Analýza problémově orientovaných výukových situací ve výuce přírodovědy

(Re)discovering interest in problem-based learning and teaching is one of the signs of the new culture of teaching and learning that is connected to the current curricular reform in the Czech Republic. The paper presents an analysis of learning situations that develop the problem-solving competence in primary Science instruction. Its aim was to describe the distribution and length of the phases of problem-oriented learning situations in primary Science instruction. 10 video recordings of primary science lessons from IRSE (Institute for Research in School Education, Masaryk University, Brno) video study were analysed. While identifying problem-oriented learning situations we followed the Problem-based learning approach. The data were analysed according to the phases of problem-oriented learning situations (Problem structuring, Initiation, Analysing the problem-oriented task, Searching for information, Synthesizing findings, Summarizing the solution, Presenting the solution, Reflecting on the solving process). Results show that the most time is allocated to analysing the problem-oriented task and to summarizing the solution. Further we can see that the more demanding in terms of pupils’ activity the phase is, the less it is included in the instruction. The presented paper can help to clarify if and how problem-oriented teaching in Science instruction occurs, and discusses how it should be implemented in instruction so that it helps to develop the new culture of teaching and learning.

1. Albanese, M. A., & Mitchell, S. (1993). Problem-based learning: A review of literature on its outcomes and implementation issues. Academic Medicine, 68(1), 52−81. CrossRef

2. Barth-Cohen, L. A., Smith, M. K., Capps, D. K., Lewin, J. D., Shemwell, J. T., & Stetzer, M. R. (2016). What are middle school students talking about during clicker questions? Characterizing small-group conversations mediated by classroom response systems. Journal of Science Education and Technology, 25(1), 50−61. CrossRef

3. Brtnová Čepičková, I. (2005). Aktivní konstrukce přírodovědného poznání žáků primární školy. Ústí nad Labem: UJEP.

4. Češková, T. (2014). Analýza výukových situací rozvíjejících kompetenci k řešení problémů ve výuce přírodovědy: návrh výzkumného nástroje. In K. Pešková, T. Janko, M. Lupač, K. Ševčík, T. Doležal, J. Moravec, … T. Češková, Kurikulum základní školy: metodologické přístupy a výzkumná zjištění (s. 94−114). Brno: MU.

5. Delisle, R. (1997). How to use problem-based learning in the classroom. Alexandria: Association for Supervision & Curriculum Development.

6. Dewey, J. (2012). How we think. New York: Martino Fine Books. Drake, K. N., & Long, D. (2009). Rebecc’s in the dark: A comparative study of problem-based learning and direct instruction / experimential learning in two 4th grade classrooms. Journal of Elementary Science Education, 21(1), 1−16.

7. Edens, K. M. (2000). Preparing for the 21st century through problem-based learning. College Teaching, 48(2), 55−60. CrossRef

8. Engeström, Y. (2014). Learning by expanding. Cambridge: Cambridge University Press. Gagné, R. M., Wager, W. W., Golas, K. C., & Keller, J. M. (2005). Principles of instructional design. Belmont: Wadsworth. CrossRef

9. Cahen, L. S., Winne, P. H., Elashoff, J. D., & Stanton, G. C. (1978). Effects of questioning techniques and recitation on student learning. American Educational Research Journal, 15(2), 175−199. CrossRef

10. Gallagher, S. A., Sher, B. T., Stepien, W. J., & Workman, D. (1995). Implementing problem- based learning in science classrooms. School Science and Mathematics, 95(3), 136−146. CrossRef

11. Gaut, B. (2000). „Art“ as a cluster concept. In N. Carroll (Ed.), Theories of art today (s. 25−44). Madison: University of Wisconsin Press.

12. Gijbels, D., Dochy, F., Van den Bossche, P., & Segers, M. (2005). Effects of problem-based learning: A meta-analysis from the angle of assessment. Review of Educational Research, 75(1), 27−61. CrossRef

13. Hmelo-Silver, C. E., & DeSimone, Ch. (2013). Problem-based learning: An instructional model of collaborative learning. In C. E. Hmelo-Silver, C. A. Chinn, C. K. K. Chan, & A. M. O’Donnell (Eds.), The international handbook of collaborative learning (s. 370−385). New York: Routledge.

14. Hung, W., Jonassen, D. H., & Liu, R. (2007). Problem-based learning. In J. M. Spector, J. G. van Merriënboer, M. D. Merrill, & M. Driscoll (Eds.), Handbook of research on educational communications and technology (s. 1503−1581). Mahwah: Lawrence Erlbaum Associates.

15. Chi, M. T. H., & Glaser, R. (1985). Problem-solving ability. In R. J. Sternberg (Ed.), Human abilities: An information-processing approach (s. 227−250). New York: Freedman.

16. Janík, T., Knecht, P., Najvar, P., Pavlas, T., Slavík, J., & Solnička, D. (2010). Kurikulární reforma na gymnáziích v rozhovorech s koordinátory pilotních a partnerských škol: výzkumná zpráva. Praha: NÚV.

17. Janík, T., Slavík, J., Mužík, V., Trna, J., Janko, T., Lokajíčková, V., … Šebestová, S. (2013). Kvalita (ve) vzdělávání: obsahově zaměřený přístup ke zkoumání a zlepšování výuky. Brno: MU.

18. Jarníková, J., & Tupý, J. (2011). Výzkum kvality výuky prostřednictvím hospitací. Praha: NÚV, divize VÚP. Dostupné z http://www.vuppraha.cz/wp-content/uploads/2011/12/Zprava_hospitace_final_201211.pdf

19. Jonassen, D. H. (1997). Instructional design model for well-structured and ill-structured problem- solving learning outcomes. Educational Technology: Research and Development, 45(1), 65−95. CrossRef

20. Kaderka, P. (2013). Pragmatika situace. Slovo a slovesnost, 74(1), 13−41.

21. Kličková, M. (1989). Problémové vyučování ve školní praxi. Praha: SPN.

22. Klieme, E., Pauli, Ch., & Reusser, K. (2009). The Pythagoras study: Investigating effects of teaching and learning in Swiss and German mathematics classrooms. In T. Janík & T. Seidel (Eds.), The power of video studies in investigating teaching and learning in the classroom (s. 137−160). Münster: Waxmann.

23. Klieme, E., Schümer, G., & Knoll, S. (2001). Mathematikunterricht in der Sekundarstufe I: Aufgabenkultur und Unterrichtsgestaltung. In E. Klieme & J. Baumert (Eds.), TIMSS-Impulse für Schule und Unterricht (s. 43−57). Bonn: Bundesministerium für Bildung und Forschung.

24. Knecht, P. (2014). Příležitosti k rozvíjení kompetence k řešení problémů v učebnicích a ve výuce zeměpisu. Brno: MU.

25. kompetence k řešení problémů ve výuce na základních školách. Orbis scholae, 4(3), 37−62. CrossRef

26. Kučera, M. (2005). Celkový pohled (hlavně na Hnědou třídu). In Pražská skupina školní etnografie, Psychický vývoj dítěte: od 1. do 5. třídy (s. 194−207). Praha: Karolinum.

27. Lokajíčková, V. (2014). Kvantitativní analýza výukových situací z pohledu rozvíjení kompetence k učení ve výuce zeměpisu: vybrané výsledky výzkumu. In T. Janík, J. Slavík, & V. Lokajíčková, et al., Školní vzdělávání: Učitel − vyučování, žák − učení (s. 93−120). Brno: MU.

28. Makovská, Z. (2011). Žákovské strategie při hledání odpovědí na otázky učitele. Studia paedagogica, 16(1), 47−70.

29. Mamede, S., Schmidt, H. G., & Norman, G. R. (2006). Innovations in problem-based learning: What can we learn from recent studies? Advances in Health Sciences Education, 11(4), 403−422. CrossRef PubMed

30. Maňák, J., & Švec, V. (2003). Výukové metody. Brno: Paido.

31. Mareš, J. (2013). Přehledové studie: jejich typologie, funkce a způsob vytváření. Pedagogická orientace, 23(4), 427−454. CrossRef

32. Martin, M. O., Mullis, I. V. S., & Foy, P. (2008). TIMSS 2007 International Science Report. Chestnut Hill: TIMSS & PIRLS International Study Center.

33. Martin, M. O., Mullis, I. V. S., Foy, P., & Stanco, G. M. (2012). TIMSS 2011 International Results in Science. Chestnut Hill: TIMSS & PIRLS International Study Center, Boston College.

34. Maťuškin, A. M. (1973). Problémové situácie v myslení a vo vyučovaní. Bratislava: SPN.

35. Mayring, P. (2008). Neuere Entwicklungen in der qualitativen Forschung und der Qualitativen Inhaltsanalyse. In P. Mayring & M. Gläser-Zikuda (Eds.), Die Praxis der Qualitativen Inhaltsanalyse (s. 7−19). Weinheim: Beltz.

36. Medková, I. (2013). Dovednosti žáků ve výuce fyziky na základní škole. Brno: MU.

37. Mullis, I. V., Martin, M. O., Ruddock, G. J., O’Sullivan, C. Y., & Preuschoff, C. (2009). TIMSS 2011 Assessment Frameworks. Chestnut Hill: TIMSS & PIRLS International Study Center.

38. Mullis, I. V., Martin, M. O., Ruddock, G. J., O’Sullivan, C. Y., Arora, A., & Erberber, E. (2005). TIMSS 2007 Assessment Frameworks. Chestnut Hill: TIMSS & PIRLS International Study Center.

39. Najvar, P., Najvarová, V., Janík, T., & Šebestová, S. (2011). Videostudie v pedagogickém výzkumu. Brno: Paido.

40. Najvarová, V., Najvar, P., & Janík, T. (2011). Procesy výuky a příležitosti k učení na 1. a 2. stupni. In E. Walterová et al., Dva světy základní školy? Úskalí přechodu z 1. na 2. stupeň (s. 137−161). Praha: Karolinum.

41. Norman, G. R., & Schmidt, H. G. (1992). The psychological basis of problem-based learning: A review of the evidence. Academic Medicine, 67(9), 557−565. CrossRef

42. Okoń, W. (1966). K základům problémového učení. Praha: SPN.

43. Pätzold, G., & Lang, M. (1999). Lernkulturen im Wandel. Bielefeld: Bertelsmann.

44. Pelikán, J. (1995). Výchova jako teoretický problém. Ostrava: Amosium servis.

45. Petrová, Z. (2008). Vygotského škola v pedagogike. Trnava: Typi Universitatis Tyrnaviensis.

46. Prenzel, M. (2012). Empirický výzkum vzdělávání: vystačí naše stávající přístupy zítra? Pedagogická orientace, 22(4), 475−489.

47. Roth, K. J., Druker, S. L., Garnier, H. E., Lemmens, M., Chen, C., Kawanaka, T., … Warvi, D. (2006). Teaching science in five countries: Results from the TIMSS 1999 video study (NCES 2006-011). U. S. Department of Education, National Center for Education Statistics. Washington: U. S. Government Printing Office.

48. Savin-Baden, M., & Howell Major, C. (2004). Foundations of problem-based learning. Berkshire: 115 McGraw-Hill Education.

49. Seel, N. M. (1981). Lernaufgaben und Lernprozesse. Stuttgart: Kohlhammer.

50. Segers, M. (1997). An alternative for assessing problem-solving skills: The overall test. Studies in Educational Evaluation, 23(4), 373−398. CrossRef

51. Schmidt, H. G. (1983). Problem-based learning: Rationale and description. Medical Education, 17(1), 11−16. CrossRef

52. Slavík, J., Chrz, V., Štech, S., Nohavová, A., Klumparová, Š., Hník, O., … Valenta, J. (2013). Tvorba jako způsob poznávání. Praha: Karolinum.

53. Slavík, J., Janík, T., Jarníková, J., & Tupý, J. (2014). Zkoumání a rozvíjení kvality výuky v oborových didaktikách: metodika 3A mezi teorií a praxí. Pedagogická orientace, 24(5), 721−752. CrossRef

54. Slavík, J., Lukavský, J., Najvar, P., & Janík, T. (2015). Profesní soud o kvalitě výuky: předem a následně strukturovaná reflexe. Pedagogika, 65(1), 5−33.

55. Strobel, J., & van Barneveld, A. (2009). When is PBL more effective? A meta-synthesis of meta- -analyses comparing PBL to conventional classrooms. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning, 3(1), 44−58. CrossRef

56. Strouhal, M. (2014). O povaze pedagogické teorie aneb Jak chápat výchovné ideály. Pedagogika, 64(4), 367−382.

57. Švaříček, R. (2013). Konec pedagogiky: kritický esej. Studia paedagogica, 18(2−3), 55−72. CrossRef

58. Thomas, R. E. (1997). Problem-based learning: Measurable outcomes. Medical Education, 31(5), 320−329. CrossRef

59. Tchibozo, G. (2011). Emergence and outlook of competence-based education in European education systems: An overview. Education, Knowledge and Economy, 4(3), 193−205.

60. Torp, L., & Sage, S. (2002). Problems as possibilities: Problem-based learning for K-16 education. Alexandria: Association for Supervision & Curriculum Development.

61. Tůma, F. (2013). Vybrané aspekty lingvistické teorie a metodologie ve výzkumu v didaktice cizích jazyků. In V. Janíková, M. Píšová, & S. Hanušová (Eds.), Aktuální témata výzkumu učení a vyučování cizím jazykům II (s. 9−22). Brno: MU.

62. Vernon, D. T., & Blake, R. L. (1993). Does problem-based learning work? A meta-analysis of evaluative research. Academic Medicine, 68(7), 550−563. CrossRef

63. Vygotskij, L. S. (1976). Vývoj vyšších psychických funkcí. Praha: SPN.

64. Weinert, F. E. (1997). Lernkultur im Wandel. In E. Beck, T. Guldimann, & M. Zutavern (Eds.), Lernkultur im Wandel. Tagungsband der Schweizerischen Gesellschaft für Lehrerinen- und Lehrerbildung und der Schweizerischen Gesellschaft für Bildungsforschung (s. 11−29). St. Gallen: UVK.

65. Wirtz, M., & Caspar, F. (2002). Beurteilerübereinstimmung und Beurteilerreliabilität. Göttingen: Hogrefe.

66. Yew, E. H., Chng, E., & Schmidt, H. G. (2011). Is learning in problem-based learning cumulative? Advances in Health Sciences Education, 16(4), 449−464. CrossRef PubMed

67. Zumbach, J. (2003). Problembasiertes Lernen. Münster: Waxmann.

68. Zumbach, J., Kumpf, D., & Koch, S. (2004). Using multimedia to enhance problem-based learning in elementary school. Information Technology in Childhood Education Annual, 2004(1), 25−37.