Děti se učí už tak složitou chemii slovy, kterým nerozumí

Doktorandka Martina Tóthová z PedF UK zkoumala, jak si vedou středoškoláci při práci s periodickou soustavou prvků. Studie, v níž mimo jiné použila také metodu sledování pohybu očí, eye-tracking, vyšla v Journal of Chemical Education, v jednom z nejprestižnějších časopisů pro didaktiku chemie na světě. Následně byla zařazena mezi 365 top články vydanými Americkou chemickou společností za rok 2021. Za svůj publikační počin získala v listopadu Hlávkovu cenu.

Jak na tom jsou české děti se znalostí chemie?

Nemáme plošná data týkající se tohoto předmětu. Něco málo se ví o přírodovědné gramotnosti obecně, data máme například od České školní inspekce nebo z mezinárodních testování, ale s jistotou odpovědět nelze. Mohu tedy mluvit jen z vlastní zkušenosti. Čtyři roky jsem učila chemii na obchodní akademii, kde jsem také prováděla svůj výzkum. Ukázalo se, že znalosti chemie nejsou úplně slavné.

Tedy i vaší „zásluhou“ – nepřipravila jste studenty dostatečně kvalitně?

Kdepak. Testovala jsem je hned po jejich nástupu do prvního ročníku. Úlohy jsem vybrala z Metodických komentářů ke Standardům základního vzdělávání, tedy ukázkové úlohy ověřující výstupy k Rámcovému vzdělávacímu programu pro základní vzdělávání (RVP ZV). Měl by je zvládnout každý žák po skočení deváté třídy. K tomu, aby je vyřešil, potřeboval jen minimum znalostí chemie. Úlohy se týkaly práce s periodickou soustavou prvků a naprostou většinu informací mohli testovaní najít přímo v periodické tabulce, kterou měli k dispozici, nebo i v samotném zadání.

V čem byl tedy problém?

Chyběly jim obecné dovednosti potřebné k řešení úloh. Neodkázali pochopit, co se od nich chce, a využít k práci dostupné nástroje. Ukázalo se, jak moc jsou žáci zvyklí se učit a vybavovat si věci zpaměti a na základě toho řešit úlohy. Raději výsledek tipnou, než aby se podívali na nápovědu – v tomto případě do periodické tabulky nebo do návodného textu v zadání, které četli spíš jako příklad. Ačkoli v něm byl popsán princip, jak mají úlohu vyřešit, stejně to řešili tak, jak si mysleli, že by to řešit měli. Poté, co jsem si všech 139 žáků prvních ročníků naší školy takto otestovala, identifikovala jsem si neúspěšné, částečně úspěšné, úspěšné a výborné řešitele. Z každé této skupiny jsem vybrala dva zástupce pro testování s využitím eye-trackingu.

Sledovala jste pohyby jejich očí při práci.

Přesně tak. Zadala jsem jim znovu tři úlohy velmi podobné těm předchozím a pomocí speciální kamery, eye-trackeru, zaznamenala, kam se při jejich zpracovávání dívali. Pak jsem jim tento záznam pustila a oni mi popisovali vlastními slovy, jak postupovali, což je metoda think-aloud (myšlení nahlas) v retrospektivní formě. Propojením obou těchto typů testování jsme dokázali z výzkumu vytěžit mnohem více informací a u dvou studentů také odhalit falešně pozitivní výsledky. Přestože jejich odpověď byla správná, strategie a části tabulky, na které se očima zafixovali, nemohly vést ke správnému výsledku. Ten byl pouhým produktem jejich dobrého odhadu.

Forum/archiv Martiny Tóthové: Srovnání pohybu očí u žáka, který řešil úlohu s pomocí periodické tabulky (obr. 1) a který bez jejího použití (obr. 2). Červená označuje místa, na která se žáci soustředili nejvíce. Postupně přes oranžovou, žlutou, zelenou až k modré se snižuje četnost fixací.

Ovlivnily vás výsledky výzkumu coby chemikářku? Začala jste učit jinak?

Ano. Rozhodla jsem se totiž navázat na tuto studii ještě akčním výzkumem, který měl ověřit, zda změna ve výuce povede k lepším výsledkům. Začala jsem učivo vysvětlovat prostřednictvím úloh založených na porozumění a práci s textem. Zaměřovali jsme se na rozvíjení obecně použitelných strategií, díky nimž by měli zvládnout vyřešit problémové úlohy nejen v chemii, ale celkově ve všech předmětech. Ze začátku se pořád ptali a chtěli pomoct. Moje odpověď často zněla: „Přečtěte si znova zadání. Najděte v něm slova, která jsou pro vás důležitá.“ A těmito vlastně úplně banálními kroky, které se předmětu chemie zdánlivě vůbec netýkají, jsme došli k tomu, že se většina studentů celkově zlepšila, a to v řádu několika měsíců.

Plánujete ve výzkumu pokračovat?

Teď se zabývám podobnou studií zaměřenou na budoucí učitele – studenty učitelství chemie. Řeší to samé – úlohy určené pro žáky devátých tříd.

Tady snad s porozuměním zadání potíže nebyly.

Ano, studenti učitelství chemie měli výsledky většinou správně. Ale řešení, kterým k nim došli, příliš konstruktivní nebylo. Ani oni nevyužívali tabulku chemických prvků jako pomůcku, daleko více se spoléhali na svou paměť. Dokonce mi někteří řekli, že je tabulka obtěžovala, a raději by úlohu, která je zaměřená na práci s ní, vyřešili bez ní.

To nezní moc optimisticky.

Právě. Ráda bych, abychom na základě tohoto výzkumu upravili vzdělávání budoucích učitelů chemie. Musí být připraveni učit své žáky strategie, které se dají používat univerzálně, při řešení jakéhokoli úkolu. Například si znovu přečíst zadání, najít v něm co nejvíc potřebných informací, umět pracovat s dostupnými materiály – s tabulkou, grafem, s údaji obecně.

Forum/Vladimír Šigut: Martina Tóthová

Může se učitel, který chce připravovat studenty kvalitně, opřít o učebnice? Jaké vlastně jsou?

Zrovna na složitost učebnic chemie se u nás na katedře dělal výzkum, z něhož vyšlo, že jsou dost často opravdu extrémně náročné, co se týká obtížnosti textu. O chemii se právem říká, že je to další cizí jazyk. Žáci se učí o něčem, čemu nerozumí, slovy, kterým nerozumí. Jenže chemii se nejde učit jako básničku a její zákonitosti nepochopíte memorováním mnemotechnických pomůcek. A učebnice jim to příliš neusnadňují. Jejich obtížnost se dá změřit a mohlo být to jedno z kritérií kvality. V zahraničí už vznikají takzvané inteligentní učebnice, využívající princip eye-trackingu. Když žák nebo student během práce dlouho setrvává pohledem na jednom místě, buďto je to proto, že ho něco zaujalo, anebo tomu nerozumí a čte si to znovu. Když toto eye-tracker zachytí, zapne se mu třeba vysvětlující video nebo se zvýrazní slova, která jsou důležitá pro pochopení textu.

Dá se podle pohybu očí poznat dobrá čtenářská gramotnost?

Zkušení řešitelé například automaticky propojují psaný text s obrázkem, pokud ho mají k dispozici. Pro mladší čtenáře je zase typické, že nejsou schopni pracovat samostatně s delším textem doplněným ilustracemi. Potřebují dostávat průběžné instrukce, jak ho mají číst a jak zjištěné informace propojovat. Z výzkumů víme, co jim pomáhá a co je naopak zatěžuje. Na základě toho by už bylo možné vytvořit kvalitní funkční učebnici, která ani nemusí být elektronická.

Proč jste po čtyřech letech přestala učit?

Neplánovala jsem to, nebylo to proto, že by mě práce se žáky nebavila. Dostala jsem nabídku z ministerstva školství pracovat jako tajemnice expertního panelu, který slouží jako poradní orgán k revizi rámcových vzdělávacích programů pro základní vzdělávání, jež právě probíhá. Rozhodla jsem se do toho zapojit, protože tak mohu ovlivnit co a jak se budou děti učit. To mě hodně zajímá a je to pro mě velká motivace.

Rámcové vzdělávací programy ale dávají už teď pedagogům velkou svobodu. Jak pomůže jejich revize?

Máte pravdu, že například kompetenční vzdělávání, o němž se píše ve Strategii 2030+, je v RVP zavedeno už od roku 2005. Nicméně ve školách se toho až tolik nezměnilo. Změnil se spíš jen ten dokument. Spousta informací, které učitelé po studentech chtějí, ani v RVP nejsou. Jsou v učebnicích, kterými se učitelé řídí především. A já teď doufám, že se může změnit i praxe. Vůbec to neznamená úplný odklon od znalostí. Uvažujeme ale třeba o rozdělení vzdělávacího obsahu na povinný jádrový a rozvíjející, který bude dobrovolný. Klíčové je rozumět základu a vědět, kde hledat další informace. A ne se učit zpaměti všechny definice, kvůli kterým pak žáci nemají kapacitu na to skutečné porozumění.

PhDr. Martina Tóthová

Doktorandka z katedry chemie a didaktiky chemie PedF UK se již od svého bakalářského studia věnuje výzkumu zaměřenému na schopnosti žáků střední školy používat periodickou soustavu prvků při řešení chemických úloh. V diplomové práci svůj výzkum rozšířila o testování pomocí metody eye-tracking (sledování pohybu očí) a retrospektivní formy think-aloud (myšlení nahlas). Studie Students' Procedure When Solving Problem Tasks Based on the Periodic Table: An Eye-Tracking Study vyšla v Journal of Chemical Education – v jednom z nejprestižnějších časopisů pro didaktiku chemie na světě. Následně byla zařazena mezi 365 nejlepších článků ze všech časopisů vydávaných Americkou chemickou společností. Za tento svůj publikační počin získala loni v listopadu Hlávkovu cenu. V rámci disertační práce nyní připravuje obdobný výzkum mezi budoucími učiteli chemie a dalších přírodních věd. Čtyři roky učila na obchodní akademii. Nyní pracuje v expertním panelu MŠMT, kde se zabývá revizí rámcových vzdělávacích programů.