob s mentálním postižením do prostředí běžného života. V první etapě realizace počítačové terapie, která proběhla v rámci
uvedené transformace, se terapie
zúčastnili i klienti, kteří jsou začleněni do běžného života v domku
nebo bytech (poskytovaná služba
chráněné bydlení).
Realizace probíhala se skupinou
26 klientů s různými stupni mentálního postižení (10 klientů s lehkým
a 16 klientů se středním postižením), se specifickými poruchami
učení (SPU) a poruchami soustředěnosti (ADD a ADHD). Pro realizaci byla zvolena dotyková zařízení
a klasický osobní počítač. Z dotykových zařízení byly použity tablety Apple iPad (operační systém
iOS), Lenovo PC IdeaCenter (operační systém Windows 8) a chytrý
telefon s operačním systémem Android ICS. Dále byla použita platforma běžného stolního PC s operačním systémem Windows XP.
Cílem bylo nejprve ověřit volbu
vhodné platformy s ohledem na
oblasti postižení a individuální
potřeby osoby s mentálním postižením, dále míru získání schopnosti
osoby obsluhovat zařízení a posléze
rozvoj osoby v jeho primární potřebě prostřednictvím k tomu vybra-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ných aplikací. Následující výčet
shrnuje pozorované výsledky první
etapy:
96
-
8 z 10 klientů s lehkým
mentálním postižením zvládlo
základní obsluhu na klasickém
osobním počítači, jako cíl bylo
zvoleno zvýšení jejich informatické gramotnosti. Klienti
byli seznámeni se základy
koncepce osobního počítače,
stavby hardwaru a odlišností
softwaru podle účelu. Následně
zvládli základní práci v OS
Windows a práci v textovém
procesoru; klienti byli schopni
samostatně
napsat
e-mail
a jednoduchý textový dokument, např. dopis nebo svůj
příběh.
-
2 z 10 klientů s lehkým
mentálním postižením činila
práce s osobním počítačem
potíže zejména z důvodu
neporozumění znakům, klávesnice (převážně alfanumerickým
znakům) a obtížné ovladatelnosti tlačítek myši. U těchto
klientů se ukázala jako prioritní
potřeba rozvoje čtení, psaní
a počítání. Abychom porovnali
možnosti využití dotykové
platformy operačního systému
Android s platformou operačního systému Apple – iOS,
byla pro první seznámení
(ovládání OS, spuštění aplikací, navigace mezi aplika-
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
cemi) nejprve zvolena platforma chytrého telefonu s OS
Android a posléze se podařil
bezproblémový přechod na
platformu s iOS iPad. Zde
následně proběhlo využití metody globálního čtení zejména
v aplikaci BitsBoard. V součinnosti této analytické metody
čtení ve spojení s dotykovou
platformou se klienti učili číst,
porozumět novým slovům
a zpětně i jejich znakům. Pro
srovnání, před realizací počítačové terapie nebyla u těchto
osob schopnost rozlišit správně
písmena abecedy a byla
dovednost číst např. jen 2
známá slova.
-
porozumět sadě piktogramů, dovedli formulovat
jednoduché věty prostřednictvím AAK aplikací
s českým hlasovým syntetizátorem. Klienti se tak
i přes postižení v řeči učí
komunikovat se svým
okolím. Zvládnou prostřednictvím aplikace s dopomocí vyjádřit jednoduché věty, jako své přání,
zážitky, události. Práce
zejména v české aplikaci
Klábosil.
o
10 z 16 klientů se středním
mentálním postižením činila
práce s osobním počítačem
potíže (ze stejných důvodů jako
je popsáno u předešlé skupiny)
a proto využilo platformu
tabletu iPad s následujícími cíli
dle svých potřeb:
o
o
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
3 z 10 klientů využili
aplikace pro rozvoj čtení,
psaní a počítání s obdobnými výsledky jako
klienti s lehkým mentálním
postižením.
-
4 z 10 klientů využili
aplikace pro alternativní
a augmentativní komunikaci (AAK). Klienti zvládli
97
3 z 10 klientů využili
aplikace pro uměleckou
tvorbu a všeobecný rozvoj.
Tito klienti měli problémy
s řešením jednoduchých
úloh, zejména problémy
s pozorností a soustředěním. Pomocí zjednodušené simulace arteterapie,
tvorby keramiky, hry na
strunné hudební nástroje
(tzv. finger style) a náslechů zvuků z běžného
života,
dokázali
řešit
praktické úkoly z těchto
oblastí, což nebylo do této
doby možné.
6 z 10 klientů se středním
mentálním postižením činila
opět práce s osobním počítačem potíže, a proto využili
také dotykovou platformu.
Avšak s ohledem na jejich věk
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
(senioři) a obtížnost jemné
motoriky byla zvolena platforma dotykového PC – Lenovo
IdeaCenter (k dispozici také
v rámci multismyslové terapie).
Tato platforma disponuje větší
dotykovou plochou (23” oproti
10” platformy iPadu). Pomocí
zde dostupných aplikací byl
realizován cíl v trénování
paměti, řešení logických úloh
(úlohy reminiscenční terapie)
a relaxace. Větší plocha se
ukázala jako vhodná pro
potřeby relaxační projekce
a pro řešení obtíží s jemnou
motorikou.
Z uvedené kazuistiky vyplývá
několik závěrů, které rámcově potvrzují některá tvrzení hypotézy
konceptu počítačové terapie:
•
•
potvrzení
závěrů
jiných
odborných publikací [1, 3, 4],
které uvádějí, že využití
prostředků IT, zejména dotykových zařízení, představuje
přínos v rozvoji osob s mentálním postižením,
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
•
je vhodné osobám s mentálním
postižením nabídnout různá dotyková zařízení, odlišná např.
velikostí, tvarem provedení, ale
i cenovou dostupností,
•
potřeba přenosu vhodné aplikace na jinou platformu, kde
není aplikace standardně podporována (viz např. aplikace
z oblasti muzikoterapie – „TinyPiano“),
•
potřeba rozšíření stávajících
aplikací – podpora rodného
jazyka osoby s mentálním
postižením,
úprava
funkcionality,
přidání
nových
položek apod.,
•
potřeba volné dostupnosti
aplikace zejména s ohledem na
neziskový sektor, ve kterém
osoba s mentálním postižením
zpravidla žije.
Druhá etapa realizace počítačové
terapie je reakcí na některé dostupné závěry. Na jejich základě,
i s ohledem na zkušenosti a podměty z komunity iSEN, byly již navrženy tři aplikace, které jsou ve
spolupráci s ÚSP Křižanov realizovány na VUT FIT týmem studentů
v rámci bakalářských a diplomových prací. Jedná se zatím o tři
následující aplikace:
potvzení doporučení ze závěrů
odborných studií např. [8, 9],
tedy potřeby nabídnout osobám
s inteligenčním deficitem rozvoj pomocí IT přímo v jejich
vlastním prostředí (mimoškolní
vzdělávání, terapie, aktivizace).
98
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
•
Aplikace pro alternativní a augmentativní komunikaci pro
osoby s mentálním postižením
•
Aplikace pro výuku znaku do
řeči pro osoby s mentálním
postižením
•
Aplikace pro YES/NO alternativní komunikaci pro osoby
s mentálním postižením
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ním, byly tyto snahy zatím platformově izolované a pro technické
odlišnosti nekompatibilní nebo ne
zcela zahrnuté do přirozeného prostředí osob s mentálním postižením.
Navíc, aplikace na dané platformě
nejsou vždy volně dostupné nebo
upravitelné, často nevyhovují potřebám metod speciální pedagogiky, což je pro individuální vzdělávání a rozvoj osob s mentálním
postižením nezbytné. Proto jsme
navrhli teoretický koncept počítačové terapie, který je následně ověřován. Pokud se naplní naše očekávání, může být tento koncept
zásadním podkladem pro vznik
metodiky
počítačové
terapie
v obecném slova smyslu a přispět
tak ke standardizaci této terapie
vedle již běžně dostupných terapií
pro osoby s mentálním postižením.
Na základě již potvrzených kritérií
tohoto konceptu byl zahájen návrh
a vývoj aplikací splňujících stanovená kritéria, která by měla ve výsledku přispět k lepší dostupnosti
a použitelnosti hardwarových i softwarových prostředků IT, zejména
na dotykových platformách, pro
osoby s mentálním postižením.
Během studie současných trendů
nám nebyla známa obdoba tohoto
konceptu, která by takto reflektovala individuální potřeby v přirozeném prostředí osob s mentálním
postižením při využití syntézy
hardwarových i softwarových prostředků IT. Proto jsme také prezentovali jednoduchou případovou
Dokončení vývoje aplikací s jejich uvolněním je očekáváno ke
konci akademického roku 2013/
2014. Aplikace by měly splňovat
požadavky konceptu počítačové
terapie a s probíhajícími studiemi
budou vhodně upravovány. S ohledem na otevřenost zdrojových kódů
je otevřena cesta i pro budoucí
potřebný vývoj. V příštím akademickém roce chceme pokračovat
rozšířením sady o další aplikace,
které budou nápomocné k rozvoji
podstatných aspektů počítačové
terapie, jež jsou zmiňovány v kapitole 3 – Přínos počítačové terapie.
8 Závěr
V tomto článku jsme prezentovali koncept rozvoje osob s mentálním postižením prostřednictvím
současných prostředků IT nazvaný
počítačová terapie. Přestože v ČR
(neformální
komunita
iSEN)
i v zahraničí již existují odborné
metody i publikace [4], které poukazují na přínos dotykové platformy pro osoby s mentálním postiže99
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
studii, abychom již nyní poukázali
na reálné možnosti a přínos počítačové terapie v praxi, a to i tam, kde
již není možný kontakt osoby
s mentálním postižením s prostředím speciální školy.
9 Diskuse
Vzhledem k nekonvenčnímu přístupu prezentované počítačové
terapie mohou v odborné komunitě
vyvstat některé otázky. Abychom
předešli některým nejasnostem,
uvádíme na závěr krátkou spekulaci
možných tvrzení k otázce přístupu
počítačové terapie.
Tato problematika je řešena již
v rámci docházky do speciálních,
praktických škol nebo v rámci integrace do ZŠ nebo SŠ.
Počítačové terapie je mezioborovým tématem, kde je nezbytný
vklad, spolupráce jak z řad speciálních pedagogů, pracovníků sociálních služeb a právě i informatiků
(pedagogů informatiky). Tato mezioborovost je přirozeným důsledkem řešené problematiky, která je
v neuspokojivém stavu.
Některé prostředky IT zařízení
(tablety iPad) jsou sice používány
v rámci
speciální
pedagogiky
v rámci možné docházky na některých speciálních školách (v ČR
zejména díky komunitě iSEN),
ovšem řada osob s mentálním postižením tuto možnost už nemá,
nebo neměla. Převážná část denního času je žita v přirozeném pro-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
středí této osoby – tzv. sociálním
prostředí. Proto se ukazuje jako
nezbytné, nabídnout tato IT zařízení také v prostředí sociálních služeb, což vyžaduje odlišný přístup
právě s ohledem na dlouhodobost
a odlišnost ostatních podmínek.
Dále integrovanost osob s mentálním postižením v rámci školní
docházky (a to i ZŠ či SŠ pokud je
možná) nezohledňuje zcela potřeby
těchto osob v jejich běžném životě
ani nezbytné kritérium kontinuity.
Proto poukazujeme na možnosti
tohoto konceptu pracovat v přirozeném sociálním prostředí těchto
osob i za hranicemi škol.
Problematiku využití nových
technologií lze řešit aplikací většího důrazu na již dostupnou informatickou výchovu.
Samotnou informatickou gramotnost u osob s mentálním postižením, je-li oddělena od problematiky speciální pedagogiky a sociálních služeb (tedy reálných,
individuálních potřeb těchto osob
v běžném začlenění), která navíc
postrádá dlouhodobé kritérium
kontinuity, považujeme za ne zcela
dostatečnou a ne zcela efektivní.
V čem spočívá přínos pro informatickou výchovu, pedagogy informatiky?
V okamžiku, kdy se IT zařízení
(nyní např. tablet iPad) stává
ústřední částí práce i v samotné
speciální pedagogice [7, 8], přestá-
100
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
vá být toto zařízení jen příležitostnou pomůckou a stává se ústředním
bodem v práci s cílovou osobou
i pro speciálního pedagoga. Toto je
pak výzvou pro řady z informatiků,
pedagogů informatiky, kde svými
znalostmi a společně kolegy z řad
speciálních pedagogů a pracovníků
v sociálních službách (osob znalých
i blízkých) navrhnou cílené metody
pro řešení i běžných problémů osob
s mentálním postižením. To vyžaduje uchopení této problematiky
v rámci celého životního cyklu,
tedy od počátku, převážně informatické oblasti – od specifičnosti vývoje potřebných aplikací přes jejich
nasazení na IT zařízení až po metody využívání v potřebě osoby
k realizaci individuálních cílů, kde
je pak více vkladu z oblasti sociálních služeb a speciální pedagogiky.
Zmíněná spolupráce je naplňována i skrze otevřenou odbornou
komunitu iSEN, zahrnující převážně speciální pedagogy, ale i informatiky a pracovníky sociálních
služeb. Počítačová terapie je již
přes 1 rok uskutečňována v prostředí, kde osoby s mentálním postižením dlouhodobě žijí. Z každého setkání jsou pořizovány pracovní výstupy, které budou použity
pro další ověřování v nadcházejících připravovaných publikacích.
Počítačová terapie je tak přínosem i pro učitele informatiky, neboť ukazuje na nové možnosti
uplatnění svého vzdělání a zkuše-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
ností v rámci mezioborové problematiky.
10 Poděkování
Zde děkujeme Kraji Vysočina za
poskytnutí finanční dotace v rámci
našeho projektu „Aplikace tabletů
iPad v počítačové terapii pro osoby
s mentálním postižením“ (pořízení
tabletů iPad) v rámci Fondu Vysočiny – grantového projektu „Informační a komunikační technologie
2013“. Poděkování patří i vedení
VUT FIT a všem zainteresovaným
zaměstnancům a studentům za
vstřícný přístup, odbornou pomoc,
otevřené prostředí pro akademickou
spolupráci s ÚSP Křižanov, bez
kterého by realizace tohoto konceptu nebyla možná. Dále poděkování
patří i celému týmu komunity iSEN
zejména speciálním pedagogům ze
Speciální základní školy Poděbrady, jejichž dosavadní výsledky
a úsilí zejména na poli aplikace
dotykových tabletů iPad, jsou pro
nás velkou motivací a inspirací.
10 Literatura
[1] BRADSHAW, J. The use of
augmentative and alternative communication apps for the iPad, iPod
and iPhone: an overview of recent
developments.
Inflow:
Tizard
Learning Disability Review, [online], 2013, Vol. 18 Iss: 1, s. 31–37
[cit. 2013-05-11]. ISSN: 13595474.
101
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Dostupné na
<http://dx.doi.org/10.1108/1359547
1311295996>
[2] HAGER, E. B. iPad Opens
World to a Disabled Boy, In: New
York Times, [online]. October 2010.
[cit. 2013-05-11]
Dostupné na
<http://www.nytimes.com/2010/10/
31/nyregion/31owen.html?_r=0>
[3] ISASI, A. et al. Helping children with Intellectual Disability to
understand healthy eating habits
with an IPad based serious game,
In: 18th International Conference
on Computer Games: AI, Animation, Mobile, Interactive Multimedia,
Educational & Serious Games
(CGAMES), [online], 2013, s. 169–
173 [cit. 2013-05-11]. ISSN: 9781-4799-0818-9
Dostupné na
<http://dx.doi.org/10.1109/CGames
.2013.6632628>
[4] JOWETT, E. L., et al. Using an
iPad-based
video
modelling
package to teach numeracy skills to
a child with an autism spektrum
disorder. Inflow: Informa Journal:
Developmental Neurorehabilitation, [online], 2012, Vol. 15, s. 304–
312. [cit. 2013-05-11].
Dostupné na
<http://dx.doi.org/10.3109/1751842
3.2012.682168>
[5] BAILEY, N., et al. Assistive
Technology, Accommodations, and
the Americans with Disabilities Act,
Employment and Disability Institu-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
te Collection, [online studie]. 2011
[cit. 2013-05-11].
Dostupné na
<http://digitalcommons.ilr.cornell.e
du/edicollect/1301/>
[6] TAM, et al. Evaluation of
a Computer-Assisted, 2-D Virtual
Reality System for Training People
With Intellectual Disabilities on
How to Shop, Inflow: Rehabilitation Psychology, [online], 2005, Vol
50(3), s. 285–291. [cit. 2013-05-11].
Dostupné na
<http://psycnet.apa.org/doi/10.1037
/0090-5550.50.3.285>
[7] ŘÍHOVÁ, L. 2013. Možnosti
využití ipadu ve speciálním vzdělávání. In: INSPO – Internet a informační systémy pro osoby se specifickými potřebami, březen 2013,
Kongresové centrum Praha, [online] Praha 2013. [cit. 2013-05-11]
Dostupné na
<www.helpnet.cz/data/articles/dow
n_71650.pdf>
[8] ŘÍHOVÁ, L. 2013. Tablet –
revoluce ve speciální pedagogice,
In: Helpnet, [online] ©2013 [cit.
2013-05-11]
Dostupné na
<http://www.helpnet.cz/aktualne/76
483-3>
[9] UPTON D. at al., Evaluation of
the impact of touch screen technology on people with dementia and
their carers within care home settings, Commissioned by Department of Health West Midlands,
Univeristy of Worcester, [online
studie]. 2011 [cit. 2013-05-11].
102
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Dostupné na
<http://79.170.44.96/lifestorynetwo
rk.org.uk/wp-content/uploads/
downloads/
2012/11/evaluation-of-the-impactof-the-use-of-touchscreentechnology-with-people-withdementia-.pdf>
Ing. Jiří Krajíček
Ústav sociální péče Křížanov
[email protected]
Ing. Radek Kočí, Ph.D.
Fakulta informačních technologií,
Vysoké učení technické Brno
[email protected]
103
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Výzkumný článek
TESTING AND ANALYSIS OF STUDENTS’
CONCEPTION FROM PHYSICS
Peter HOCKICKO – Gabriela TARJÁNYIOVÁ
Abstract: This paper presents initial research results of using video analysis based tasks in the educational process of the students of the Faculty of
Civil Engineering at the University of Žilina in Žilina. We represent the
research methodology, the form of results´ processing and their evaluation.
In the end we report on the research results and the comparison of a control
and the experimental group that has used the method of video analysis as
well as of a group comprising of grammar school students.
Keywords: video analysis, Student’s t-test, F-test, reliability, validity.
TESTOVANIE A ANALÝZA FYZIKÁLNYCH PREDSTÁV
Resumé: V príspevku prezentujeme prvé výsledky výskumu použitia videoanalýz vo vzdelávacom procese na vzorke študentov Stavebnej fakulty
Žilinskej univerzity v Žiline. V príspevku je popísaná metodika výskumu,
forma spracovania výsledkov a ich vyhodnotenie. V závere sú prezentované výsledky výskumu a ich porovnanie na kontrolnej a experimentálnej
skupine, ktorá pracovala prostredníctvom videoanalýz a tiež aj na vzorke
študentov gymnázií.
Kľúčové slová: videoanalýza, párový Studentov t-test, F-test, reliabilita,
validita
104
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1 Úvod
Moderné interaktívne metódy
s využitím učebných pomôcok vo
forme multimediálneho DVD vo
výuke (Krišťák a kol., 2013a),b)),
či projektové vyučovanie, kde sa na
vyučovaní vo vzájomnej interakcii
aktívne podieľajú učiteľ i žiaci
(Valovičová a kol., 2012), zvyšujú
efektívnosť vyučovacieho procesu
a pomáhajú vo vytváraní správneho
obrazu o reálne fungujúcom svete.
Mnohí pedagógovia a vedeckí pracovníci považujú za potrebné začať
s motiváciou k prírodovednému
vzdelávaniu už v predprimárnom
a primárnom vzdelávaní (Rochovská, 2012). Kým v predprimárnom
vzdelávaní ide o osvojovanie základov prírodovednej gramotnosti,
od primárneho vzdelávania sa táto
kompetencia u žiakov už systematicky rozvíja (Kopáčová, 2012). Ak
sa nerozvinú základy prírodovednej
gramotnosti v tomto období, majú
žiaci ťažkosti pri riešení prírodovedných úloh na vyšších stupňoch
škôl, prípadne vo vysokoškolskom
štúdiu.
Množstvo výskumov dnes potvrdzuje, že študenti nedisponujú
dostatočnou úrovňou prírodovednej
gramotnosti. Medzinárodná štúdia
PISA prezentuje, že úroveň prírodovednej gramotnosti slovenských
žiakov na konci povinnej školskej
dochádzky je podpriemerná (Rochovská, 2012).
Už naše predchádzajúce konferenčné výstupy a publikované prí-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
spevky poukázali na to, že predstava študentov o reálnych fyzikálnych dejoch nie je správna (Hockicko, Rochovská, 2013). Preto
bola vytvorená sada videí, pomocou ktorej boli na prednáškach
vysvetľované fyzikálne zákonitosti
a v rámci výpočtových cvičení
realizované videoanalýzy (Hockicko, 2013). Efektívnosť danej výukovej metódy sme sa rozhodli otestovať prostredníctvom štandardných
štatistických metód. Vytvorili sme
test (v prílohe), ktorého obsahom
boli otázky, na ktoré by študenti
gymnázií (maturanti) a tiež aj študenti uchádzajúci sa o štúdium na
vysokej škole mali vedieť odpovedať (test bol pripravený z otázok
starších ročníkov Monitoru). Daný
test bol predložený študentom na
vypracovanie na začiatku semestra
a tiež aj na konci semestra. Študenti
prvého ročníka Stavebnej fakulty
Žilinskej univerzity v Žiline mali
možnosť v priebehu letného semestra zúčastňovať sa prednášok
z fyziky, na ktorých boli preberané
témy z mechaniky (kinematika,
dynamika, tuhé teleso, kvapaliny,
kmity), gravitačného poľa, termiky
a termodynamiky, pričom neboli
explicitne preberané odpovede na
testové otázky. Zároveň študenti
navštevovali aj laboratórne a výpočtové cvičenia, pričom na výpočtových cvičeniach boli rozdelení do
dvoch skupín – kontrolnej (riešila
príklady štandardným spôsobom)
a experimentálnej (príklady riešila
105
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
prostredníctvom videoanalýz). Nasledujúca časť ponúka štatistické
spracovanie výsledkov.
2 Analýza a vyhodnotenie testov
Úvodný test (pre-test) sa uskutočnil na začiatku letného semestra
2013 a 2014. V roku 2013 ho absolvovalo 123 a v roku 2014 121
študentov na úvodnom laboratórnom cvičení v priebehu 20–30 minút. Ten istý test na konci semestra
(post-test) absolvovalo 109 v roku
2013 a 100 študentov v roku 2014.
Študenti absolvovali daný test
s využitím počítača, pričom každý
študent absolvoval rovnaký počet
otázok, avšak poradie otázok ako aj
poradie vo výbere z odpovedí bolo
náhodne generované, aby sme zabránili odosielaniu si „správnych“
odpovedí. Následne boli výsledky
testov uložené v databáze, odkiaľ
boli po ukončení testovaní pripravené na ďalšie spracovanie. Prednášajúci sa hneď ďalší týždeň mohli oboznámiť s výsledkami pretestov, hlavne chybnými odpoveďami a následne prispôsobiť prednášku tak, aby dokázali reagovať na
miskoncepcie.
Pre štatistické vyhodnotenie
získaných dát bol použitý párový
Studentov t-test, t.j. brali sme do
úvahy len tých študentov, ktorí sa
zúčastnili testovania aj na začiatku
aj na konci semestra. Po spárovaní
pre- a post-testov nám ostalo
k dispozícii 155 vzoriek študentov.
Už dané číslo nasvedčuje tomu, že
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
v priebehu semestra dochádza
k veľkým fluktuáciám študentov,
veď vzhľadom k počiatočnému
stavu je to len 64 % z pôvodného
počtu študentov. Z toho sa dá usudzovať, že mnohí z tých, ktorí začali, nemajú seriózny záujem o úspešné ukončenie daného štúdia. Na
druhej strane sa však niektorí študenti opakujúci ročník „spamätajú“
až po 1/3 semestra.
Hlavnou otázkou bolo, či študenti na konci semestra dosiahli
nárast vedomostí a či daný nárast je
štatisticky významný. Bola stanovená počiatočná hypotéza: H0:
priemerná úspešnosť na začiatku
a na konci (pri ďalších hypotézach
experimentálnej a kontrolnej skupiny) je rovnaká: H0: µ1 = µ2 (verzus
H1: µ1 ≠ µ2) (pričom rozdiel stredných hodnôt µ1 - µ2 dvoch normálnych rozdelení N(µ1, σ12) a N(µ2,
σ22) pre dve vyšetrované skupiny
považujeme za rovnaký, blízky 0).
Na overenie vyslovených hypotéz
bol použitý test rozdielu aritmetických priemerov (dvojvýberový párový t-test na strednú hodnotu pre
jednotlivé skupiny a dvojvýberový
t-test pre porovnanie kontrolnej
a experimentálnej skupiny), pričom
sme testovali na hladine významnosti α = 5 % a predpokladali
sme, že rozdiel stredných hodnôt µ1
- µ2 dvoch normálnych rozdelení
N(µ1, σ12) a N(µ2, σ22) padne do
100⋅(1−α) % obojstranného intervalu spoľahlivosti. Na začiatku testo-
106
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
vania bola zisťovaná zhoda medzi
testovaným výberom a teoretickým
rozdelením s predpokladom normálneho (Gauss) rozdelenia využitím jednovýberového neparametrického Kolmogorov – Smirnovho
(K-S) testu, ktorá potvrdila normálnosť vyšetrovaných rozdelení (vypočítané parametre boli nižšie ako
kritické hodnoty pre K-S test normality na hladine významnosti α =
5 %, ktoré boli určené pre vyšetrované rozdelenia využitím programu
Statistica (D < Dmax,α)).
Ako ukazuje tabuľka 1, na konci
semestra v post-teste bola priemerná úspešnosť študentov približne
33 %, pričom v pre-teste realizovanom na začiatku semestra bola 23 %.
t-Test: Paired Two Sample for Means
postpre-test
test
Mean
33.03
22.81
Variance
235.23
100.68
Observations
155
155
Pearson Correlation 0.33
df
154
t Stat
8.31
P(T≤t) one-tail
2.36E14
t Critical one-tail
1.65
P(T≤t) two-tail
4.72E14
t Critical two-tail
1.98
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
val spoľahlivosti, hypotéza H0: µ1 =
µ2 bola zamietnutá a bola teda potvrdená hypotéza H1: µ1 ≠ µ2. Na
základe toho sme zvolili novú hypotézu: H0: µ1 > µ2 (pre 100⋅(1-α)
% pravostranný interval spoľahlivosti pre rozdiel µ2 - µ1. Keďže t ∈
<tcritical(one-tail), ∞), hypotéza H0: µ1
> µ2 bola potvrdená. Štatistické
testovanie využitím párového Studentovho t-testu potvrdilo štatisticky významný rozdiel vo vedomostiach na konci a začiatku semestra.
V ďalšej časti testovania sme sa
zamerali na jednotlivé skupiny –
experimentálnu a kontrolnú a sledovali nárast vedomostí v samostatných skupinách (Tab. 2 a 3). Aj
v prípade samotných skupín bol
potvrdený štatisticky významný
rozdiel vo vedomostiach na konci
a začiatku semestra.
Tab. 1: Párový test (všetci študenti).
Keďže vypočítaný parameter │t│>
tcritical(two-tail) pre obojstranný inter107
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Správnosť rozhodnutia o prijatí
alternatívnej hypotézy o nerovnosti stredných hodnôt nám potvrdzuje i P-hodnota (P(T≤t)), ktorá je
výrazne menšia ako zvolená hladina významnosti α = 0,05 (P <
0,001).
t-Test: Paired Two Sample for Means
Experimental
Pre-test
Postgroup
test
Mean
38.29
23.68
Variance
267.94
111.74
Observations
38
38
Pearson Correlati- 0.21
on
df
37
t Stat
5.12
P(T≤t) one-tail
4.79E06
t Critical one-tail
1.69
P(T≤t) two-tail
9.58E06
t Critical two-tail
2.03
Pre-test
control: N = 117; M = 22.52; SD = 9.88; Max = 50; Min = 0; D = 0.122;
experimental: N = 38; M = 23.68; SD = 10.57; Max = 45; Min = 5; D =
0.1363; p < n.s.
30
28
26
24
Počet pozorovaní
22
Tab. 3: Párový test (kontrolná
skupina).
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Tab. 2: Párový test (experimentálna skupina).
t-Test: Paired Two Sample for Means
Control group
Pre-test
Posttest
Mean
31.32
22.52
Variance
214.82
97.68
Observations
117
117
Pearson Correlati- 0.37
on
df
116
t Stat
6.65
P(T≤t) one-tail
5.03E10
t Critical one-tail
1.66
P(T≤t) two-tail
1.01E09
t Critical two-tail
1.98
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
úspešnosť [%]
35
40
45
50
55
control
experimental
Obr. 1: Pre-test kontrolná a experimentálna skupina.
Ďalej sa naša pozornosť sústredila na to, či je štatisticky významný rozdiel medzi vedomosťami
pri experimentálnej a kontrolnej
skupine na začiatku a konci semestra. Skôr, ako bolo možné začať
testovanie hypotézy H0: µ1 = µ2,
bolo potrebné použiť F-test (Fisher-Snedecor test) rovnosti rozptylov dvoch normálnych populácií
(H0: σ12 = σ22 verzus H1: σ12 ≠ σ22).
Po stanovení rovnosti (prípadne
nerovnosti) rozptylov bol pre testovanie hypotézy H0: µ1 = µ2 použitý
dvojvýberový Studentov t-test pre
nerovnaké veľkosti skupín s rovnakými (prípadne rôznymi) rozptylmi. Keďže vypočítaný parameter F
spĺňa podmienku: Fcritical1-α/2< F <
108
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Fcriticalα/2 (obojstranný interval F
leží v rozmedzí (0,567 – 1,638)),
predpokladaná hypotéza rovnosti
rozptylov
pre
experimentálnu
a kontrolnú skupinu na začiatku
semestra H0: σ12 = σ22 bola potvrdená.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
t-Test: Two-Sample Assuming Equal
Variances
Pre-test
ExperiConmental
trol
Mean
23.68
22.52
Variance
111.74
97.68
Observations
38
117
Pooled Vari- 101.08
ance
df
153
t Stat
0.619448
P(T≤t) one- 0.268271
tail
t Critical one- 1.654874
tail
P(T≤t) two- 0.536542
tail
t Critical two- 1.97559
tail
F-Test Two-Sample for Variances
Pre-test
experimen- control
tal
Mean
23.68421
22.5213
7
Variance
111.7354
97.6827
3
Observations
38
117
df
37
116
F
1.143861
P(F≤f) one-tail
0.290043
F Critical one- 1.513534
tail
Tab. 5: t-test s predpokladom rovností rozptylov vyšetrovaných skupín (pre-test).
Tab. 4: F-test (pre-test).
Post-test
control: N = 117; M = 31.32; SD = 14.66; Max = 75; Min = 5; D = 0.1104;
experimental: N = 38; M = 38.29; SD = 16.37; Max = 75; Min = 15; D = 0.1337; p < n.s.
Následne bol pre testovanie hypotézy H0: µ1 = µ2 použitý dvojvýberový Studentov t-test pre nerovnaké veľkosti skupín s rovnakými
rozptylmi, ktorý potvrdil hypotézu
o rovnosti vstupnej vedomostnej
úrovni experimentálnej aj kontrolnej skupiny na začiatku semestra
(│t│< tcritical(two-tail)) (Tab. 5).
22
20
18
Počet pozorovaní
16
14
12
10
8
6
4
2
0
5
10
15
20
25 30 35 40 45 50
úspešnosť [%]
55
60
65
70 75
control
experimental
Obr. 2: Post-test kontrolná a experimentálna skupina.
Obdobná analýza ako v predchádzajúcom prípade bola urobená
aj na konci semestra. F-test potvrdil
rovnosť rozptylov dvoch normál109
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
nych populácií na konci semestra
(Tab. 6) (H0: σ12 = σ22).
F-Test Two-Sample for Variances
Post-test
ExperiControl
mental
Mean
38.28947
31.3247
9
Variance
267.941
214.824
6
Observations
38
117
df
37
116
F
1.247254
P(F≤f) one-tail
0.187889
F Critical one- 1.513534
tail
Tab. 6: F-test (post-test).
t-Test: Two-Sample Assuming Equal
Variances
Post-test
Experimen- Contal
trol
Mean
38.29
31.32
Variance
267.94
214.82
Observations
38
117
Pooled Varian- 227.67
ce
df
153
t Stat
2.47211
P(T≤t) one-tail
0.007264
t Critical one- 1.654874
tail
P(T≤t) two-tail
0.014527
t Critical two- 1.97559
tail
Tab. 7: t-test s predpokladom rovností rozptylov vyšetrovaných skupín.
Ďalej bol pre testovanie hypotézy H0: µ1 = µ2 použitý dvojvýbero-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
vý Studentov t-test pre nerovnaké
veľkosti skupín s rovnakými rozptylmi. Na základe výsledkov
(│t│> tcritical(two-tail)) však nulovú
hypotézu o rovnosti výstupnej vedomostnej úrovni skupín zamietame na každej hladine významnosti
väčšej ako 1,4 %. Preto bola hypotéza H0: µ1 = µ2 zamietnutá a bola
prijatá nová hypotéza H0: µ1 ≠ µ2
pre 100⋅(1-α) % ľavostranný interval spoľahlivosti pre rozdiel µ1 - µ2.
Keďže t ∈ < tcritical(one-tail),∞), hypotéza H0: µ1 > µ2 bola potvrdená.
Štatistické testovanie využitím
Studentovho t-testu potvrdilo štatisticky významný rozdiel vo vedomostiach experimentálnej a kontrolnej skupiny na konci výučby.
Daný test sme v spolupráci
s učiteľmi gymnázií použili aj pri
testovaní študentov gymnázií).
Obrázok 3 ukazuje výsledky gymnazistov. Ich priemerná úspešnosť
bola 46 %, čo je viac, ako percentuálna úspešnosť experimentálnej
skupiny študentov na univerzite. Na
druhej strane je však potrebné upozorniť na najpočetnejšiu skupinu
študentov v intervale úspešnosti
15–20 %. Ak si uvedomíme, že
vstupná úroveň vedomostí experimentálnej aj kontrolnej skupiny
bola na úrovni 22 %, možno predpokladať, že na technické univerzity prichádzajú z gymnázií práve
žiaci s najnižšími znalosťami
z fyziky. Dané tvrdenie by bolo
110
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
vhodné ešte potvrdiť na väčšej
testovanej vzorke.
gymnázium: N = 62; M = 46.0484; SD = 19.4417; Max = 85; Min = 15; D =
0.0873; p < n.s.; Lil < 1
12
11
18%
16%
10
9
početnosť
8
11%
7
10%
6
8%
5
6%
4
6%
5%
3
5% 5%
3%
2
2%
1
3%
2%
0
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
úspešnosť [%]
Obr. 3: Pre-test gymnazisti.
3 Spoľahlivosť testu, validita
a reliabilita
Počas testovania boli určené aj
základné vlastnosti didaktického
testu reliabilita, obtiažnosť úloh
a validita testu. Reliabilita, resp.
spoľahlivosť, presnosť didaktického testu je v našom prípade vyjadrená koeficientom, ktorého veľkosť
je udávaná v rozsahu od 0 po 1,
pričom hodnota 0 označuje nulovú
a hodnota 1 označuje maximálnu
reliabilitu. Vzhľadom na to, že je
dodržaná podmienka na obsahovú
homogenitu testových úloh, sme
ako vhodnú metódu na výpočet
koeficientu reliability volili Kuderov – Richardsonov vzorec v nasledujúcom tvare (Jeřábek, 2010):
KR20
(1)
=
1−
∑
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
kde k je počet úloh testu, p je relatívny počet študentov, ktorí riešili
danú úlohu správne, q je relatívny
počet študentov, ktorí riešili danú
úlohu nesprávne a s je smerodajná
odchýlka pre celkové výsledky
študentov v teste.
Bola vypočítaná reliabilita testu,
pre skupinu študentov SvF a študentov vybraných gymnázií. Koeficient reliability testu robeného pre
1. ročník SvF na začiatku semestra
v šk. roku 2012/2013 bol 0,13, na
konci semestra 0,58; v šk. roku
2013/2014 na začiatku semestra bol
0,43, na konci semestra 0,67.
U študentov gymnázií bola hodnota
0,76, čo je nad doporučovanou
hodnotou reliability, a teda test je
dostatočne spoľahlivý a presný. Pri
testoch s menším počtom otázok je
odporúčaná minimálna hodnota
koeficientu aspoň 0,6, takže možno
konštatovať, že test robený na konci semestra je spoľahlivý, a možno
ho považovať za dobrý nástroj
overenia vedomostí študentov.
Z hľadiska určenia kvality didaktického testu sme určovali obtiažnosť úloh. Obtiažnosť charakterizuje časť celkového počtu
študentov, ktorí riešili správne,
alebo naopak časť študentov, ktorí
riešili úlohu nesprávne (možno ju
vyjadriť aj percentuálne). Pri určovaní sme vypočítali index obtiažnosti P, podľa vzťahu: P =
(nn/n)·100, kde nn je počet študentov, ktorí riešili úlohu správne, n je
celkový počet študentov riešiacich
111
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
test. Úlohy s indexom menším ako
20 sú priveľmi náročné a väčším
ako 80 sú priveľmi jednoduché,
najvhodnejšie sú úlohy s hodnotou
okolo 50.
Ako si možno všimnúť (Tab. 8),
niektoré úlohy ukazujú na extrémne
hodnoty P. Po hlbšom skúmaní
Č.ú
. Gym
2012/2013
SvF- SvFpre
po
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
bolo zistené, že extrémne hodnoty
u niektorých úloh sú spôsobené
tým, že testovaná oblasť nebola
zaradená do vyučovacieho procesu
na SvF pre všetky testované skupiny žiakov v rovnakom rozsahu
a taktiež mnohí zo študentov nenavštevovali prednášky pravidelne.
2013/2014
SvFSvFpre
po
Gy
m
2012/2013
SvFSvFpre
po
2013/2014
SvFSvFpre
po
P
P
P
P
P
rbk
rbk
rbk
rbk
rbk
1
66,1
13,8
29,4
24,3
30
0,7
0,3
0,5
0,6
0,4
2
85,5
24,4
49,5
40,9
50
0,4
0,4
0,6
0,7
0,7
3
56,5
30,9
22
18,2
23
0,7
0,4
0,5
0,2
0,5
4
70,9
39
45,9
37,9
39
0,6
0,2
0,3
0,5
0,4
5
45,2
6,5
32,1
26,5
26
0,3
0,4
0,3
0,7
0,3
6
20,9
14,6
36,7
30,3
30
0,6
0,2
0,5
0,3
0,4
7
37,1
25,2
31,2
25,8
38
0,7
0,5
0,4
0,4
0,5
8
50
12,2
29,4
24,3
38
0,8
0,3
0,5
0,5
0,7
9
58,1
11,4
29,4
24,3
26
0,6
0,3
0,3
0,1
-0,1
10
54,8
19,5
44
36,4
44
0,5
0,3
0,6
0,4
0,7
11
29
4,9
31,2
25,8
27
0,6
0,6
0,5
0,8
0,6
12
35,5
5,7
18,3
15,1
21
0,8
0,4
0,6
0,4
0,6
13
24,2
13
28,4
23,5
40
0,2
0,4
0,5
0,1
0,5
14
75,8
43,9
68,8
56,9
84
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
15
59,7
25,2
13,8
11,4
18
0,6
0,2
0,4
0,4
0,4
16
27,4
17,9
38,5
31,8
37
0,2
0,2
0,5
0,5
0,4
17
22,6
4,1
7,3
6
17
0,8
0,2
0,6
0,5
0,7
18
24,2
4,9
6,4
5,3
17
0,6
0,6
0,03
0,3
0,5
19
74,2
6,5
21,1
17,4
20
0,5
0,4
0,5
0,7
0,6
20
30,6
17,9
26,6
21,9
40
0,5
0,4
0,3
0,4
0,5
Tab. 8: Index obtiažnosti a koeficient biseriálnej korelácie jednotlivých
úloh testu.
112
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Pri ďalšom použití testu je potrebné zvážiť vyradenie úloh alebo
ich upravenie, ako napríklad usporiadanie úloh podľa narastajúcej
obtiažnosti, ktorá pri našom časovo
obmedzenom teste môže vytvoriť
lepšie podmienky pre slabších študentov.
Validita charakterizuje platnosť
testu a vyjadruje to, či test, respektíve jednotlivé úlohy preverujú tie
vedomosti, ktoré majú byť skutočne preverené. Obsahová validita sa
spravidla sleduje a skúma v didaktickom teste, ktorého obsah tvoria
v dostatočnej miere úlohy tej časti
učiva, ktoré chceme preverovať. Na
určenie validity testu sa používa
často koeficient korelácie r, ktorý
určuje štatisticky významnú závislosť medzi skúmanými javmi. Niektorí autori uvádzajú minimálnu
hodnotu koeficientu korelácie 0,3.
Na určenie obsahovej validity, sme
použili koeficient biseriálnej korelácie rbk, ktorý je považovaný za
vhodný nástroj pre určenie obsahovej validity jednotlivých otázok
didaktického testu (Chráska, 2007).
4 Vzťah medzi úspešnosťou študentov v danej úlohe a celkovými
výsledkami v teste
Obsahová validita úloh v postteste sa pohybuje do maximálnych
hodnôt 0,6 čo je stredná hodnota
koeficientu korelácie. O úlohe,
ktorá dosahuje koeficient korelácie
0,62 možno povedať, že má strednú
obsahovú validitu a dokáže prie-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
merne rozlíšiť študentov podľa ich
vedomostí. Minimum koeficientu
korelácie je okolo ±0,1; v jednej
otázke (č. 18) bola dokonca hodnota 0,03, čo naznačuje veľmi nízku
obsahovú validitu danej úlohy.
Z toho možno usúdiť, že daná úloha nie je vhodná na posúdenie vedomostí študentov z danej oblasti.
Je predpoklad, že študenti odpovede danej úlohy len „natipovali“.
V pre-teste bolo maximum 0,61
a viac otázok s hodnotami okolo
0,2.
Tučným písmom zapísané hodnoty indexu obtiažnosti P otázky
poukazujú na veľmi ťažké otázky
(iba u študentov SvF!). Avšak, to
že otázka je náročná, nebolo potvrdené u gymnazistov a teda dané
testové otázky sú vhodné na posúdenie vedomostí študentov na
úrovni gymnázia. Čo sa týka študentov SvF, nízke hodnoty v postteste boli spôsobené tým, že niektoré témy súvisiace s otázkou neboli
odprednášané a precvičené v dostatočnej miere (koniec semestra,
posledné prednášky odpadli v dôsledku štátnych sviatkov). U všetkých ostatných otázok je index
obtiažnosti v intervale 10–90,
a teda test môžeme považovať za
spoľahlivý.
Pri úlohe číslo 13 vyšla u gymnazistov obsahová validita otázky
nižšia v porovnaní so študentami na
SvF (2012/2013), čo nasvedčuje, že
daná otázka nie je vhodná pre študentov gymnázií. Tento záver po-
113
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tvrdili aj naše rozhovory s učiteľmi
gymnázií, ktorí sa vyjadrili, že
oblasť, do ktorej spadá daná testová
otázka nebola na niektorých gymnáziách preberaná.
Množstvo výskumov dnes potvrdzuje, že študenti nedisponujú
dostatočnou úrovňou prírodovednej
gramotnosti. Medzinárodná štúdia
PISA prezentuje, že úroveň prírodovednej gramotnosti slovenských
žiakov na konci povinnej školskej
dochádzky je podpriemerná (Rochovská, 2012). Je preto potrebné
začať s formovaním fyzikálnych
predstáv už skôr ako na vysokej
škole a v dostatočnej miere.
5 Analýza predstáv študentov
Odpovede na úlohy v teste sú
zapísané tak, že správne odpovede
sú tie patriace k písmenku A, viď
príloha.
Hoci počas semestra u študentov SvF nastal nárast vedomostí
(úloha 1: zo 17 % na 36 %
správnych odpovedí), stále vysoké
percento študentov má mylné
vedomosti o zrýchlených pohyboch. Z výsledkov odpovedí na
úlohu č. 1 aj č. 2 (Obr. 4, 5)
nadobúdame dojem, že študenti
jednoducho neakceptujú iný vzťah
pre definíciu rýchlosti ako je
definícia rýchlosti pre rovnomerný
pohyb, ktorý majú zafixovaný zo
strednej školy, pričom zo zadania
úlohy je zrejmé, že ide o pohyb
zrýchlený.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Obr. 4: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 1
Odpovede na úlohy č., 2, 3, 15 a 19
signalizujú veľmi dôležitý fakt, že
študenti majú problémy s grafickými závislosťami. Jednoducho
povedané nevedia čítať z grafu. Pri
úlohe č. 15 je podiel odpovedí študentov približne rovnaký, z čoho
možno predpokladať, že študenti
dokonca iba tipovali odpovede.
114
Obr. 5: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 2
Obr. 6: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 3
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
nedostatočné znalosti. U študentov
nastalo celkové zlepšenie po semestri, ale ako vidieť celkovo 70 %
(Q.11) a 80 % (Q.12) študentov má
stále zlé predstavy. Väčšina študentov síce pri otázke 11 uviedla, že sa
pri rozšírení trubice rýchlosť pretekajúcej kvapaliny zníži, avšak väčšina študentov nedokázala správne
aplikovať rovnicu spojitosti. Obdobne tomu bolo pri otázke 12, kde
viac ako 2/3 študentov nevie aplikovať Bernoulliho rovnicu (a to aj
na konci semestra, dokonca aj pri
skúške).
Q8
úspešnosť [%]
60
Gym
SvF-pre
SvF-po
50
Q11
úspešnosť [%]
Na obr. 7 vidieť, že študenti
gymnázií sa oveľa lepšie orientujú
v problematike trenia ako študenti
študujúci na univerzite. Za veľmi
zlé pokladáme však fakt, že hoci
nastalo zlepšenie, ako vidieť
v porovnavácích
grafoch
na
začiatku semestra odpovedalo
správne 19 %, na konci 34 %
študentov, až 76 % odpovedí bolo
nesprávnych. A teda aj po
absolvovaní základného kurzu fyziky sú ich predstavy o súvisiacich
javoch mylné. Zvlášť sa možno pri
analýzach sústrediť na odpoveď d,
ktorú si vybralo na začiatku
semestra viac ako polovica študentov a na konci semestra takmer
polovica študentov.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
60
50
40
30
20
10
0
Gym
a)
SvF-pre
b)
SvF-po
c)
d)
40
30
20
10
0
a)
b)
c)
d)
Obr. 8: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 11
Obr. 7: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 8
Ako možno vidieť na obrázku 8, 9
z výsledkov testovania je zrejmé,
že v oblasti dynamiky kvapalín
majú gymnazisti aj naši študenti
115
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tavých pohyboch (obr. 12, 13).
Všimnime si, aké vysoké percento
študentov SvF volilo odpovede b, c
aj na začiatku aj konci semestra.
Q12
úspešnosť [%]
100
Gym
SvF-pre
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
SvF-po
80
60
Q16
40
20
a)
b)
c)
úspešnosť [%]
0
d)
70
60
50
40
30
20
10
0
Gym
a)
SvF-pre
b)
SvF-po
c)
d)
Obr. 11: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 16
Obr. 9: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 12
Dosť zarážajúce sú výsledky
z úlohy č. 13., nakoľko úloha súvisí
s praxou, kde viac ako 65 % študentov SvF volilo odpoveď c na
začiatku semestra a takmer 50 % na
konci semestra.
Obr. 12: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 17
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Gym
SvF-pre
Q18
SvF-po
60
úspešnosť [%]
úspešnosť [%]
Q13
Gym
SvF-pre
SvF-po
50
40
30
20
10
0
a)
a)
b)
c)
d)
Obr. 10: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 13
Študenti gymnázií aj študenti univerzity majú zlé predstavy o dejoch
v plynoch (obr. 11) a taktiež o kmi-
b)
c)
d)
Obr. 13: Výsledky odpovedí na
úlohu č. 18
Pri bližšom skúmaní odpovedí
študentov na úlohu č. 20 sme prišli
na to, že študenti zabúdajú premieňať jednotky. Žiaľ to nie je nič
prekvapivé, zo skúsenosti vieme, že
116
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
študenti jednotkám fyzikálnych
veličín nepripisujú dôležitý význam.
možno zlepšovať názornosť
a budovať správne fyzikálne
predstavy o dejoch okolo nás.
6 Záver
Nami realizované testovanie
ukázalo:
• Na konci semestra nastal nárast
vedomostí u experimentálnej aj
u kontrolnej skupiny.
• U experimentálnej skupiny, ktorá
realizovala výpočtové cvičenia
prostredníctvom videoanalýz bol
nárast vedomostí vyšší.
• Rozdiel vo vedomostnej úrovni
medzi experimentálnou a kontrolnou skupinou bol štatisticky
významný na hladine významnosti α = 5 %.
• Avšak vedomostná úroveň študentov gymnázií bola vyššia
ako študentov SvF po skončení
semestra!
• Koeficient reliability testu dosahoval hodnoty 0.58 – 0.75 na
základe čoho možno považovať
daný test za spoľahlivý.
• Ďalšia analýza úloh poukázala
na to, že aj keď na konci semestra dôjde k zvýšeniu počtu
správnych odpovedí, naďalej
ostáva veľká skupina študentov,
ktorých predstava o fyzikálnych
dejoch je spojená s chybnými
predstavami, tzv. miskoncepciami.
• Využitie videoanalýz a simulácií dejov vo vyučovacom procese je jednou z možností, ako
Poďakovanie
Táto práca bola podporovaná
Slovenskou grantovou agentúrou
KEGA
na
základe
zmluvy
č. 035ŽU-4/2012. Autori taktiež
ďakujú učiteľom fyziky na gymnáziách: Bilingválne gymnázium
Žilina (Mgr. Marek Matuška),
Gymnázium Varšavská Žilina
(Mgr. Jozefína Špániová) a Gymnázium v Ružomberku (Mgr. Miroslav Krajník) za ich spoluprácu pri
testovaní žiakov gymnázií.
7 Literatúra
[1] HOCKICKO, P. a ROCHOVSKÁ, I. Hľadanie, analýza a možnosti odstraňovania chybných predstáv vo fyzikálnom vzdelávaní na
technických univerzitách. Zborník
príspevkov z konferencie Tvorivý
učiteľ fyziky VI, Národný festival
fyziky 2013, 1. vyd, Bratislava,
Slovenská fyzikálna spoločnosť,
2013, s. 126–132. ISBN 978-80971450-0-2.
[2] HOCKICKO, P. Fyzika v príkladoch a videopríkladoch / Videoanalysis based tasks in physics,.
1.vyd. Žilina, Edis, [DVD] 2013.
ISBN 978-80-554-0811-8 Dostupné na:
http://hockicko.uniza.sk/Priklady/vi
deopriklady.htm
[3] CHRÁSKA, M. Metody pedagogického výzkumu. 2007, Grada
117
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Publishing, 265 s. ISBN 978-80247-1369-4
[4] JEŘÁBEK, O. – BÍLEK, M.
Tvorby didaktických testů. Olomouc, 2010. ISBN 978-80-244-2494-1
[5] KOPÁČOVÁ, J. Kompetencie
študentov učiteľstva pre primárne
vzdelávanie na vyučovanie prírodovedy. In: Prídavková, A. – Klimovič, J. (eds.) Komplexnosť
a integrita v predprimárnej, primárnej a špeciálnej edukácii. Prešov:
Prešovská univerzita v Prešove,
2012, 643–647. ISBN 978-80-5550664-7
[6] KRIŠŤÁK, Ľ. – NĚMEC, M. –
STEBILA, J. – DANIHELOVÁ, Z.
Interactive P&E Method in Teaching Physics at Secondary Schools. In: Journal of Technology and
Information Education, Vol. 5, No.
1, 2013, pp. 42–49. ISSN 1803537X
[7] KRIŠŤÁK, Ľ. – STEBILA, J. –
DANIHELOVÁ, Z. Experimental
Support in Teaching Physics at
Lower Secondary Schools. In:
Scientia in educatione 4(1), 2013,
pp. 3–18. ISSN 1804-7106
[8] MARKECHOVÁ, D. – STEHLÍKOVÁ, B. – TIRPÁKOVÁ, A.
Štatistické metódy a ich aplikácie.
Nitra 2011: Univerzita Konštantína
Filozofa v Nitre, 534s. ISBN 98780-8094-807-8
[9] program STATISTICA (trial
version), StatSoft, Inc. 2011.
[10] ROCHOVSKÁ, I. Formovanie
prírodovednej gramotnosti študentov odboru predškolská a elemen-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
tárna pedagogika. Ružomberok:
Verbum, 2012. 267 s. ISBN 97880-8084-859-0
[11] VALOVIČOVÁ, Ľ. – JAKABOVÁ, S. a kol. Prírodovedné
vzdelávanie formou projektového
vyučovania. Nitra: FPV UKF
v Nitre, 2012. 193 s. ISBN 978-80558-0149-0
Doc. PaedDr. Peter Hockicko, PhD.
RNDr. Gabriela Tarjányiová, PhD.
Katedra fyziky
Elektrotechnická fakulta ŽU
Univerzitná 8215/1
010 26 Žilina, SR
Tel: +421 5132364
E-mail:
[email protected], [email protected]
www pracoviska:
http://fyzika.uniza.sk
Príloha (vstupný a výstupný test):
(1) Kameň padá voľným pádom do
priepasti hlbokej 45 m. Za aký čas
dopadne na dno? Odpor vzduchu
zanedbajte. (Kameň má pred dopadom rýchlosť 30 m/s).
(A) 3 s (B) 1,5 s (C) 4,5 s (D) 9 s
(2) Graf na obrázku zodpovedá
pohybu vlaku pred vjazdom do
stanice. Aká bola veľkosť zrýchlenia vlaku počas brzdenia?
(A) 30/8 m.s–2
(B) 30/12 m.s–2
(C) 30/10 m.s–2
(D) 40/12m.s–2
118
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
(3) Akú dráhu prešiel vlak pri brzdení? (obrázok z predchádzajúceho
príkladu)
(A) 200 m
(B) 300 m
(C) 400 m
(D) 320 m
(4) Brankár chytil loptu s hmotnosťou 0,5 kg, ktorá letela rýchlosťou
18 m.s–1. Akou priemernou silou
pôsobil na loptu, ak ju zastavil za
0,06 s?
(A) 150 N
(B) 36 N
(C) 300 N
(D) 600 N
(5) Ktorá z uvedených jednotiek je
jednotkou momentu zotrvačnosti?
(A) kg.m2 (B) M.m (C) J (D) m.s–2
(6) Pohybová rovnica rotačného
pohybu je vyjadrená vzťahom:
(A) M = J.ε
(B) F = m.a
(C) L = J.ω
(D) M = F.r
(7) Auto sa pohybuje po ceste medzi bodmi P a Q rýchlosťou, ktorá
má konštantnú veľkosť v. Na ceste
sú dve zákruty, ktoré ležia na kružniciach s polomermi rB = 2.rA. Pre
uhlové rýchlosti ωA a ωB platí:
(A) ωB = 0,5.ωA
(B) ωB = 0,25.ωA
(C) ωB = 2.ωA
(D) ωB = 4.ωA
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
(8) Od čoho nezávisí veľkosť trecej
sily? Od
(A) dotykovej plochy
(B) hmotnosti telesa
(C) materiálu dotýkajúcich sa telies
(D) tiažového zrýchlenia
(9) Pozeráme sa na ručičkové hodinky v smere kolmom na ich ciferník. Aký smer má vektor momentu sily, ktorý spôsobuje pohyb
minútovej ručičky hodín?
(A) Je kolmý na rovinu ciferníka
a smeruje od nás.
(B) Je kolmý na rovinu ciferníka
a smeruje ku nám.
(C) Leží v rovine ciferníka a je
kolmý na ručičku.
(D) Má rovnaký smer ako ručička
hodín.
(10) Bója tvaru gule s hmotnosťou
m leží v pokoji na hladine kvapaliny s hustotou ρ. Objem celej bóje je
V, objem ponorenej časti bóje je
V1. Ktoré z nasledujúcich tvrdení
o bóji je pravdivé?
(A) V1 ρ g = mg
(B) Vρg < mg
(C) V1ρ g < mg
(D) (V +V1)ρ g < mg
119
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
(11) Voda priteká
rýchlosťou v potrubím
s priemerom d do rozšíreného miesta, ktoré
má priemer 4d. Akou
rýchlosťou bude voda
pretekať
rozšíreným
miestom?
(A) v/16 (B) 4v
(C) 16v (D) v/4
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
a pod piestom je tlak p. Ak posunieme piest na značku 5 ml, hodnota tlaku pod piestom bude približne
rovná
(A) 3p
(B) 2p
(C) p/2
(D) p/3
(12) Ako sa zmení veľkosť tlaku
v uzavretej trubici s prúdiacou
kvapalinou, keď sa prierez trubice
zúži?
(A) zmenší sa
(B) zväčší sa
(C) nezmení sa
(D) je stále
nulový
(13) Pre koeficienty teplotnej rozťažnosti železa a betónu platí:
(A) sú porovnateľné
(B) železo má rádovo nižší
(C) železo má rádovo vyšší
(D) sú úplne rovnaké
(14) Bubliny vzduchu stúpajúce
z dna k hladine:
(A) sa zväčšujú
(B) sa zmenšujú
(C) nemenia veľkosť
(D) nemenia vztlakovú silu, ktorá
na ne pôsobí
(15) Akú prácu vykonal ideálny
plyn počas jedného cyklu znázorneného na obrázku?
(17) Aká bude frekvencia oscilátora, ak sa jeho hmotnosť zmenší 9 –
krát? Jeho pôvodná frekvencia bola
81 Hz.
(A) 243Hz
(B) 729Hz
(C) 9Hz
(D) 27Hz
(18) Závažie na špirálovej pružine
kmitá na povrchu Zeme s frekvenciou 10 Hz. Ako sa zmení frekvencia kmitov, ak by sme sústavu
umiestnili na Mesiac?
(A) Nezmenila by sa.
(B) Zväčšila by sa.
(C) Závažie by vôbec nekmitalo.
(D) Zmenšila by sa.
(19) Na obrázku je znázornený
priebeh výchylky kmitov v závislosti od času. Aká veľká je frekvencia uvedeného kmitavého pohybu?
(A) 0,25 Hz
(B) 0,5 Hz
(C) 2 Hz
(D) 4 Hz
(16) Ventil, ku ktorému je pripojená injekčná striekačka, je uzavretý
120
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
(20) Závažie s hmotnosťou 1,2 kg
je zavesené na pružine vedľa stupnice s centimetrovými dielikmi
(pozri obrázok). Približne aká je
tuhosť tejto pružiny?
(A) 100 N.m–1
(B) 10 N.m–1
(C) 1 N.m–1
(D) 1000 N.m–1
(A) 30 kJ (B) 60 kJ
(C) 90 kJ (D) 120 kJ
121
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Výzkumný článek
ANALYSIS OF TASKS IN THE SLOVAKIAN BEBRAS
CONTEST 2013/14
Monika TOMCSÁNYIOVÁ – Peter TOMCSÁNYI
Abstract:
The seventh year of the Slovakian iBobor Contest took place this school
year. It is the local version of the Bebras International Contest on Informatics and Computer Fluency. It is organized in five categories according to
school classes. Our article analyzes the tasks of the Benjamin category
(classes 5 to 7, age 10 to 12). At first we describe the tasks and their results
in general, next we concentrate on deeper analysis of a few selected tasks.
Particularly we concentrated on one task that had the same topic as a task
from last year's contest and on another task that turned out to be the hardest
one in this year's contest in the Benjamin category. We have stated our
hypotheses and then we tried to test them using the methods of statistical
analysis as well as questionnaires for teachers and students. In the conclusion we try to draw some consequences for the organizers of future contests, as well as for the teachers preparing students for the contest.
Keywords: Bebras contest, category Benjamin, statistical analysis.
ANALÝZA RIEŠENÍ ÚLOH SÚŤAŽE IBOBOR
V ŠKOLSKOM ROKU 2013/14
Resumé: V školskom roku 2013/14 sa uskutočnil už siedmy ročník súťaže
iBobor na Slovensku. Súťaž má päť kategórií, v ktorých sú žiaci rozdelení
do skupín podľa jednotlivých tried. V našom príspevku analyzujeme úlohy
kategórie Benjamíni. Najprv popisujeme všeobecne výsledky všetkých
úloh, potom sa zameriame sa na hlbšiu analýzu niektorých vybraných úloh.
Konkrétne na jednu úlohu, ktorá je podobná inej úlohe z minulého ročníka
a na úlohu, s ktorou mali tento rok súťažiaci najväčšie problémy. V tejto
súvislosti sme si stanovili hypotézy a snažíme sa ich overiť jednak štatistickou analýzou riešení úloh a odpovedí v ankete k súťaži, jednak analýzou
dotazníkov pre učiteľov a anketových odpovedí súťažiacich. V závere sa
snažíme o zhrnutie poznatkov jednak pre organizátorov pri zadávaní úloh
122
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
v ďalších ročníkoch jednak pre učiteľov, ktorí pripravujú svojich žiakov na
súťaž.
Klíčová slova: Informatický bobor, kategória Benjamíni, analýza riešení
úloh.
123
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
1 Úvod
V školskom roku 2013/14 sa na
Slovensku uskutočnil už siedmy
ročník súťaže Informatický bobor,
skrátene iBobor. Je to slovenská
verzia medzinárodnej súťaže Bebras, ktorá má svoj pôvod v Litve,
kde sa tento rok konal už jej 10.
ročník. Súťaže sa tento rok konali
v 24 krajinách a spolu sa zúčastnilo
viac než 600 000 súťažiacich.
V súťaži iBobor sa tomto ročníku zúčastnilo 55 017 súťažiacich
z 899 škôl. Žiaci sú rozdelení podľa
triedy, ktorú navštevujú do piatich
kategórií – Bobríci (3. a 4. ročník
ZŠ), Benjamíni (5. až 7. ročník ZŠ),
Kadeti (8. až 9. ročník ZŠ), Juniori
(1. a 2. ročník SŠ) a Seniori (3. a 4.
ročník SŠ).
V tomto článku sa venujeme súťažnej kategórii Benjamíni, v ktorej
tento rok súťažilo 18 168 žiakov
z 5., 6. a 7. ročníka základnej školy
alebo prímy a sekundy osemročných gymnázií.
Kvôli problémom so súťažným
serverom súťaž prebehla v dvoch
dňoch – v riadnom termíne sme
museli súťaž prerušiť a vyhlásiť
náhradný termín. Do výsledkov
sme zahrnuli všetkých súťažiacich,
ktorí súťažili v aspoň jednom
z termínov. Ak súťažili dvakrát,
počítal sa im len výsledok z náhradného termínu. V dôsledku toho
sa vo výsledkoch objavili aj žiaci,
ktorí v riadnom termíne nestihli
vyriešiť všetky úlohy a zároveň už
v náhradnom termíne nesúťažili.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Mnohí z nich mali veľký počet
neriešených úloh, čo ovplyvňovalo
niektoré štatistické analýzy. Preto
sme sa rozhodli vylúčiť z ďalšieho
štatistického spracovania tých
z nich, ktorí neriešili 5 alebo viac
úloh. Takých súťažiacich bolo 741.
V tomto článku teda používame
súbor údajov o riešeniach 17 427
súťažiacich.
Žiaci, riešili počas 40 minút 15
úloh. Názvy úloh sú uvedené v Tab.
1. Každá z nich je zaradená do
okruhov informatiky podľa Štátneho vzdelávacieho programu (ŠVP)
pre 2. stupeň základnej školy (ISCED 2).
124
BoborBook
Most
Panoramatická fotografia
Rodinný graf
Zmena textu
Kmeň stromu
Výťah
Tunely
Padajúce loptičky
Zmrzlinový stroj
Hamburgery
Tri prstene
Robotická včela
Lienka Lenka
Dlažba
SPOL
INF
INF
INF
INF
INF
ALG
ALG
ALG
INF
INF
INF
ALG
ALG
INF
Tab. 1: Názvy úloh kategórie Benjamíni a ich zaradenie do okruhov
informatiky podľa štátneho vzdelávacieho programu pre vzdelávací
stupeň ISCED 2.
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
V Štátnom vzdelávacom programe je určených päť okruhov informatiky (pred názvom okruhu je
skratka, ktorú sme si zvolili pre
tento článok) INF – Informácie
okolo nás, DG – Komunikácia
prostredníctvom digitálnych technológií, ALG – Postupy, riešenie
problémov, algoritmické myslenie,
PC – Princípy fungovania digitálnych technológií a SPOL – Informačná spoločnosť. Z uvedenej
tabuľky úloh a ich zaradenia do
okruhov je zrejmé, že niektoré
okruhy informatiky nemajú zastúpenie medzi tohtoročnými úlohami.
Jedným z dôvodov je to, že aj
z medzinárodnej databázy prichádzajú úlohy, v ktorých nie sú zastúpené tieto okruhy informatiky, viac
o príprave úloh pozri [1].
Jedna úloha (Rodinný graf) bola
interaktívna a dve úlohy (Panoramatická fotografia a Dlažba) mali
interaktívnu pomôcku, viac pozri [2].
Vďaka interaktívnej pomôcke sa
snažíme žiakom dať do rúk nástroj
na experimentovanie a možnosť
vyskúšať si riešiť úlohu tým, že
manipulujú s objektami.
V úlohe Panoramatická fotografia mohli žiaci ťahať jednotlivé
fotografie a prekrývať ich tak, aby im
nakoniec vznikla jedna fotografia.
V úlohe Dlažba mohli súťažiaci
vyfarbovaním dlaždíc a metódou
pokus-omyl zistiť, akú farbu bude
mať označená dlaždica. Vďaka
tomu, že skúšali rôzne zafarbenia
dlaždíc sa mohli presvedčiť, že
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
označená dlaždica musí mať modrú
farbu (viď Obr. 1).
Obr. 1: Interaktívna pomôcka
v úlohe Dlažba a jej využitie na to,
aby žiak zistil akú farbu bude mať
dlaždica označená písmenom X ak
dodrží pravidlá ukladania dlaždíc.
Úlohy sú pred súťažou rozdelené do kategórií podľa očakávanej
obtiažnosti na ľahké (prvých päť
úloh) stredné (druhých päť úloh)
a ťažké (posledných päť úloh).
Očakávanú obtiažnosť určujeme na
základe návrhu autora úloh a uváženia organizátorov, keďže kvôli
utajeniu úloh neorganizujeme pilotné testovanie.
Skutočná obtiažnosť úloh sa
preto ukáže až po súťaži a nezriedka sa líši od očakávanej obtiažnosti.
Tento jav pozorujeme nielen na
Slovensku, ale vo všetkých krajinách, ktorých výsledky sme mali
možnosť vidieť (napr. Česko, viď
[3] alebo Holandsko, viď [4]).
125
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
0%
20%
40%
60%
80% 100%
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Benjamíni 2013/14 - rozdelenie počtu bodov
BoborBook
Most
Panoramatická
fotografia
Rodinný graf
2000
1500
Zmena textu
1000
Kmeň stromu
Vo výťahu
500
Tunely
0
Padajúce loptičky
4 8 121620242832364044485256606468727680
Zmrzlinový stroj
Hamburgery
Obr. 3: Rozdelenie počtu bodov.
Červená čiara je graf normálneho
rozdelenia s rovnakým priemerom,
počtom prvkov a rozptylom, ako
majú naše údaje.
Tri prstene
Robotická včela
Lienka Lenka
Dlažba
nesprávne
nevieme
neodpovedali
správne
Obr. 2: Úspešnosť úloh. Vidíme, že
tento rok sme vo viacerých prípadoch neodhadli správne skutočnú
obtiažnosť úloh.
Obr. 2 ukazuje počet správnych
odpovedí, počet nezodpovedaných
úloh a počet nesprávnych odpovedí.
Pri interaktívnych úlohách sa ešte
môže stať, že počítač neodošle
správne riešenie lebo nemá nainštalovaný Flash player alebo sa stane
niečo iné nepredvídané. Takéto
prípady sú na obrázku označené
ako „nevieme“.
Obr. 3 dokumentuje rozdelenie
počtu bodov od minimálneho zisku
0,05 bodu po maximum 80 bodov
v štvorbodových intervaloch.
2 Použité výskumné metódy
V našom výskume, ktorý sa týka kategórie Benjamíni sa venujeme analýze riešení niektorých úloh.
Vybrali sme si jednu úlohu, ktorá je
podobná inej úlohe z minulého
ročníka a jednu úlohu, s ktorou
mali tento rok súťažiaci najväčšie
problémy.
Keďže vo výskume analyzujeme, triedime a vyhodnocujeme
údaje zo súťaže ide o empirický
výskum typu ex post facto. Analyzujeme teda udalosť, ktorá sa už
stala (prebehla súťaž) a úlohy v nej
použité neboli vyberané s ohľadom
na akékoľvek konkrétne výskumné
ciele.
Pre výskum, ktorý je predmetom tohto článku sme si špecifikovali 2 ciele. Ku každému z nich
sme si stanovili hypotézy. Tie sme
pri prvom cieli overovali pomocou
štatistickej analýzy údajov z data-
126
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
bázy, pri druhom analýzou vývoja
zadania úlohy a zisťovaním názorov učiteľov a žiakov k tejto úlohe.
3 Ciele výskumu a výskumné
hypotézy
Po ukončení súťaže máme v databáze k dispozícii riešenia všetkých žiakov. Pomocou filtrovania
z nich vieme vyberať len niektoré
úlohy alebo len žiakov s nejakou
charakteristikou ich riešení (napr.
takých, ktorí sú úspešní riešitelia,
ktorí riešili konkrétnu úlohu správne a podobne). Analýzou týchto
údajov sme sa snažili odhaliť niektoré zaujímavé poznatky o úlohách a ich riešeniach, ktoré by pomohli jednak organizátorom pri
zadávaní úloh v ďalších ročníkoch
jednak učiteľom, ktorí pripravujú
svojich žiakov na súťaž.
Cieľ 1: Vyhľadanie jednej úlohy z minuloročnej a jednej úlohy
z tohtoročnej súťaže, ktoré boli
typovo podobné a skúmanie ich
úspešnosti u žiakov, ktorí riešili obe
tieto úlohy. Našli sme takú dvojicu
úloh – Prefarbi a Kmeň stromu.
Hypotéza 1A: Ak žiaci riešili
minuloročnú úlohu nesprávne,
zvolia si možnosť „neodpovedať“.
Hypotézou si chceme overiť, či
si dostatočne veľa žiakov počas
súťaže uvedomilo, že v minulom
ročníku riešili podobnú úlohu
a odpovedali nesprávne, a teda
bude pre nich lepšie, ak si teraz
radšej zvolia možnosť neodpovedať
a nestratia tak body v súťaži.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Hypotéza 1B: Ak si žiaci v minulom školskom roku vybrali možnosť na úlohu „neodpovedať“, buď
na tohtoročnú úlohu odpovedia
správne alebo si opäť vyberú možnosť „neodpovedať“.
Overením hypotézy 1B sa snažíme sledovať správanie žiakov pri
výbere možnosti neodpovedať na
niektorú otázku. V tomto prípade si
chceme overiť, že ak žiaci počas
minuloročnej súťaže uvažovali nad
riešením úlohy a cielene si zvolili
možnosť neodpovedať, tak sú si
počas tohtoročnej súťaže istí svojou
odpoveďou alebo si opäť vyberú
možnosť „neodpovedať“.
Cieľ 2: Vyhľadanie takej úlohy
z tohtoročnej súťaže, o ktorej sme
predpokladali, že bude pre žiakov
ľahšia než sa ukázalo v súťaži.
V tomto ročníku to bola úloha
Zmena textu.
Hypotéza 2: Predpokladáme, že
žiaci nepochopili vysvetlenie fungovania tlačidiel.
Na overenie tejto hypotézy, sme
analyzovali
odpovede
žiakov
v žiackej ankete a oslovili sme
učiteľov, aby sa vyjadrili, prečo sa
domnievajú, že túto úlohu nesprávne vyriešili.
Analýzou odpovedí hľadáme
príčinu nesprávneho riešenie úlohy,
aby sme sa v budúcich ročníkoch
súťaže vyvarovali chýb, ktoré vznikli pri formulácii zadania úlohy.
V súvislosti s touto úlohou, okrem overenia stanovenej hypotézy,
v článku diskutujeme o tom, akým
127
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
spôsobom sa úloha menila počas
revidovania úloh na medzinárodnom stretnutí a tiež na stretnutiach
tímu, ktorý pripravoval úlohu do
slovenskej súťaže.
4 Cieľ 1 – dve úlohy z dvoch rokov
V minulom ročníku bola v kategórii Bobrík úloha Prefarbi. Bola
zaradená ako ťažká a analýza výsledkov toto zaradenie potvrdila,
správne ju vyriešilo len 21 % súťažiacich.
Tento rok sme mali v kategórii
Benjamín úlohu, ktorej teoretické
pozadie bolo rovnaké – pochopenie
vypĺňania
ania v bitmapovom grafickom
editore. Je to úloha Kmeň
Kme stromu.
Bola zaradená ako stredne ťažká
a výsledky toto zaradenie taktiež
potvrdili (úspešnosťť 42 %):
Kmeň stromu
Bobor chcel v grafickom editore
nakresliť takýto kmeň stromu:
Najprv nakreslil obrys čiernou
farbou. Potom chcel vyplniť
vyplni kmeň
hnedou
farbou.
Bol
však
nepozorný a klikol na čierny
obrys. Dostal takýto obrázok:
Prefarbi
Katka si v grafickom editore
najprv nakreslila takýto obrázok:
Teraz ho bude prefarbovať tak, že
zvolí nástroj VYPLŇ, vyberie
niektorú farbu a vyleje ju tam,
kde ukazuje vedierko.
Ako bude vyzerať jej obrázok, ak
tam najprv vyleje modrú a potom
na to isté miesto zelenú farbu?
a.
b.
c.
d.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Ktorým z uvedených postupov sa
NEDÁ obrázok opraviť?
opravi
a) Vyberie čiernu
iernu farbu a klikne
na rovnaké miesto v obrázku.
b) Vyhľadá
adá možnosť
možnos editora,
ktorým sa dá vrátiť posledný krok,
ktorý urobil.
c) Vyplní kmeň
ň hnedou farbou
a potom vyplní obrys čiernou.
správna odpoveď
d) Vymaže pokazený obrázok,
nakreslí si nový a pri vyfarbovaní
bude opatrnejší.
V databáze výsledkov sme našli
2126 súťažiacich,
žiacich, ktorí riešili obe
úlohy (úlohu Prefarbi riešili minulý
rok ako štvrtáci a Kmeň
Kme stromu
128
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tento rok už ako ako piataci). Zaujímalo nás, či dokážeme nájsť nejaký vzťah medzi riešením týchto
dvoch úloh v tejto skupine žiakov.
Pred testovaním našich konkrétnych hypotéz sme si zostavili kontingenčnú tabuľku z riešení oboch
úloh, ako aj znamienkovú schému
kontingenčnej tabuľky. Postupovali
sme podľa literatúry [5]. Pre zamietnutie nulovej hypotézy si stanovujeme hladinu významnosti
0,05.
Prefarbi:
nič
zle
dobre
spolu
Kmeň stromu
nič
zle dobre spolu
3
34
38
75
33 939 532 1504
8 272 267
547
44 1245 837 2126
hodnota χ2 : 36,74
hladina významnosti:
2E-007
Znamienková schéma:
Kmeň stromu
Prefarbi:
nič
zle dobre
0
+
nič
0
+++
--zle
0
--+++
dobre
Tab. 2: Kontingenčná tabuľka riešení úloh Prefarbi a Kmeň stromu.
Pre skrátenie zápisu sme v tejto aj
nasledujúcich tabuľkách použili
slová nič, zle a dobre namiesto
neodpovedali, nesprávne a správne.
Výsledky štatistickej analýzy
(vypočítaná hladina významnosti je
2.10-7) nás oprávňujú prijať hypotézu, že existuje štatisticky výz-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
namný vzťah medzi riešením úlohy
Prefarbi a riešením úlohy Kmeň
stromu. Zo znamienkovej schémy
vidíme, že podstatne väčšiu než
očakávanú početnosť mala kombinácia zle-zle (teda, že súťažiaci
nevyriešil správne ani jednu z nich)
a dobre-dobre (súťažiaci vyriešil
správne obe úlohy).
Možnou (pesimistickou) interpretáciou týchto faktov je to, že
súťažiaci sa za rok strávený na
hodinách informatickej výchovy
a informatiky nedozvedeli viac
o tom, ako funguje vyfarbovanie
v bitmapových editoroch a neúspech v riešení úlohy spred roka ich
nemotivoval dozvedieť sa niečo
viac z danej oblasti.
Vidíme však aj, že aj počet
kombinácií riešení nič-dobre (minulý rok neodpovedal, tento rok
mal správnu odpoveď) je mierne
vyššia než očakávaná. Aj keď ide
o malý počet súťažiacich, dáva nám
to istú nádej, že aspoň tí, čo minulý
rok úlohu naschvál vynechali, sa za
ten rok niečo viac dozvedeli a vyriešili ju vo väčšej miere správne.
Odpoveď na naše dve hypotézy
sme hľadali pomocou kontingenčných tabuliek, ktoré zlučujú niektoré políčka Tab. 2.
Pre overenie hypotézy 1A sme
zostavili Tab. 3. Vypočítaná hodnota testovacieho kritéria χ2 je 0,393
a vypočítaná hladina významnosti
je 0,5305. Keďže je vyššia než
zvolená hladina významnosti 0,05,
nemôžeme zamietnuť nulovú hypo-
129
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
tézu, teda nemôžeme potvrdiť našu
hypotézu 1A. Nemôžeme teda povedať, že by súťažiaci mali tendenciu neriešiť úlohu keď ju mali minulý rok zle.
dobre,
Prefarbi:
nič
zle
spolu
zle
33 1471 1504
dobre alebo nič
11
611
622
44 2082 2126
hodnota χ2 :
0,3934
hladina významnosti:
0,5305
Tab. 3: Kontingenčná tabuľka pre
hypotézu 1A.
Pre overenie hypotézy 1B sme
zostavili Tab. 4. Hodnota χ2 nás
oprávňuje zamietnuť nulovú hypotézu (na zvolenej hladine významnosti 0,05), a teda tvrdiť, že
medzi takto kategorizovanými odpoveďami je štatisticky významný
vzťah.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Tab. 4: Kontingenčná tabuľka pre
hypotézu 1B.
Znamienková schéma poukazuje na to, že hodnota nič-nič alebo
dobre (teda, že súťažiaci riešil úlohu Prefarbi nesprávne a úlohu
Kmeň stromu riešil správne alebo
ju neriešil) je mierne vyššia než
očakávaná. Je preto možné, že súťažiaci boli čiastočne ovplyvnení
svojou nesprávnou odpoveďou
spred roka. Avšak daný jav pozorujeme len u malého počtu súťažiacich, preto by sa mal v budúcnosti
ešte preskúmať napríklad metódou
dotazníkov pre konkrétnych učiteľov a žiakov a pri ich analýze prípadne zapojiť aj niektoré metódy
kvalitatívneho výskumu.
5 Cieľ 2 – analýza najťažšej úlohy
Úloha Zmena textu bola podľa
výsledkov riešenia žiakov najťažšou úlohou tohtoročnej súťaže:
Kmeň stromu
nič,
dobre
Prefarbi:
zle
spolu
nič
41
34
75
zle alebo dobre
840 1211 2051
881 1245 2126
Mišo v programe Kazitext napísal:
Bobor kreslí hrad
hodnota χ2 :
5,6051
hladina významnosti:
0,0179
Potom stlačil tlačidlo
.
Program jeho text zmenil tak, že
každé slovo prepísal po písmenkách odzadu.
Mišo potom ešte stlačil tlačidlo
Znamienková schéma:
Kmeň stromu
nič,
Prefarbi:
dobre zle
+
nič
+
zle alebo dobre
. Program teraz jeho
celý text prepísal po písmenách
odzadu.
Ako vyzerá Mišov text teraz?
a) Bobor kreslí hrad
b) hrad kreslí Bobor
130
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
c) roboB ílserk darh
d) darh ílserk roboB
Len 20 % žiakov ju vyriešilo
správne, čo je teoreticky horší výsledok, než náhodné tipovanie.
Navyše sme zaradili úlohu ako
ľahkú, teda sme sa výrazne pomýlili v odhade jej obtiažnosti.
Zmena textu - voľba distraktorov
50%
38%
40%
30%
24%
20%
20%
16%
10%
1%
0%
a
b
správne
c
d
nič
Obr. 4: Voľba jednotlivých odpovedí. Správna odpoveď je b, ale
najčastejšie zvolená odpoveď je d
(darh ílserk roboB) a aj odpoveď
a (Bobor kreslí hrad) bola volená
častejšie než správna odpoveď.
Obr. 4 ukazuje, že súťažiaci výrazne najviac volili odpoveď d,
ktorá aplikuje operáciu Otoč všetko na pôvodný text. Preto sme si
stanovili hypotézu 2 (viď vyššie
v odseku Ciele výskumu a výskumné hypotézy), že žiaci nepochopili vysvetlenie fungovania
tlačidiel.
Hypotézu sme sa snažili overiť
pomocou cielenej ankety pre učiteľov, ktorí mali úspešných súťažiacich, ktorí ale odpovedali nesprávne na danú úlohu.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
V tejto ankete nám však zo 126
rozposlaných dotazníkov odpovedali len traja učitelia. Tento nepomer si vysvetľujeme pomerne dlhým intervalom medzi súťažou
a dotazníkom. Dotazník teda prišiel
v čase, keď už učitelia nemali chuť
sa vracať k súťaži. Uvádzame odpovede troch učiteľov (podčiarknutie dodali autori článku):
Učiteľ 1: „Dokonca som mal
chybu v tej otázke aj ja :-). Príčina
bola veľmi jednoduchá: čítanie
s porozumením. Nepostrehli sme
rozdiel medzi „každé slovo“ a „celý text“. Podľa mňa to bola dobrá
úloha. Aj ja sa stále učím pozornejšie čítať :-)“
Učiteľ 2: „Možno by som navrhla najskôr uviesť, čo robí ktoré
tlačidlo, až potom formulovať zadanie: Mišo urobil toto a potom
toto. Ako vyzeral výsledný text?
Myslím, že žiakom robilo problémy
sledovať líniu zadania, keď priamo
z formulácie zadania mali aj zistiť,
ako funguje ktoré tlačidlo. Sama
som to musela trikrát prečítať…“
Učiteľ 3: „Žiačka, ktorá mala
72 bodov a tiež túto úlohu vypracovala nesprávne, napísala svoje
odôvodnenie v žiackej ankete…
Pýtala som sa aj chlapca, ktorý
mal 53,35 bodov, skúšal to vyriešiť
znova a na moje prekvapenie úlohu
bez problémov vyriešil správne.“
Prvý postreh učiteľa upozorňuje
na problém, ktorý majú žiaci (a aj
dospelí) s pozorným čítaním zadania. Vďaka druhému postrehu,
131
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
ktorý považujeme za najcennejší,
sme si uvedomili, že v úlohe je
súčasne uvedená informácia o tom,
ako tlačidlá fungujú a čo s nimi
robil Mišo. Aj toto môže byť jedna
z príčin nesprávneho riešenia úlohy. Tretí učiteľ motivoval žiačku,
aby sa vyjadrila v žiackej ankete
(viď ďalej).
V ďalšom sme analyzovali aj
reakcie žiakov v žiackej ankete. Tú
môže vyplniť žiak keď si prezerá
svoje výsledky asi týždeň po súťaži. Tento rok vyplnilo aspoň časť
ankety 1135 súťažiacich, z toho
605 Benjamínov a z toho 247 zanechalo aj textovú poznámku, z nich
16 sa aspoň čiastočne týkalo úlohy
Zmena textu. Z nich 6 komentárov
bolo dopísaných až potom, ako sme
rozoslali dotazník učiteľom. Teda
títo žiaci zrejme dopísali komentár
až na popud od svojho učiteľa,
ktorý dostal našu anketu.
12
10
8
6
4
2
0
a
b
c
d
Obr. 5: Voľba jednotlivých odpovedí medzi súťažiacimi, ktorí
napísali poznámku k úlohe.
Obr. 5 zobrazuje frekvenciu odpovedí medzi tými 15 žiakmi, ktorí
nám napísali poznámku k úlohe.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Vidíme, prevažná väčšina vybrala
odpoveď d.
Nerozumel/a
Pomýlil/a sa
Zle prečítal/a
Nepáčila sa
3
4
5
1
Tab. 5: Frekvencia jednotlivých
vyjadrení v texte poznámky.
Tab. 5 zobrazuje frekvenciu
jednotlivých vyjadrení v texte poznámok. Vidíme, že prevažná väčšina sa snaží vysvetliť svoje zlyhanie nejakým spôsobom racionalizovania si svojho počínania.
Zaujímavé je, že respondent, ktorý
uviedol, že sa mu úloha nepáčila
(teda použil iracionálny argument),
ju vyriešil správne.
Odpovede poukazujú na to, že
naša Hypotéza 2 môže vysvetľovať
veľké množstvo nesprávnych riešení – mnohí žiaci nesprávne pochopili zadanie úlohy, teda väčšinou
nepochopili vysvetlenie fungovania
tlačidiel.
Z odpovedí sa dalo vyčítať aj
niekoľko spôsobov, ako sa dalo
dopracovať k odpovedi d. Prekvapilo nás, že žiaci väčšinou neuvádzali najjednoduchší spôsob – že
aplikovali druhé tlačidlo na pôvodný text a nie na text už zmenený
prvým tlačidlom.
Žiak 1: „Ja som pochopil úlohu
Zmena textu takto: Otoč slová:
roboB ílserk darh Otoč písmenká:
darh íslerk roboB pri obidvoch
tlačidlách bolo napísané napíše
odzadu, preto som to pochopil, že
132
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
keď je raz otočené dozadu a otočím
to ešte raz, tak to smerom dozadu
ostane a nevráti sa to naspäť.“
Žiačka 2: „Napísala som bobor
kreslí hrad na papier a potom som
si to napísala od zadu a našla som
tam takú odpoveď tak som ju dala
ako správnu.“
Žiak 3: „ÚLOHA ZMENA
TEXTU – zle som prečítal zadanie,
prehodil som slová v texte a potom
otočil“
Žiak 4: „ÚLOHA ZMENA
TEXTU – ZLE SOM SI PRECITAL
ZADANIE,V PRVOM KROKU
SOM ZMENIL NAJSKOR PORADIE SLOV, AZ POTOM SOM TO
OTOCIL“
Žiačka 5: „V úlohe Zmena textu
som sa zmýlila v tom, že prvý príkaz OTOČ SLOVÁ som spravila 2x
(1.x – roboB ílserk darh; 2.x – Bobor kreslí hrad) a až potom som
spravila druhý príkaz OTOČ
VŠETKO a dostala som darh ílserk
roboB. Ja som postupovala tak, že
som si prečítala prvú vetu po príkaz
OTOČ SLOVÁ a otočila som ich.
Potom som čítala ďalej, že program
text zmenil tak, že každé slovo prepísal po písmenkách odzadu, tak
som to spravila zase aj ja. A až
potom som pokračovala na to druhé tlačidlo – OTOČ VŠETKO. Preto mi vyšla možnosť D.“
Odpoveď Žiaka 1 nie je ľahké
pochopiť, argumentuje akýmsi pocitom o neotáčaní už otočeného.
Žiačka 2 zrejme aplikovala len
druhé tlačidlo.
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
Texty žiakov 3 a 4 sú takmer
identické (sú z tej istej školy), poukazujú na postup, ktorým možno
získať výsledok d – Najprv prehodím poradie slov a potom ich ešte
po jednom otočím.
Žiačka 5 Podáva úplne iné vysvetlenie – z textu pochopila, že má
jednotlivé slová otočiť dvakrát
(teda text vrátiť do pôvodnej podoby) a až potom aplikovať druhé
tlačidlo. Na túto žiačku sa odvoláva
vo svojej odpovedi Učiteľ 3.
Keďže mnohé problémy zjavne
spôsobila formulácia úlohy, chceli
sme si ešte raz ozrejmiť ako sa jej
zadanie menilo v procese vytvárania a modifikovania úloh.
Pôvodne úlohu do databázy vložil zástupca Českej Republiky Jiří
Vaníček. Poslal takýto text:
133
Pepík wrote a sentence “Cogito
ergo sum” in a text editor. Then
he rewrote it into the second line
this way: he took words consecutive and wrote every word backwards. Then he rewrote the whole
sentence from 2nd line to the 3rd
line backwards.
How the text in the 3rd line
looked like?
A) Cogito ergo sum
B) sum ergo Cogito
C) otigoC ogre mus
D) mus ogre otigoC
Authorship: Jiri Vanicek
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
V procese evaluácie a editovania úloh na workshope Bebras boli
k nemu pripísané dva komentáre:
It needs some work on rewriting
in more understandable way (skipping numbers of lines), it is crucial
that there is no example!
We like it but now it's not funny
for children.
Neskôr bol text upravený
v zmysle prvého komentára účastníkmi workshopu takto:
Beaver Berton wrote the sentence
“Cogito ergo sum” in a text editor. Then he rewrote it this way:
he took words consecutively and
wrote every word backwards.
Then, he rewrote the modified
sentence in another way: he wrote
the whole sentence backwards.
What did he obtain at the end?
a) Cogito ergo sum
b) sum ergo Cogito
c) otigoC ogre mus
d) mus ogre otigoC
K úlohe bola pripojený tento
komentár:
If there is a strong possibility
that word backwards would not be
understandable for children it should
be explained, for example: first he
wrote the last letter and so on.
Vidíme, že pôvodná myšlienka
postupného písania textov do viacerých riadkov sa zmenila na prepisovanie textu na mieste.
Z tohto textu sme vychádzali pri
preklade a adaptácii úlohy pre slo-
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
venskú súťaž. Pôvodný text sme si
nepozreli lebo účelom workshopu
je to, aby boli poskytnuté lepšie
texty než boli tie pôvodné. Nášmu
kolektívu sa nepáčilo, že Berton
prepisuje text na mieste ručne –
jednak preto, že taká činnosť vyzerá dosť nezmyselne, jednak preto,
že by sa ľahko pomýlil. Preto sme
vymysleli, že prepisovať bude počítač – program Kazitext, do ktorého
stačí napísať pôvodnú vetu a stlačiť
nejaké tlačidlá – viď slovenské znenie uvedené na začiatku odseku 5.
Zaujímalo nás aj to, ako upravili
organizátori českej súťaže Bobřík
informatiky. Ich text je takýto (viď
[3]):
Štěpka si hrála s počítačem.
Napsala v textovém editoru název
města, kde bydlela:
Ústí nad Labem
Do druhého řádku přepsala první
řádek takto: brala jedno slovo po
druhém a každé napsala pozpátku
(můj pes -> jům sep).
Do třetího řádku přepsala druhý
řádek tak, že jej celý napsala
pozpátku (můj pes -> sep jům).
Jak vypadal text ve třetím řádku?
a) mebaL dan ítsÚ
b) Ústí nad Labem
c) Labem nad Ústí
d) ítsÚ dan mebaL
Vidíme, že text vychádza z pôvodného návrhu (písanie po riadkoch), neakceptuje teda zmeny
vykonané na workshope. Je však
zmenený pridaním vysvetlenia
134
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
jednotlivých operácií. Napriek
tomuto vysvetleniu však úspešnosť
riešenia bola len 30% aj keď bola
úloha zaradená vo vyššej vekovej
kategórii (Kadet).
Keď spojíme naše výsledky
z analýzy ankiet a analýzy zmien
v texte, zdá sa nám, že naša myšlienka zmeniť text úlohy z ručného
prepisovania na automatizované
prepisovanie programom Kazitext
mohlo byť príčinou mnohých nejasností. Napriek tomu si myslíme,
že smer našej zmeny bol správny,
len sme mali ísť ešte ďalej a oddeliť popis fungovania tlačidiel od
popisu ich použitia Mišom tak, ako
to navrhol Učiteľ 2.
6 Záver
Z analýzy úloh nám vyplynulo
niekoľko odporúčaní.
Pri budúcich analýzach úloh
treba mať na zreteli, že súťažiaci
zrejme len v malej miere, ak vôbec,
použijú pri riešení nových úloh
vedomosti, ktoré mohli nadobudnúť
v predošlých rokoch. A to napriek
tomu, že pred súťažou mnohí z nich
vyriešia úlohy z archívu našej súťaže.
Pri tvorbe a preklade budúcich
úloh musia autori úloh dbať na to,
aby nespájali pri výklade úloh
funkciu elementov s postupom ich
použitia v úlohe.
Treba znovu zvážiť, aby úlohy
ešte pred súťažou čítali a riešili
napr. študenti učiteľského štúdia na
VŠ, podobne ako to je v Česku. Tí
by ešte pred súťažou mohli odhaliť
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
problémy s formuláciou zadania.
Doposiaľ takýto postup nebol na
Slovensku použitý z dôvodu lepšieho utajenia úloh.
Žiakom a učiteľom treba naďalej a možno ešte dôraznejšie pripomínať, že papier a ceruzka sú veľmi
užitočným nástrojom pri riešení
úloh súťaže iBobor. Napriek tomu,
že je to jasne napísané v pravidlách,
je možné, že mnohí učitelia a žiaci
neradi používajú takúto „zastaralú“
pomôcku pri riešení úloh na počítači.
V praxi odhadovania obtiažnosti
úloh by bolo zaujímavé vyskúšať
postup navrhovaný autorom článku
[4], ktorý však v čase písania članku v roku 2013 ešte prakticky neaplikoval ani on sám. Preto by bolo
zaujímavé dozvedieť sa viac o úspechu aplikácii týchto pravidiel,
prípadne ich vyskúšať na väčšom
množstve úloh počas nasledujúceho
medzinárodného workshopu.
Na príklade úlohy Zmena textu
vidíme, že autori úloh niekedy
neakceptujú zmeny vykonané v ich
úlohách počas workshopu. Na jednej strane im to pravidlá medzinárodného spoločenstva Bebras nezakazujú, na druhej strane je otázne,
či by sa nemal výsledok práce workshopu vždy konzultovať s autormi
úloh.
7 Literatúra
[1] TOMCSÁNYIOVÁ, M. Úlohy
súťaže iBobor zamerané na rôzne
stratégie riešenia problémov. Konferencia DidInfo 2010 (CD ROM),
135
Journal of Technology and Information Education
Časopis pro technickou a informační výchovu
Banská Bystrica : Univerzita Mateja Bela, 2010, s. 124–130.
[2] TOMCSÁNYIOVÁ, M. Interaktívne úlohy v súťaži Informatický
bobor. Konferencia DidInfo 2009,
Banská Bystrica : Univerzita Mateja Bela, 2009, s. 174–177.
[3] Bobřík informatiky, web súťaže
(online). [cit. 2014-02-09] URL:
<http://www.ibobr.cz>
[4] VAN DER VEGT, W. Predicting the Difficulty Level of a Bebras Task. Olympiads in Informatics,
2013, Vol. 7, s. 132–139. ISSN
1822-7732.
[5] CHRÁSKA, M. Metody pedagogického výzkumu – Základy
kvantitativního výzkumu. 1.vyd.
Praha: Grada Publishing, 2007, 272
s. ISBN978-80-247-1369-4
1/2014, Volume 6, Issue 1
ISSN 1803-537X
doc. PaedDr. Monika Tomcsányiová, PhD.
RNDr. Peter Tomcsányi, PhD.
Katedra základov a vyučovania
informatiky
Fakulta matematiky, fyziky
a informatiky
Univerzity Komenského v Bratislave
Mlynská dolina 842 48, Bratislava, SR
Tel: +421 2 60295 220
E-mail: [email protected]
136
Download

Celé vydání - obsah