Ako pracuje príroda

Moderne vyucovanie vyzaduje nove myslenie. Nove myslenie pozaduje nove a lepsie vyucovanie. Moderny ucitel biologie mysli v celkoch a nie v taxonomickych boxoch. Vyuziva holisticky pristup, ktory je sirsi ako obsah ucebnic pouzivanych vo vyucovani. Bez tohto holistickeho pohladu nie je mozne uspokojive ucenie sa ziaka. V aktivnom prirodovednom uceni sa ide o uplatnovanie vztahov, objavovanie uzsich a sirsich suvislosti v ramci prirodovednych predmetov ako aj hlavnych biologickych disciplin. Je to inovativny pristup, ktory svojou povahou prirodzene vytvara priestor na rozvoj zrucnosti, ktore su sucastou prirodovednej gramotnosti. Medzi najdolezitejsie schopnosti a zrucnosti, ktore su sucastou prirodovednej gramotnosti, patria predovsetkym analyticke a synteticke myslenie, kriticke a tvorive myslenie. Vyucovanie, v ramci ktoreho ziaci rozvijaju uvedene druhy myslenia, oznacujeme ako problemove.

Rozvoj analytickeho myslenia

Analytickym myslenim rozumieme vseobecnu schopnost myslienkovo rozkladat struktury na ich konstitutivne prvky a s tymito prvkami dalej narabat. Toto myslenie obsahuje schopnost vyvodzovat logicke a fakticke vztahy a vytvarat strukturu v (na prvy pohlad) chaotickych informaciach prostrednictvom faktov, schopnost rychleho myslenia a tvorby zaverov na zaklade tychto faktov a tiez schopnost porozumiet novym myslienkam.

Analyticke uvazovanie byva casto zamienane s matematickymi schopnostami, co nie je uplne presne. Analyticke myslenie je forma logickeho uvazovania a zahrna v sebe podstatne viac ako len rychle pocitanie ci odhadovanie numerickych hodnot. Mozeme ho charakterizovat ako proces myslenia, v ktorom sa jeden usudok odvodzuje z druheho a vysledkom su spravne zavery.

Aj v praktickom a realnom zivote potrebujeme mat rozvinutu schopnost rozpoznat problem a systematicky ho vyriesit. Tento proces v idealnom pripade prebieha v troch krokoch. Najprv je potrebne urobit analyzu komplexnej temy alebo problemu. Nasledne preskumat jednotlive aspekty problemu, vyberat podstatne informacie, cim sa vylucia nedolezite a spojit to, co k sebe patri. V poslednom kroku je treba medzi sebou prepojit jednotlive aspekty, cim vznikne uskutocnitelna synteza, co vedie k vyrieseniu problemu. 

Analyticke myslenie je typicke dokladnym rozborom situacie, dolezite je hladanie co najvacsieho poctu detailov, ich hodnotenie a vzajomne pozorovanie. Ludia s rozvinutym analytickym uvazovanim dokazu velmi rychlo vystihnut situaciu a adekvatne na nu reagovat. 

Je potrebne poznamenat, ze prave analyticka metoda podstatne prispela k rozvoju vedy ako celku a pocas dlheho obdobia bola jedinou akceptovatelnou vedeckou metodou. A stale zostava v nasom kolektivnom vedomi dojem, ze vedecka metoda sa rovna analytickej metode.

Vo vseobecnosti analyticka metoda pozostava z tychto krokov:

1. rozdelenie celku, koncepcne, alebo fyzicky, na nezavisle casti,
2. zistenie vlastnosti a spravani sa jednotlivych casti
3. a z toho dedukcia vlastnosti a spravania sa celku.

Analyticke myslenie je mozne rozvijat prostrednictvom uplatnenia analytickej metody v spolupraci s inymi specifickymi druhmi myslenia v rieseni problemovych uloh.

Rozvoj kritickeho myslenia

Kriticke myslenie ma zasadny vplyv na kvalitu ucenia sa, teda na efektivne ucenie sa a na produktivny zivot (Turek, 2003). Kriticke myslenie sa opiera o argumenty. Argument obsahuje tri zakladne zlozky: tvrdenie - jadro veci, hlavnu myslienku; dovody - zdovodnenie tvrdenia; dokazy - na podporu kazdeho z dovodov. Dokazmi mozu byt statisticke udaje, miesta v texte, osobne skusenosti atd., ktore adresati mozu povazovat za platne. Pri osvojovani si a rozvinuti kritickeho myslenia sa odporuca klast co najcastejsie otazky vo vztahu k jednotlivym zlozkam myslenia (Turek 2003), ako napriklad:

• co je mojim zamerom (cielom)?, co chcem robit?,
• ktore hlavne otazky mam zodpovedat?, ktory hlavny problem mam vyriesit?,
• ktore hlavne informacie potrebujem na zodpovedanie otazok pri rieseni problemu?,
• ako mozem najlepsie interpretovat informacie, ktore mam?, ake predbezne zavery mozem vyvodit z dostupnych informacii?,
• ktore klucove pojmy, myslienky potrebujem pochopit, aby mali udaje nejaky zmysel, aby bolo mozne zodpovedat otazky, alebo vyriesit problem?,
• co je zarucene a co je treba predpokladat pri uvazovani o tejto otazke, probleme?,
• ake zavery vyplyvaju z mojho doterajsieho uvazovania?, ak budem postupovat podla zaverov, ku ktorym som dosiel, ake budu dosledky tohto postupu?,
• z akeho uhla pohladu som pristupoval pri hladani odpovede na otazku, riesenia problemu?, nemal by som pristupovat z ineho uhla pohladu?,  nemal by som brat do uvahy ine stanovisko alebo nazor?.

Rozvoju kritickeho myslenia ziakov napomahaju rozne pripadove studie, ktore suvisia s ucivom, ktore maju ziaci zvladnut. Tvorba pripadovych studii je mimoriadne narocna praca a len velmi malo ucitelov si najde na to cas.

Rozvoj tvoriveho myslenia

Tvorivost, tiez nazyvana kreativita, je spojena s produkciou novych a hodnotnych napadov, rieseni a myslienok vo vsetkych oblastiach ludskej cinnosti. Proces tvorivosti nie je jednoduchy a izolovany proces. Zahrna komplex poznavacich, motivacnych, postojovych, citovych, environmentalnych a inych faktorov. Tvorive myslenie je specificky druh myslenia, ktore sa vyznacuje vysokou motivaciou, vytrvalostou, zodpovednostou, schopnostou inspirovat sa roznymi podnetmi, zrucnostou spajat poznatky z rozlicnych odborov, odmietanim tradicnych postupov, nezavislostou na autoritach, hladanim variantnych rieseni, zmyslom pre originalitu, snahou vyriesit problem, objavenim podstaty, vynajdenim noveho postupu alebo vytvorenim noveho umeleckeho diela, tendenciou k uspornosti, elegantnosti, krase noveho riesenia.

Pod zrucnostami tvoriveho komplexneho myslenia tu rozumieme vsetky tvorive schopnosti, nezavisle od oblasti aplikacie, ktorymi mozno poznavat komplexne dynamicke systemy a riesit problemy s nimi spojene. Zrucnosti tvoriveho komplexneho myslenia zaradujeme k vseobecnym zrucnostiam s uplatnenim v ktorejkolvek oblasti ludskej cinnosti. Aj preto ich rozvoj suvisi so samou podstatou sposobu ludskeho poznavania - s citlivostou vnimania, s procesmi ucenia sa a vyucovania, s chapanim tvorivosti a s rozvojom vedeckeho myslenia (Teplanova, 2006).

S tvorivym myslenim priamo suvisi tvorive riesenie problemov. Existuje niekolko vhodnych heuristickych navodov na tvorive riesenie problemov. Univerzalnym heuristickym navodom je DITOR. Pod kreativizaciou sa rozumie tvorive myslenie v kognitivnych funkciach a zasahuje len tvorive riesenie problemov. Kreativizacia znamena vychovu k tvorivemu stylu zivota. Je to styl, ktory je charakterizovany osobnostou s permanentnou sebaregulaciou progresivnym smerom (Zelina, 1996).

Problemove vyucovanie

Problemove vyucovanie patri k najefektivnejsim koncepciam vyucovania, pocas ktoreho sa rozvija u ziakov myslenie a schopnost riesit problemy. Na rozdiel od tradicneho vyucovania, pri ktorom ucitel odovzdava hotove poznatky, pri problemovom vyucovani ucitel ziakom predklada ulohy, ktore obsahuju nezname fakty, informacie a sposoby cinnosti, motivuje a usmernuje ich pri rieseni. Ziaci pri hladani riesenia ziskavaju nove vedomosti, zrucnosti a vlastne schopnosti (Turek, 2002).

Preco ziaci dostavaju taketo ulohy? Myslenie je stimulovane v tzv. problemovej situacii, ked sa clovek stretne s nejakou prekazkou, narazi na nieco nezname, nepochopitelne, no sposob prekonavania prekazky mu nie je neznamy. Problemova situacia by okrem neznameho mala mat dve stranky - motivacnu, v ktorej ide o prebudenie zaujmu o prekonavanie prekazky pri sucasnom ziskavani novych vedomosti a zrucnosti a predmetovo-obsahovu, v ktorej vecny obsah danej situacie suvisi s obsahom urcitej vzdelavacej temy.

Navodenie problemovej situacie je spojene s predlozenim tzv. problemovych uloh, ktore splnaju urcite poziadavky:

• spatost s osvojovanym ucivom, logicky z neho vyplyvat,
• vychadzanie zo zivotnej situacie, ktora lahko uputa pozornost ziakov,
• obsah neznameho prvku (objekt, metoda),
• naroky na riesenia su adekvatne intelektualnym moznostiam a schopnostiam ziakov, dostatocna zlozitost a narocnost uloh,
• rozne formulacie uloh, napr. vo forme otazky, ktorej zodpovedanie nie je len mechanicka odpoved.

Pouzitie problemoveho vyucovania zavisi predovsetkym od zvoleneho uciva, od osobnosti ucitela, urovne psychickych schopnosti a zrucnosti ziakov, materialno-technickych podmienok vyucovania, casu a pod. (Turek, 2002). Odporuca sa uplatnit pri ucive, ktore obsahuje kauzalne vztahy (pricinno-dosledkove zavislosti), pocas ktoreho maju ziaci moznost osvojit, upevnit a prehlbit zovseobecnene pojmy, principy, vztahy, zakony, teorie. Je nelahke pouzit problemove vyucovanie pri uplne novom ucive pre ziakov, pretoze nemaju ziadne vstupne vedomosti a zrucnosti, na zaklade ktorych mozu hladat a objavovat. Problemove vyucovanie si vyzaduje zvyseny casovy priestor v porovnani s tradicnym vyucovanim. Na problemove vyucovanie si musia ziaci zvyknut a adaptovat sa.

Dlhodoby vyskum problemoveho vyucovania (Turek, 2002) priniesol niekolko zaverov:

• V oblasti reprodukovania vedomosti nevedie problemove vyucovanie k statisticky lepsim vysledkom ako tradicne vyucovanie.
• V oblasti transferu - aplikacie vedomosti a zrucnosti je efektivnost problemoveho vyucovania oproti tradicnemu statisticky vyznamne vyssia.
• Problemove vyucovanie vytvara lepsie predpoklady na stabilizaciu vedomosti a zrucnosti ziakov. Po odstupe troch az siestich mesiacov po skonceni problemoveho vyucovania ziaci zo svojich vedomosti a zrucnosti, v statistickom chapani, nic nestratili.
• Problemove vyucovanie je pre ziakov zaujimavejsie ako tradicne. Ziaci maju k problemovemu vyucovaniu lepsi vztah ako k tradicnemu.
• Problemove vyucovanie malo vacsi efekt v oblasti kognitivneho ucenia sa u prospechovo slabsich ziakov, najmensi u vybornych ziakov.
• Problemovym vyucovanim je mozno dosiahnut jednak vyssiu efektivnost riesenia uloh a jednak vyssiu rychlost riesenia tychto uloh ako pri tradicnom vyucovani.
• Pri problemovom vyucovani si ziaci osvoja viac vedomosti a zrucnosti priamo na vyucovani v porovnani so ziakmi vyucovanymi tradicne. Problemovym vyucovanim je mozne znizit pretazenost ziakov v domacej priprave na vyucovanie.
• Pri problemovom vyucovani ziaci prezivaju v statisticky mensej miere strach alebo tremu ako pri tradicnom vyucovani.
• Casova dlzka vyucovania, 45 minut, na skolach je pre problemove vyucovanie nevhodna, odporuca sa vytvarat napr. dvojhodinovky.

V sucasnych podmienkach kladie problemove vyucovanie na ucitela vyssie naroky ako tradicne vyucovanie. Nie vsetci ucitelia su dostatocne oboznameni s podstatou problemoveho vyucovania, ani s moznostami jeho praktickej aplikacie. V ucebnych osnovach a ucebniciach sa dostatocne nerespektuju pedagogicke a psychologicke poziadavky problemoveho vyucovania. Jeho velkou prekazkou je predimenzovanost uciva. Chyba vypracovanie systemu problemovych uloh vo vyucovacich predmetoch, ako aj nastroje a prostriedky merania efektivnosti vyvoja psychickych schopnosti ziakov. Nie je uspokojive ani materialno-technicke zabezpecenie jednotlivych skol a vyucovacich predmetov, pretoze elektronicke vybavenie ako interaktivne tabule a tablety nestacia.

Nasledujuce problemove ulohy su pokusom pomoct ucitelom v inspiracii a motivacii taketo vyucovanie zacat pouzivat.

Problemove ulohy (P)

P1: Ostrov Isle Royale lezi v jazere Lake Superior. Ostrov je domovom populacii vlka a losa. Interakcie medzi vlkmi a losmi, ako aj velkosti ich populacii, boli skumane od r. 1958. Nasledujuci graf ukazuje kolisanie velkosti populacii vlka a losa pocas sledovaneho obdobia.

Zdroj: [PDF]Biology Item and Scoring Sampler 2011 - Pennsylvania

1. Opiste jeden z limitujucich faktorov populacie losa.
2. Vysvetlite moznu pricinu toho, preco sa populacia vlka rapidne zvysila v obdobi medzi rokmi 1975 a 1980.
3. Predpovedajte, ako sa zmeni velkost populacie losa po roku 1994 opisanim tvaru krivky.

P2: Pocas telesnej vychovy niektori ziaci zabehli viac nez 1 km. Pocas a po behu ziaci zaznamenali zmeny, ktore zazili:

• potenie sa,
• svalove krce,
• stratu sily (energie),
• zvyseny tlkot srdca,
• zvyseny dych,
• zvyseny smad.
• zvysenu telesnu teplotu.

Vyberte si tri z uvedenych zmien, ktore ziaci pocas a po behu zaznamenali a vysvetlite ako kazda z nich predstavuje homeostaticky mechanizmus.

P3: Ekosystem zahrna organizmy a ich vzajomne vztahy, uvedene v tabulke:

1. Identifikujte pociatocny zdroj energie pre dany ekosystem.
2. S pouzitim tabulky doplnte potravovy retazec, ktory zahrna producenta, primarneho konzumenta a sekundarneho konzumenta:

....................................  -  ......................................  -  ........................................

3. Pocet bobrov v tomto ekosysteme sa nahle znizuje. Opiste, aky efekt moze tento jav mat na iny organizmus.

P4: Na vylete do husteho lesa si biolog vsimol, ze mnohonozky (male bezstavovce) sa vo velkom mnozstve nachadzali pod rozkladajucimi kusmi dreva a na inych lokalitach ich bolo vidiet len zriedka.

1. Navrhnite tri environmentalne faktory (bioticke a abioticke), ktore by mohli vysvetlit, preco su mnohonozky najdene castejsie pod brvnami dreva.
2. Pre jeden zvoleny abioticky faktor navrhnite riadeny experiment na overenie hypotezy, ze tento faktor ovplyvnuje distribuciu mnohonozok na vrchnom podnom horizonte. Opiste udaje, ktore by mohli podporit vasu hypotezu.
3. Predpokladajte, ze ste skumali distribuciu rastlin namiesto mnohonozok. Opiste modifikacie experimentu, ktory ste navrhli v b), ktore by sa mohli pozadovat na urcenie ci abioticky faktor, ktory ste zvolili, vplyva na distribuciu rastliny.

P5: Diagram dolu ilustruje sukcesiu spolocenstiev pocnuc od jednorocnych rastlin a konciac stromami s tvrdym drevom v specifickej oblasti pocas urciteho obdobia.

Zdroj: Biology Item and Scoring Sampler 2011 - Pennsylvania. [on-line]. [cit. 2014-04-05]. Dostupne na: <http:// www.portal.state.pa.us/.../keystone_exams_-_biology>

1. Opiste ocakavane zmeny v biodiverzite ako stupne postupujucej sukcesie, ako je to ilustrovane na diagrame hore.
2. Opiste a vysvetlite tri zmeny v abiotickych podmienkach pocas obdobia sukcesie, ako je to ilustrovane na diagrame.
3. Opiste pre kazde z uvedenych naruseni okamzity dlhotrvajuci vplyv na sukcesiu ekosystemu:

1. Erupcia sopky, ktora pokryje lavou plochu 10 km2 zreleho lesneho ekosystemu.
2. Plocha 10 km2 zreleho lesneho ekosystemu je uplne odstranena.

P6: Podla zaznamov fosilii a nedavno publikovanych pozorovani dva druhy chrobakov (druhy A a B) existovali na izolovanom ostrove v Tichom oceane v obdobi 100 000 rokov. V roku 1964 bol na ostrov nahodne introdukovany treti druh chrobaka (druh C), ktory sa zivil listami. Velkost populacie kazdeho druhu bola pravidelne monitorovana, ako je to vidiet na grafe dolu:

Zdroj: Biology Item and Scoring Sampler 2011 - Pennsylvania. [on-line].

1. Navrhnite vysvetlenie pre tendenciu hustoty populacie u druhu C.
2. Opiste vplyv, ktory nastal introdukovanim chrobaka druhu C na hustotu populacie druhov chrobakov A a B. Navrhnite vysvetlenie pre tendenciu vyvoja populacii pozorovanych u druhov A a B.
3. Predpokladajte hustotu populacie druhu C v roku 2014. Poskytnite biologicke vysvetlenie vasho predpokladu.
4. Vysvetlite, preco su invazivne druhy casto uspesne v osidlovani novych biotopov.

P7: Vysvetlite priciny nasledujucich konstatovani a pozorovani:

1. Koza je cervena v horucom pocasi, biela v studenom pocasi a modra v mrazivom pocasi.
2. Ked su bunky na konci prstov vystavene velmi mrazivemu pocasiu, dochadza k velmi neprijemnemu pocitu ,,zachadzaniu mrazu za nechty".
3. Na udrzanie telesneho tepla je velmi efektivna napriklad vlnena pletena vesta.
4. Pocas horucky, pokial teplota tela nepresiahne 40o C, je pacient prikryty navyse dalsou prikryvkou, ale ked teplota presiahne 40o C, na telo pacienta su prikladane vrecuska s ladom, ktore su zabalene v uteraku.

P8: Pocas pokojneho slnecneho dna sa casto stava, ze asfalt na cestach sa na slnku topi, karoseria auta je prilis horuca, ked sa jej dotkneme. Vysvetlite, preco je za takychto podmienok teplota vzduchu okolo listov rastlin zvycajne okolo 12o C aj za plneho slnecneho svetla.

P9: Vysvetlite kazdy z nasledovnych vyrokov:

1. Banici jedia slane tabletky alebo piju osolene pivo.
2. Morske vtaky, ako cajka, vylucuju soli v tekutine z nosovych zliaz dvojnasobne koncentrovanejsie v porovnani s morskou vodou a morske plazy, korytnacky, vylucuju soli zo zliaz blizko pri ociach.
3. Urcite rastliny zo slanych mocarisk vylucuju zo solnych zliazok sol na povrch listov.
4. Cicavce, ktore mozu vytvarat najkoncentrovanejsi moc, maju najdlhsiu Henleho klucku.
5. Je nebezpecne pre cloveka pit velke mnozstvo morskej vody.

P10: Vysvetlite nasledovne pozorovania:

1. Padajucimi listami listnate stromy stracaju fotosynteticke pigmenty a napriek tomu zimu preziju.
2. Bolo zistene, ze obsah CO2 vo vzduchu na jar je mierne vyssi oproti jeho obsahu na konci leta.
3. Plodiny pestovane v blizkosti urcitych tovarni podla pozorovani rastli rychlejsie a mohutnejsie v porovnani s rastlinami pestovanymi na rovnakej pode ale na inych miestach.
4. Je zvykom, ze sklo na sklenikoch je v lete natrete na bielo.

P11: Lucerna je plodina, ktora sa pestuje v mnohych krajinach sveta ako krmivo pre dobytok. V roku 1977 bola v Australii objavena skvrnita voska na lucerne, ktora sa stala nebezpecnym skodcom. Australska institucia pre polnohospodarstvo stanovila trojbodovy program na eliminaciu tohto skodcu:

1. Kratkodoba chemicka kontrola pouzitim pesticidu na znicenie vosky lucerny.
2. Strednodoba aplikacia nasadenim exotickych prirodzenych nepriatelov tejto vosky ako jej biologicka kontrola.
3. Vyber odolnych rastlin lucerny voci voskam, ktorych kultivary mozu byt pestovane v australskych podmienkach.

Pocas siestich rokov skvrnite vosky napadajuce lucernu prestali sposobovat problem na plodine lucerny na mnohych miestach v Australii ako dosledok aplikacie parazitu Trioxys na plodinu.

1. Preco boli insekticidy povazovane za kratkodobe a nie dlhodobe riesenie tohto problemu?
2. Trioxys neeliminoval vosky lucerny, ale znizil znacne hustotu populacie vosiek.
3. Preco by nebolo dobre uplne eliminovat vosky?
4. Aj ked boli vosky stale pritomne, preco prestal problem s voskami?
5. Preco bolo riesenie c. 3 povazovane za najlepsie dlhodobe riesenie?

Zaver

Uvedene problemove ulohy suvisia s jednotlivymi kognitivnymi urovnami, najma s aplikaciou ziskanych poznatkov, analyzou udajov nevyhnutnych na vyriesenie problemovych uloh, ich triedenim a spracovanim v roznych formach a pouzitim pri argumentacii vo vztahu k vysledkom riesenia. Uvedene problemove ulohy su preto vhodne na rozvijanie analytickeho, syntetickeho, kritickeho a tvoriveho myslenia ziakov.

Dufame, ze text prispevku naplni zamer stimulovat ucitelov pri navrhovani ucebnych uloh pre ziakov tak, aby ich motivovali k premyslaniu o tom, co sa ucia, aby cez riesenie problemovych uloh videli zmysel v tom, co sa ucia v prirodovednych predmetoch a aby prenikli do podstaty, ako priroda funguje.

ZOZNAM BIBLIOGRAFICKYCH ODKAZOV:

Biology Item and Scoring Sampler 2011 - Pennsylvania. [on-line]. [cit. 2014-04-05]. Dostupne na internete: <http:// www.portal.state.pa.us/.../keystone_exams_-_biology>

TEPLANOVA, K. Zrucnosti tvoriveho komplexneho myslenia, ich vyznam a rozvoj

[on-line]. [cit. 2014-04-13]. Dostupne na internete: <http://www.scholaludus.sk/2_Publikacie/ZrucnostiTvorivehoKomplexnehoMysl...>

TUREK, I., 2002. Zvysovanie efektivnosti vyucovania. Bratislava: Metodicke centrum. ISBN 80-8052-136-0.

TUREK, I., 2003. Kriticke myslenie. Banska Bystrica: Metodicko-pedagogicke centrum. ISBN 80-8041-445-9.

ZELINA, M., 1996. Strategie a metody rozvoja osobnosti dietata. Bratislava: IRIS. ISBN 80-967013-4-7.