Predstavy žiakov o potravových vzťahoch
v ekosystémoch

Pavol Prokop, Radoslav Kvasničák, Zuzana Pištová

 

 

Úvod

 

Predstavy žiakov sú v súčasnosti pomerne atraktívnou problematikou (Harlen 2001), v ktorej sa využívajú rôzne výskumné metódy (White a Gunstone 1994). K známym prácam patria napríklad predstavy žiakov o tropických pralesoch (Greaves a Stanisstreet 1993), tuhých látkach (Gustafson et al. 2001), počasí (Henriques 2002), vplyve automobilizmu na životné prostredie (Lesson et al. 1997), o ľudskom tele (Reiss a Tunnicliffe 2001), atď. Predstavy o ekosystémoch sú však menej známou problematikou, skúmanou limitovaným počtom prác (Strommen 1995, Leach et al. 1996a,b). Keďže ekológia je podstatnou súčasťou kurikula prírodovedných predmetov, existuje niekoľko štúdií zameraných na zefektívnenie chápania ekologických pojmov prostredníctvom inovovaných edukačných metód (Eilam 2002, Özkan et al. 2004). V týchto prípadoch však išlo o relatívne dlhodobé pôsobenia, ktorých realizácia vyžaduje minimálne súhlas vedenia školy a navyše nie sú spojené s experimentovaním a pozorovaním reálnych ekosystémov.

Najnovšie trendy sa pokúšajú presadiť tzv. neformálne prírodovedné vzdelávanie do vyučovania v zahraničí (Salmi 2003, Knox et al. 2003) aj u nás (Žoldošová et al. 2001). Krátkodobé vplyvy neformáneho vzdelávania sú však prakticky neprebádanou a z hľadiska súčasných poznatkov kontroverznou problematikou. Knox et al. (2003) zistili vplyvy 2-3 týždne trvajúcich prírodovedných kurzov na vedomosti o prírode, podobne Salmi (2003) uvádza, že neformálne vzdelávanie zvyšuje vnútornú (intrinsickú) motiváciu žiakov, Žoldošová a Prokop (v tlači) nezistili vplyv krátkodobých kurzov na zvyšovanie vntornej motivácie žiakov. Z uvedených dôvodov sú krátkodobé vplyvy zaujímavou problematikou, ktorej výskum prispieva k významu praktickej realizácie kurzov neformálneho vzdelávania. Jedným z problémov pri interpretovaní údajov však môžu byť aj použité metódy, ktoré aj pri striktnom dodržaní môžu vykazovať v každom štáte odlišnú reliabilitu (porovnaj napr. Johnstone a Al-Naeme (1995) vs Žoldošová a Prokop, v tlači) alebo odlišnosti môžu byť spôsobené rozdielnym chápaním inštruktáže výskumníkov žiakmi (Khwaja a Saxton 2001, Prokop et al., na recenzii). Ďalšími faktormi sú pravdepodobne vlastné skúsenosti žiakov, ovplyvnené bydliskom na vidieku alebo v meste, zapríčiňujúce rozdiely v predstavách o ekosystémoch v rámci tej istej vekovej skupiny respondentov (Strommen 1995). 

V našom výskume sme sa zamerali na 1. testovanie krátkodobého vplyvu neformálneho vzdelávania zameraného na ekológiu na vedomosti a predstavy žiakov o ekosystémoch a 2. porovnanie dvoch metód s odlišnou inštruktážou na zisťovanie predstáv a vedomostí o ekosystémoch. A priori sme stanovili štyri hypotézy, ktoré súviseli s cieľmi nášho výskumu:

 

(H1)V preteste budú ekosystémy zobrazené horšie ako v postteste bez ohľadu na metódu použitú pri získavaní údajov.

 

(H2) Žiaci vidieckej ZŠ budú mať lepšie skóre ako žiaci mestskej ZŠ alebo gymnázia.

 

(H3) Vedomosti o jednotlivých ekosystémoch budú vzájomne korelovať, pretože v nich platia rovnaké ekologické pravidlá.

 

(H4) Hodnotením kresieb ekosystémov zistíme podobné štatistické rozdiely ako skórovaním potravných pyramíd.

 

 

Metodika

 

Výskumu sa zúčastnilo 74 žiakov 6. ročníka z dvoch základných škôl (vidiecka a mestská škola) a jedného osemročného gymnázia. Vo všetkých prípadoch bol prírodopis vyučovaný v rozsahu 2 vyučovacie hodiny týždenne. V mesiacoch máj – jún 2005 absolvovali všetci žiaci (žiaci každej školy samostatne) kurz ekológie v trvaní 10 vyučovacích hodín, v ktorom sa uplatňovali prvky neformálneho vzdelávania a získavanie vedomostí vlastnými skúsenosťami žiakov v teréne (lokalita Modra – Harmónia). Súčasťou exkurznej trasy boli štyri zastávky zamerané na skúmanie vodného, pôdneho, lúčneho a lesného ekosystému. Dôraz sme kládli predovšetkým na pochopenie vzájomných vzťahov medzi organizmami a organizmami a ich prostredím. Na determinácie základných druhov živočíchov sme používali základné publikácie ako Veľká kniha živočíchov (kol. autorov 2001) a Veľká kniha rastlín, minerálov a skamenelín (kol. autorov 2004). Podrobnejšie údaje o neformálnych kurzoch sú uvedené inde (Žoldošová a Prokop v tlači). Pri zisťovaní kvalitatívnej úrovne žiackych predstáv a vedomostí o ekosystémoch sme použili dve odlišné metódy. Metódou kresby (metóda 1) po „voľnej“ inštruktáži (Nakreslite, ako si predstavujete ekosystém...) (Srommen 1995) mali žiaci nakresliť ich predstavu o štyroch ekosystémoch (vodný, pôdny, lúčny a lesný). Následne mali žiaci do predkreslených potravových pyramíd uviesť organizmy, ktoré sa podľa nich v každom ekosystéme vyskytujú a vyznačiť vzájomné vzťahy medzi organizmami (producenti, konzumenti, reducenti) (metóda 2). Metódou kresby sme zisťovali predstavy a vedomosti o ekosystémoch nepriamo, metódou 2 sme skúmali vedomosti o potravových vzťahoch v ekosystémoch priamo. Pri skórovaní sme sa v kresbách zamerali na 1. celostnosť predstáv o ekosystémoch, pričom ucelené kresby sme skórovali ako „0“ (Obr. 4), v ktorých neboli znázorňované abiotické faktory prostredia a organizmy boli kreslené na papieri voľne, bez kontextu s konkrétnym ekosystémom. Naopak, ucelené ekosystémy boli skórované ako „1“ (Obr. 5). Potravné pyramídy sme skórovali na základe uvedenia konkrétnych príkladov reducentov, konzumentov a konzumentov a ich správneho zaradenia v potravnej pyramíde. Vzhľadom k tomu, že kresba človeka, resp. jeho uvedenie v potravnej pyramíde, sa v žiadnej kresbe nevyskytla, človek ako vrchol potravovej pyramídy v analýzach zahrnutý nebol. V budúcnosti však odporúčame venovať tomuto problému vyššiu pozornosť. 

Uvedenú procedúru absolvovali všetci žiaci 2 x (pretest-posttest procedúra) – pred a cca. 3 dni po absolvovaní kurzov, čo nám umožňovalo pomerne spoľahlivo preukázať vplyv neformálneho vzdelávania.

 

 

Výsledky

 

V postteste bolo zobrazovanie všetkých štyroch ekosystémov komplexnejšie ako v preteste a to použitím metódy kresby ekosystémov aj skóre z potravných pyramíd (Graf 1). Vyplýva z toho, že H1 sa potvrdila. V každom ekosystéme boli navyše rozdiely medzi pretestom a posttestom veľmi vysoko štatisticky významné.  

 

GRAF 1

Zobrazovanie ekosystémov žiakmi v preteste (sivé stĺpce) a postteste (čierne stĺpe) hodnotené metódou kresby (vždy prvé dva stĺpce) a skóre z potravnej pyramídy (vždy posledné dva stĺpce). Rozdiely boli počítané chí-kvadrát testom pre kresby a párovým t-testom pre potravné pyramídy.

 

** P<0,01

***P<0,001

Percentuálne vyjadrenie úspešnosti žiakov všetkých troch škôl v znázorňovaní ekosystémov vody, pôdy, lúky a lesa je uvedené v Tab. 1. Žiaci vidieckej školy dosahovali signifikantne vyššie skóre v porovnaní so žiakmi dvoch mestských škôl. Menej úspešní boli žiaci mestskej školy - gymnázia a najmenej úspešní boli žiaci mestskej ZŠ s tradičnými učebnicami. Zistená úspešnosť žiakov jednotlivých škôl potvrdzuje stanovenú hypotézu 2 (H2).

 

TAB. 1

Percentuálna úspešnosť žiakov troch rôznych škôl v znázorňovaní štyroch ekosystémov. Signifikantné rozdiely sú označené hrubo. Štatistické rozdiely boli počítané chí-kvadrát testom.

 

 

Voda

Pôda

Lúka

Les

Faktor

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Vidiek-ZŠ

90

95

65

95

90

90

95

95

Mesto-ZŠ

19

77

35

69

15

58

15

62

Mesto-gymn.

78

92

57

82

46

71

36

64

χ2 (df=2)

29,7

4,5

4,8

4,9

25,3

5,8

30

7,4

P

0,001

0,1

0,09

0,08

0,001

0,05

0,001

0,02

 

Skóre všetkých štyroch ekosystémov sme podrobili testu reliability, aby sme zistili, či vedomosti o ekosystémoch spolu vzájomne korelujú. Koeficient reliability (Cronbachova α=0,76) bol vyšší ako 0,7, čo znamená, že vedomosti o jednotlivých ekosystémoch spolu súvisia. Priemerná korelácia medzi jednotlivými ekosystémami bola 0,45, čo je v porovnaní s podobnými výskumami vysoká hodnota. Z uvedených výsledkov vyplýva, že vedomosti o ekosystémoch spolu úzko súvisia a H3 sa potvrdila.  

Porovnaním priemerného skóre z potravných pyramíd jednotlivých ekosystémov sme však dospeli k rozdielnym záverom ako v predošlom prípade (Tab. 2). Najvyššie skóre dosahovali žiaci mestskej základnej školy, žiaci vidieckej školy a gymnázia dosahovali signifikantne nižšie skóre. Vyplýva z toho, že H2 sa touto metódou nepotvrdila. Podobne ako aj v predošlom prípade, vedomosti žiakov o ekosystémoch úzko súviseli (Cronbachova α= 0,95, priemerná korelácia = 0,84). Vo všetkých prípadoch však boli rozdiely medzi žiakmi z troch typov škôl v posttestoch nesignifikantné (Tab. 2), čo bolo zrejme spôsobené vplyvom neformálneho vzdelávania. Žiaci s najväčšou pravdepodobnosťou po získaní nových informácii rozumeli potravným vzťahom lepšie a heterogénnosť skupín zistená v pretestoch sa po absolvovaní kurzu zredukovala. Uvedenú skutočnosť sme síce jednoduchým skórovaním celostnosti ekosystémov jednoznačne nepotvrdili (Tab. 1), ale podrobným skórovaním frekvencie výskytu abiotických (slnko a pôda) a biotických (rastliny a živočíchy) zložiek ekosystémov v kresbách sme dospeli k záveru, že ich frekvencia je v posttestoch homogénnejšia ako v pretestoch. Údaje sú vyobrazené v grafoch 2 a 3. Ich vizuálne porovnanie signalizuje, že biotické faktory boli znázorňované zriedkavejšie v porovnaní s biotickými, avšak v posttestoch sa tieto rozdiely značne eliminovali.

   

TAB. 2

Rozdiely v skóre z potravných pyramíd u žiakov troch rôznych škôl. Signifikantné rozdiely sú označené hrubo. Štatistické rozdiely sú počítané Kruskal-Wallis ANOVA testom.

 

 

Voda

Pôda

Lúka

Les

Faktor

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Pretest

Posttest

Vidiek-tradič

1,1

6

0,8

6,1

0,8

5,7

0,8

5,9

Mesto-tradič.

3,7

7,2

3,7

6,8

3,3

6,5

3,5

6,

Mesto-gymn.

1,5

6,3

0,5

6,1

0,1

5,9

0,3

5,4

H (df=2)

15,6

3,1

30,6

0,7

33

1,3

29,2

0,6

P

0,001

0,2

0,001

0,7

0,001

0,5

0,001

0,7

 

GRAF 2

Frekvencia znázorňovania biotických a abiotických faktorov v kresbách ekosystémov (pretest).

 

GRAF 3

Frekvencia znázorňovania biotických a abiotických faktorov v kresbách ekosystémov (posttest).

Na testovanie súvisu medzi predstavami žiakov vyjadrených v kresbách versus zo skóre z potravných pyramíd (H4) sme použili logistickú regresiu, v ktorej bola úplnosť/neúplnosť kresby definovaná ako závislá premenná a skóre z potravných pyramíd bol prediktor. Takýmto spôsobom sa dá pomerne presne zistiť, či kresby celých ekosystémov skutočne reflektovali vedomosti žiakovo jednotlivých ekosystémoch. 

Ako vyplýva z Tab. 3, celostnosť nakreslených ekosystémov neodrážala vedomosti žiakov o potravných vzťahoch v jednotlivých ekosystémoch. Jedinou výnimkou bol vodný ekosystém, kde bol tento vzťah signifikantý.  

 

TAB. 3. Vplyv vedomostí o potravných pyramídach na celostnosť kresieb ekosystémov (logistická regresia)

 

 

Voda

Pôda

Lúka

Les

χ2 (df=1)

4,2

0,95

0,26

1,1

P

0,04

0,3

0,6

0,3

 

 

Záver

 

V našom výskume sme zistili, že

·        krátkodobé vplyvy neformálneho vzdelávania majú významný vplyv na predstavy a vedomosti žiakov o ekosystémoch, 

·        metóda kresby žiakov po široko koncipovanej inštruktáži má v porovnaní s jednoznačnou inštruktážou isté obmedzenia, ktoré sa však môžu kompenzovať detailným skórovaním kresby, 

·        zobrazovanie abiotických faktorov sa po absolvovaní kurzu zvýšilo a 4. vidiecke prostredie zrejme priamo nevplýva na vedomosti žiakov o ekológii.

Na základe vysoko rozdielnych údajov medzi pretestom a posttestom možno v súlade s inými autormi (Gibson a Chase 2002, Salmi 2003, Knox et al. 2003, Kvasničák a Prokop 2004)  konštatovať, že neformálne vzdelávanie má popri formálnom vzdelávaní svoj význam. Aj krátkodobé kurzy trvajúce pár dní môžu významne pomáhať žiakom pri zvyšovaní vedomostí o vzťahoch medzi organizmami a prostredím v prírode.

Vzťahy medzi biotickými a abiotickými zložkami prírody sú zrejme žiakmi považované za zložitejšie, avšak náš výskum nebol na tento problém zameraný explicitne, preto by bolo vhodné v ďalšom výskume riešiť uvedené ekologické vzťahy podrobnejšie. Z kresieb však vyplýva, že slnko a pôdu žiaci v pretestoch kreslili v porovnaní so živočíchmi a rastlinami oveľa zriedkavejšie. Keďže však absolvovanie kurzov výrazne prispelo k ich chápaniu potravných vzťahov, možno sa domnievať, že sa ich vedomosti odrazili aj v častejšom výskyte abiotických zložiek prostredia, čo sa odrazilo v posttestoch.

Veľký význam pri interpretácii údajov zohrala aj inštruktáž, na základe ktorej mali žiaci pri prejavovaní svojich predstáv a vedomostí postupovať. Strommen (1995) podobne ako my, zistil, že voľne inštruované kresby ekosystémov sa nezhodovali s vedomosťami, ktoré boli u rovnakých žiakov zisťované metódou interview. V našom prípade sme zistili rozdiely  medzi kresbami a vedomosťami o potravných pyramídach. Avšak iba vďaka „voľne“ inštruovaným kresbám sme mali možnosť podrobnejšie analyzovať vzťahy medzi biotickými a abiotickými zložkami prírody. V súlade so súčasnými zisteniami, podľa ktorých nielen inštruktáž (Khwaja a Saxton 2001), ale aj aktuálne vedomosti priamo vplývajú na prejavy predstáv žiakov o prírodných fenoménoch v kresbách (Prokop et al. na recenzii), možno usudzovať, že kresba je v kombinácii s inými metódami vhodnou diagnostickou metódou na zisťovanie predstáv žiakov.

 

 

Literatúra

 

Eilam, B. 2002. Strata of comprehending ecology: Looking through the prism of feeding relations. Science Education, roč. 86, s. 645-671.

Gibson, H. - Chase, C. 2002. Longitudinal impact of an inquiry-based science program on middle school students’ attitudes toward science. Science Education, roč. 86, s. 693-705.

Greaves E. - Stanisstreet, M. 1993. Children's ideas about rainforests. Journal of Biological Education, roč. 27, s. 189 - 194.

Gustafson, B.J. - Rowell, P.M. - Rose, D.P. 2001. Children’s ideas about strengthening structures. Research in Science and Technological Education, roč. 19, s. 111 - 123.

Harlen, W. 2001. Research in primary science education. Journal of Biological Education, roč. 35, s. 61 - 65.

Henriques, L. 2002. Children’s ideas about weather: a review of the literature. School Science and Mathematics, roč. 102, s. 202 - 215.

Johnstone, A.H. - Al-Naeme, F.F. 1995. Filling a curriculum gap in chemistry. International Journal of Science Education, roč. 17, s. 219-232.

Kol. Autorov. 2001. Veľká kniha živočíchov. Vydavateľstvo Príroda, Bratislava.

Kol. Autorov. 2004. Veľká kniha rastlín, minerálov a skamenelín. Vydavateľstvo Príroda, Bratislava

Khwaja, C.C. – Saxton, J. 2001. It all depends on the question you ask. Primary Science

Review, roč. 68, s. 13 - 14.

Leach, J. - Driver, R. - Scott, P. - WoodRobinson, C. 1996a. Children's ideas about ecology. 2. Ideas found in children aged 5-16 about the cycling of matter. International Journal of Science Education, roč. 18, s. 19 - 34.

Leach, J. - Driver, R. - Scott, P. - WoodRobinson, C. 1996b. Children's ideas about ecology. 3. Ideas found in children aged 5-16 about the interdependency of organisms. International Journal of Science Education, roč. 18, 129 - 141.

Lesson, E. - Stanistreet, M. - Boyes, E. 1997. Children’s ideas about the environmental impact of cars: a cross age study. International Journal of Environmental Studies, roč. 52, s. 89 - 103.   

Özkan, Ö. - Tekkaya, Ö, C, - Geban, Ö. 2004. Understanding of ecological concepts. Journal of Science Education and Technology, roč. 13, s. 95 - 105.

Prokop, P. - Fančovičová, J. - Tunnicliffe, S.D. na recenzii. The effect of type of instruction on expression of children’s knowledge: how do children see the endocrine and urinary system? Journal of Biological Education.

Reiss, M.J. - Tunnicliffe, S.D. 2001. Students’ understandings of human organs and organ systems. Research in Science Education, roč. 31, s. 383 - 399.

Knox, K.L. - Moynihan, J.A. - Markowitz, D.G. 2003. Evaluation of short-term impact of a high school summer science program on students’ perceived knowledge and skills. Journal of Science Education and Technology, roč. 12, 471 - 478.

Kvasničák, R. - Prokop, P. 2004. Prírodovedné vzdelávanie v teréne a jeho vplyv na formovanie vedomostí a predstáv z ekológie u žiakov základných škôl. Acta Facultatis Pedagogicae Universitatis Tyrnaviensis, Ser. B, roč. 8, 36 - 41.

SALMI, H. 2003. Science centers as learning laboratories: Experiences of Heureka, the Finnish Science Centre. Internationl Journal of Technology Management, roč. 25, 460 - 476.

White, R.T. - Gunstone, R.F. 1994. Probing understanding. London: Falmer Press.

STROMMEN, E. 1995. Children’s conceptions of forests and their inhabitants. Journal of Research in Science Teaching, roč. 32, s. 683 - 698.

Žoldošová, K. - Prokop, P. v tlači. Analysis of motivational orientations in science education. International Journal of Science and Mathematical Education.

Žoldošová, K. - Prokop, P. - Kirchmayerová, J. 2001. Neformálne prírodovedné vzdelávanie v teréne. In: Zborník príspevkov z okresnej konferencie „Ako ďalej v environmentálnej výchove“. SPAM Modra - Harmónia, s. 71 – 81.

 

 

 

Príloha

 

OBR. 4

Príklad neuceleného ekosystému nakresleného žiakom 6. roč. mestskej ZŠ.

 

OBR. 5

Príklad uceleného ekosystému nakresleného žiakom 6. roč. vidieckej ZŠ.

 

Autori

Pavol Prokop
Katedra biológie PdF Trnavské univerzity
Priemyselná 4
P.O. Box 9
918 43 Trnava
Slovenská republika

Ústav zoológie SAV
Dúbravská cesta 9
845 06 Bratislava
E-mail: pavol.prokop@savba.sk

Radoslav Kvasničák
Katedra biológie PdF Trnavské univerzity
Priemyselná 4
P.O. Box 9
918 43 Trnava
Slovenská republika

Zuzana Pištová
Katedra biológie PdF Trnavské univerzity
Priemyselná 4
P.O. Box 9
918 43 Trnava
Slovenská republika