PEDAGOŠKA FAKULTETA
Poučevanje, Predmetno poučevanje fizike in kemije
Tadeja Klenar
VPELJAVA ELEKTROFOREZE DNA V POUK OSNOVNE ŠOLE
Magistrsko delo
Ljubljana, 2017
PEDAGOŠKA FAKULTETA
Poučevanje, Predmetno poučevanje fizike in kemije
Tadeja Klenar
VPELJAVA ELEKTROFOREZE DNA V POUK OSNOVNE ŠOLE Magistrsko delo
Mentor: izr. prof. dr. Iztok Devetak
Ljubljana, 2017
ZAHVALA
Iskreno se zahvaljujem mentorju dr. Iztoku Devetaku za usmerjanje in pomoč pri nastajanju magistrskega dela.
Zahvaljujem se tudi tehničnim sodelavcem oddelka kemije, fizike in tehnike. Prav tako gre zahvala tudi učiteljicam osnovnih šol, ki so mi s svojo pripravljenostjo omogočile empirični del raziskave.
Zahvaljujem se Adria Labu za vso materialno pomoč in podporo, da so učenci imeli priložnost spoznati prave laboratorijske pripomočke.
Posebna zahvala gre moji družini in fantu za moralno podporo v času izobraževanja in predvsem zato, ker verjamete v moj uspeh.
Hvala vsem mojim prijateljem, ki ste mi stali ob strani v času nastajanja magistrskega dela.
POVZETEK
Namen magistrskega dela je preveriti, kako na uspešnost preizkusa znanja vplivajo različne ravni učnih kompetenc učencev za učenje kemije. Osnovni namen je preveriti, ali je vpeljava eksperimenta elektroforeze DNK primerna za uporabo v osnovni šoli, kakšen uspeh dosegajo učenci na preizkusu znanja in poznem preizkusu znanja o elektroforezi ter kako tovrsten način poučevanja spodbuja interes učencev za dodatno in bolj poglobljeno učenje kemije. Narejena je bila poglobljena analiza, katere cilje je bilo ugotoviti, ali obstajajo razlike med učenci z različnimi ravnmi avtonomne in kontrolirane motivacije v učnem uspehu in trajnosti znanja o elektroforezi. Namen magistrskega dela je tudi preveriti, kako na uspešnost preizkusa znanja vplivajo različne ravni učnih kompetenc učencev za učenje kemije.
Za namen te raziskave je bil razvit in optimiziran eksperiment, ki prikazuje princip elektroforeze DNK in določevanja profila DNK, ki ga učenci lahko izvajajo samostojno.
Eksperiment, primeren za laboratorijsko delo v osnovni šoli, je elektroforeza z barvili iz flomastrov ali barvili za živila. Izdelana je bila aparatura za elektroforezo, ki učencem omogoča nazoren vpogled v način izvajanja postopka elektroforeze. Priskrbljeni so bili pripomočki (avtomatska pipeta), ki se jih uporablja pri postopku elektroforeze DNK, da so učenci lahko preverili svoje ročne sposobnosti z instrumenti, ki jih še ne poznajo.
Empirični del raziskave vključuje 129 učencev 8. in 9. razredov osnovnih šol iz Ljubljane in okolice, ki obiskujejo izbirna predmeta Poskusi v kemiji in Kemija v življenju. Učenci so pred eksperimentom izpolnili vprašalnik »O razlogih učencev za učenje kemije« in rešili predpreizkus znanja. Po eksperimentu so izpolnili še vprašalnik
»Izvedba učne ure« in rešili preizkus znanja o elektroforezi. Dva meseca po eksperimentu so učenci ponovno rešili enak preizkus znanja o elektroforezi. Zbrani podatki so bili kvantitativno analizirani s statističnim programom SPSS.
Raziskava kaže, da so bili učenci kljub zahtevnosti in abstraktnosti eksperimenta zelo uspešni tako na prvem kot drugem preizkusu znanja o elektroforezi. V povprečju so učenci dosegli več kot 50 % vseh točk. Podani so rezultati analize dosežkov učencev na preizkusu znanja o elektroforezi glede na različne ravni situacijskega interesa učencev za učenje teh vsebin, avtonomne in kontrolirane motivacije ter učnih kompetenc učencev za učenje kemije.
Ključne besede: osnovna šola, elektroforeza DNK, pouk kemije, eksperimentalno delo, motivacija, interes.
ABSTRACT
The main purpose of this MA thesis is to find out whether the nucleic acid electrophoresis experiment should be implemented in primary schools, how successfully students pass the preliminary and final test on electrophoresis and how this teaching technique stimulates the students' interest in additional in-depth studying of chemistry. We conducted a thorough analysis with the aim of discovering potential differences in marks and long-term knowledge on electrophoresis between students with different levels of autonomous and controlled motivation. The aim of this MA thesis is also to ascertain how the students' different levels of chemistry study skills influence their test marks.
For the purpose of this research we developed and optimised an experiment on the principle of DNA electrophoresis and DNA profiling which the students can perform independently. The experiment is suitable for laboratory work in primary schools and consists of electrophoresis with marker pigments or food pigments. We also constructed a device for electrophoresis that illustrates the method of conducting the electrophoresis procedure. We provided the necessary instruments (automatic pipette) for carrying out the DNA electrophoresis procedure so that the students could test their manual capabilities with unknown instruments.
The empirical part of this research included 129 students of the 8th and 9th grade who attended optional subjects “Experiments in chemistry” and “Chemistry in everyday life”
at primary schools in Ljubljana and its vicinity. Before conducting the experiment, the students filled out a questionnaire entitled “Reasons why students study chemistry”
and passed a preliminary test. After finishing the experiment, they filled out another questionnaire entitled “Study session performance evaluation” and took a test on electrophoresis. Two months after the experiment, the students passed the same test again and the gathered data was quantitatively analysed with the SPSS statistical program.
The research shows that students successfully passed both preliminary and final tests on electrophoresis despite the difficulty and abstract nature of the conducted experiment. On average, they achieved 50% of all points on both tests. We were able to obtain interesting results by means of analysis of test performance on electrophoresis based on different levels of students’ situational interest, autonomous and controlled motivation and chemistry study skills.
Key words: primary school, DNA electrophoresis, chemistry class, experimental work, motivation, interest.
I KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
2 TEORETIČNA IZHODIŠČA ... 2
2.1 UČENJE UČENJA ... 2
2.2 UČNA MOTIVACIJA ... 2
2.2.1 NOTRANJA IN ZUNANJA MOTIVACIJA ... 3
2.2.2 KONTROLIRANA IN AVTONOMNA MOTIVACIJA ... 4
2.3 INTERESI ... 5
2.4 EKSPERIMENTALNO DELO KOT MOTIVACIJSKA SPODBUDA ... 5
2.5 UČENJE Z RAZISKOVANJEM ... 6
2.5.1 FORENZIČNA ZNANOST KOT MOTIVACIJSKA SPODBUDA PRI POUKU KEMIJE ... 7
2.5.2 ELEKTROFOREZA DNA ... 7
2.5.3 OPTIMIZIRAN EKSPERIMENT ELEKTROFOREZE Z BARVILI IZ FLOMASTROV ... 8
3 EMPIRIČNI DEL... 13
3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA ... 13
3.1.1 CILJI RAZISKAVE ... 13
3.1.2 RAZISKOVALNA VPRAŠANJA ... 14
3.2 RAZISKOVALNA METODA ... 15
3.2.1 VZOREC ... 15
3.2.2 INŠTRUMENTI ... 16
3.3 POTEK RAZISKAVE IN OBDELAVA PODATKOV ... 17
4 REZULTATI ... 23
4.1 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO PREDZNANJA V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI ... 23
4.2 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO PREDZNANJA V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI ... 24
4.3 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO AVTONOMNE MOTIVACIJE V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI ... 25
4.4 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO AVTONOMNE MOTIVACIJE V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI ... 25
4.5 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO KONTROLIRANE MOTIVACIJE V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI ... 26
4.6 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO KONTROLIRANE MOTIVACIJE V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI ... 26
II
4.7 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO UČNE KOMPETENCE V
UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI ... 27
4.8 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO UČNE KOMPETENCE V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI ... 28
4.9 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO SITUACIJSKEGA INTERESA V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI ... 28
4.10 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO SITUACIJSKEGA INTERESA V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI ... 29
4.11 ZNANJE UČENCEV O ELEKTROFOREZI ... 29
4.12 ZNANJE UČENCEV O ELEKTROFOREZI NA POZNEM PREIZKUSU ZNANJA ... 32
4.13 RAZLIKE MED SPOLOMA V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI .... 34
4.14 RAZLIKE MED SPOLOMA V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI 34 5 RAZPRAVA ... 35
6 ZAKLJUČKI ... 38
6.1 UPORABA REZULTATOV V IZOBRAŽEVALNE NAMENE ... 39
7 LITERATURA ... 40
8 PRILOGE ... 43
KAZALO TABEL Tabela 1: Pripomočki in kemikalije ... 10
Tabela 2: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, glede na šolo. ... 15
Tabela 3: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, po starosti. ... 15
Tabela 4: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, po spolu. ... 15
Tabela 5: Dejavnosti pri pouku. ... 18
Tabela 6: Pregled splošnih dosežkov učencev na predpreizkusu znanja ... 23
Tabela 7: Pregled splošnih dosežkov učencev na preizkusu znanja ... 23
Tabela 8: Pregled splošnih dosežkov učencev na poznem preizkusu znanja ... 24
Tabela 9: Pregled splošnih dosežkov učencev pri izpolnjevanju petih postavk na vprašalniku o razlogih za učenje kemije VRUK o avtonomni motivaciji ... 25
Tabela 10: Pregled splošnih dosežkov učencev pri izpolnjevanju sedmih postavk na vprašalniku o razlogih za učenje kemije VRUK o kontrolirani motivaciji ... 26
Tabela 11. Pregled splošnih dosežkov učencev pri izpolnjevanju štirih postavk na vprašalniku o razlogih za učenje kemije VRUK o učnih kompetencah ... 27
Tabela 12: Pregled splošnih dosežkov učencev pri izpolnjevanju desetih postavk na vprašalniku o izvedbi učne ure o situacijskem interesu ... 29
Tabela 13: Analiza nalog preizkusa znanja o elektroforezi ... 31
Tabela 14: Analiza nalog poznega preizkusa znanja o elektroforezi ... 33
III KAZALO GRAFOV
Graf 1: Uspešnost učencev na preizkusu znanja o elektroforezi ... 30
Graf 2: Dosežki učencev na preizkusu znanja o elektroforezi ... 30
Graf 3: Uspešnost učencev na poznem preizkusu znanja o elektroforezi ... 32
Graf 4: Dosežki učencev na poznem preizkusu znanja o elektroforezi ... 32
KAZALO SLIK Slika 1: Komora, nosilec in napajalnik ... 9
Slika 2: Komora z napajalnikom ... 9
Slika 3: Priprava vezja za baterije ... 10
Slika 4: Avtomatska pipeta in vzorci iz flomastrov ... 10
Slika 5: Elektroforeza na začetku ... 11
Slika 6: Elektroforeza na koncu ... 11
Slika 7: Elektroforetogram testa očetovstva ... 12
Slika 8: Elektroforetogram s kraja zločina ... 12
KAZALO SHEM Shema 1: Teorija samoodločanja (Ryan in Deci, 2000, str. 61). ... 4
Shema 2: Izvedba poteka raziskave. ... 17
1
1 UVOD
Učitelj lahko pri učencih spodbudi interes za učenje nove učne vsebine tako z novimi didaktičnimi pripomočki, organizacijo učnega okolja in učenja ter izbiro nalog kot tudi z upoštevanjem želja učencev, npr. še več samostojnega eksperimentalnega dela.
Eksperimentalno delo poveča interes učencev za učenje kemije, saj jim omogoči, da razvijajo različne strategije mišljenja in ročne spretnosti pri delu v laboratoriju, hkrati pa je tako delo učencem zanimivo, saj lahko pride do različnih zanimivih sprememb snovi. Izbirni predmeti iz kemije so odlično izhodišče, da učencem omogočimo spoznavanje področij, ki jih še posebej zanimajo. Glede na veliko zanimanje učencev za forenzične vede (Grazinoli Garrido idr., 2014), se je to tematiko vključilo v raziskavo magistrskega dela.
Namen raziskave je pojasniti, kako raven avtonomne in kontrolirane motivacije vpliva na učne dosežke o elektroforezi ter kako trajno je znanje, usvojeno s pomočjo načrtovanih eksperimentalnih dejavnosti. Poleg tega je zajeto tudi, kako raven učne kompetence in situacijski interes vplivata na učne dosežke o elektroforezi ter ali med spoloma obstajajo razlike v znanju elektroforeze.
V teoretičnem delu je zajeto poglavje o pomembnosti učenja učenja. Predstavljene so definicije, delitve motivacije in ugotovitve različnih avtorjev glede motivacije učencev in posledično njihovih uspehov. Pojasnjena je pomembna sestavina motivacije – interes. Izpostavljeno je eksperimentalno delo kot motivacijska spodbuda. Nato je teoretično obravnavan eksperiment elektroforeze DNA, ki je optimiziran do te mere, da ga lahko učenci izvajajo samostojno pri izbirnih predmetih kemije ali pouku kemije. Gre za elektroforezo z barvili iz flomastrov, saj so reagenti in barvila, ki se uporabljajo pri elektroforezi DNA, toksični in finančno nedostopni. Televizijske serije in filmi s forenzičnimi vsebinami so povečali interes učencev do učenja forenzične znanosti, kar se da izkoristiti za poučevanje kemije, fizike in biologije (Grazinoli Garrido idr., 2014).
2
2 TEORETIČNA IZHODIŠČA
2.1 UČENJE UČENJA
Marentič Požarnik (2000) pojasnjuje ključno kompetenco »učenje učenja« kot zmožnost in pripravljenost prilagoditi se novim nalogam, aktivirati zmožnost mišljenja, osebno zavzetost in perspektivo upanja na uspeh z vzdrževanjem in samouravnavanjem učne aktivnosti na spoznavni in čustveni ravni. Kompetenca
»učenje učenja« zajema določena znanja, veščine in naravnanosti, npr. poznavanje in zmožnost uporabe ustreznih učnih strategij, poznavanje prednosti in pomanjkljivosti lastnega znanja, svojih močnih in šibkih področij, sposobnost samomotiviranja, vztrajanje v procesu učenja, dobro upravljanje s časom in informacijami, zmožnost premagovanja ovir (Bakračevič Vukman, 2010). Za učenje so potrebne temeljne spretnosti in zmožnosti, ki so opredeljene v štirih ravneh pismenosti:
1. branje, 2. računanje,
3. obvladovanje in uporaba informacijsko komunikacijske tehnologije,
4. tuji jeziki, tehnološka kultura, podjetništvo, socialne spretnosti, občutek za umetniške vrednote.
Na podlagi teh znanj mora biti posameznik sposoben usvojiti, obdelati in sprejeti novo znanje in spretnosti. Sposoben mora biti kritičnega razmišljanja, vztrajanja pri učenju, organiziranja učenja, ocenjevanja lastnega učenja in iskanja nasvetov, informacij in podpore. Hkrati pa mora posameznik posvetiti čas avtonomnemu učenju in deliti naučeno (Jelenc, 2007). Kompetenca učenje učenja je torej zmožnost vodenja in organiziranja lastnega učenja, ki vključuje uporabo znanja, reševanje problemov, zavedanje lastnega učnega procesa in konstruktivno spoprijemanje s problemi med učenjem na podlagi samoregulacije mišljenja, čustev in motivacije. Predstavljajo jo motivacijske strategije; strategije posledičnosti, strategije ciljno naravnanega samogovora, strategije samospodbujanja interesa za učenje, nadzorovanja okolja, samooviranja, uravnavanja lastne učne učinkovitosti, uravnavanja čustev, upravljanja časa in učnega okolja, lastnega prizadevanja, vrstniškega učenja in iskanja pomoči (Juriševič, 2012).
2.2 UČNA MOTIVACIJA
Motivacija je psihološki proces, ki spodbuja in uravnava učenje (Juriševič, 2012). Učna motivacija je skupen pojem za vse vrste motivacij v učni strategiji in obsega vse, kar daje pobude za učenje tako od znotraj kot od zunaj, ga usmerja in mu določa intenzivnost, trajanje ter kakovost (Marentič Požarnik, 2003). Juriševič (2006) razlaga, da si učenec med šolanjem v integrativnem modelu učne motivacije pridobiva različne učne izkušnje, na podlagi katerih postopno oblikuje svojo motivacijsko strukturo.
Strukturo najprej tvorijo posamezne sestavine, kot so cilji, interesi, vrednote, samopodoba, atribucije, zunanje spodbude ali zaznave težavnosti učenja. Tako
3
strukturirana motivacija energizira učni proces na način, da ga najprej aktivira, nato pa bolj ali manj zavestno usmerja do zaključka. Učenčevo »motivacijo« z različnimi motivacijskimi spodbudami, ki jih učencem namenimo med poučevanjem, lahko dodatno okrepimo ali dosežemo ravno nasprotno – učence demotiviramo za učenje oziroma delo v šoli. V pedagoški praksi je pomemben del didaktične strukture učne ure
»motivacija« v smislu pritegniti učenčevo pozornost za učenje. Gre za spodbujanje situacijskega interesa (kaj učenca pritegne k učenju »tukaj in zdaj«), ki pa v ustreznih pogojih lahko vodi k razvoju individualnih interesov hkrati pa k dolgotrajnejši motiviranosti učencev za učenje (Juriševič, 2012). Po drugi strani pa Kobal Grum in Musek (2009) pojasnjujeta, da je učinek motivacije le začasni, saj je lahko učenec v nekem trenutku visoko motiviran za učenje, v naslednjem trenutku pa lahko zniža svojo motivacijo in postane nedejaven. Vsak učitelj si prizadeva, da bi svoje učence motiviral za učenje in to motivacijo vzdrževal med učenjem. Motivacijske spodbude, ki jih učitelji uporabljajo za motiviranje učencev, lahko za natančnejše razumevanje učiteljevega pedagoškega pristopa razdelimo v dve skupini. V prvo skupino spadajo didaktične motivacijske spodbude, ki zajemajo organizacijo učnega okolja in učenja, učne metode in izbiro didaktičnega materiala in nalog. V drugo skupino pa spadajo psihološke motivacijske spodbude, kot so vodenje učenca in povratne informacije o njegovem učenju in učnih dosežkih, podpiranje in usmerjanje učenca pri učenju, modeliranje učitelja v vlogi modela (vzornika), ki ga učenci posnemajo v načinu pristopanja k učenju in razlagi rezultatov učenja, in povezanost med šolo in domom (Juriševič, 2012).
2.2.1 NOTRANJA IN ZUNANJA MOTIVACIJA
Notranja motivacija je gibalo človekove narave, saj ga žene v iskanje novega, spoprijemanje z izzivi, preizkušanje meja lastnih zmogljivosti in v učenje. Učenje, ki poteka od rojstva naprej in tudi v odsotnosti zunanjih nagrad. Učenci z notranjemotivacijsko naravnanostjo so učno samozavestni, kažejo interes za učenje, jim učenje in znanje pomenita pomembno vrednoto ter jim zahtevnejše naloge pomenijo zanimive izzive, medtem ko se zunanjemotivacijsko naravnani učenci od njih ločijo predvsem po tem, da so veliko bolj ciljno usmerjeni k doseganju učne uspešnosti z ocenami ali drugimi oblikami nagrajevanja in so visoko učno tekmovalni (Juriševič, 2012). Lebarič, Kobal in Kolenc (2002) v svoji raziskavi ugotavljajo, da se motivacija za učenje zviša, če sta želja in potreba po učenju (ki je rezultat zunanjih vplivov) enako močni in se prepletata. Nasprotno v primerih, ko so zunanje zahteve močnejše od želje po učenju, lahko učenec zunanje spodbude doživlja kot pritisk, kar dolgoročno privede do upada učne motivacije.
4
2.2.2 KONTROLIRANA IN AVTONOMNA MOTIVACIJA
Ryan in Deci (2000) sta objavila teorijo samoodločanja (angl. Self Determination Theory), s katero opredelita motivacijo kot kontinuum, kjer različne točke določajo različne vrste virov motivacije. Motivacije ne ločita samo na zunanjo in notranjo.
Zunanjo motivacijo razdelita na štiri različne stopnje – regulacije. V teoriji samodoločanja sta ponotranjenje in integracija ključna pojma. Avtorja izpostavita pomembno iztočnico, kako za šolsko učenje motivirati nemotivirane učence.
Predpostavljata, da sta v procesu motiviranja ključna dva koraka. Pri prvem koraku gre za prevzemanje stališča, da je učenje pomembno, drugi korak pa pomeni identificiranje oziroma ponotranjenje tega stališča. S kontinuumom torej lahko bolje razumemo pot od nemotiviranega do notranjemotiviranega učenca (Ryan in Deci, 2000).
Shema 1: Teorija samoodločanja (Ryan in Deci, 2000, str. 61).
Nemotivacija Zunanja motivacija Notranja
motivacija Brez regulacije
Zunanja regulacija
Introjicirana regulacija
Identificirana regulacija
Integrirana
regulacija Notranja regulacija Pomanjkanje
motivacije Kontrolirana motivacija Avtonomna
motivacija
Najnižja stopnja avtonomije Najvišja stopnja avtonomije
Shema 1: Teorija samoodločanja prikazuje vmesne stopnje kontinuuma samoodločanja. Pri zunanji motivaciji se učenec uči, ker je to naloga učencev.
Spodbujen je z najnižjo stopnjo zunanje motivacije in dejavnosti izvaja zgolj zato, da se izogne kazni ali dobi nagrado in da ugodi želji drugih, na katero nima nobenega vpliva. Pri introjicirani zunanji motivaciji se učenec uči zaradi čustvenega pritiska. Pri učencu je izpostavljen strah pred starši in skrbniki, katerega želi zmanjšati z načinom
»učim se, da doma ne bom kregan«, ali pa učenec želi pohvalo in se uči zato, da ga doma starši pohvalijo. Kadar pa učenec dojame, da je zanj znanje pomembno in je učno vedenje že bolj avtonomno, govorimo o identificirani zunanji motivaciji, ki jo učencev uravnava z identifikacijo. Primer: »Učil se bom upravljati z računalniki, da se bom v svetu napredne tehnologije lažje znašel.« Integrirana zunanja motivacija pa kaže na visoko mero samostojnosti učencev in samodoločanja, saj jim je uspelo asimilirati identificirano pomembnost učenja. Gre za motivacijo, ki je zelo podobna notranji.
Teorija samoodločanja je direktno uporabna v pedagoški praksi, saj lahko učence, če poznamo pedagoške pristope in prepoznamo njihovo stopnjo motiviranosti, ustrezno spodbudimo k čim bolj integriranemu stilu uravnavanja učenja na kateri koli točki predstavljenega kontinuuma (Ryan in Deci, 2000). Konkretneje to pomeni, da je na
5
podlagi te teorije možno predvideti, ali se bo učenec, ki je na začetku samo zunanje motiviran, med procesom poučevanja z ustreznimi zunanjimi spodbudami popolnoma zainteresiral za dejavnost in se zatopil v učno delo tudi kasneje in tudi v odsotnosti zunanjih spodbud (Juriševič, 2012).
2.3 INTERESI
Ena od operacionalizacij notranje motivacije in pomembna sestavina motivacije na področju vzgoje in izobraževanja je interes. Na notranjo motivacijo vplivata dve vrsti interesa. Vpliva lahko situacijski interes, ki ga spodbudi določena, za posameznika motivirajoča situacija, ali interes na individualni ravni, povezan z različnimi motivacijskimi spodbudami. Interes je opredeljen v smislu »psihološkega vzburjenja, ki vključuje usmerjeno pozornost, povečano kognitivno delovanje, vztrajanje in čustveno vpletenost« (Juriševič, 2012).
Hidi (2000) prav tako navaja dva tipa interesov v osnovi učne motivacije: situacijski in individualni. Situacijski interes se razvije, ko učenčevo pozornost pritegne neko dogajanje iz okolja in v učencu sproži pozitivno ali negativno reakcijo. Začetno fazo situacijskega interesa, v kateri se pozornost zbuja in povečuje, imenujemo inicialni ali
»sprožilni interes« (angl. triggering interest). Učinek sprožilnega interesa je lahko kratkotrajen, če pa je učenčeva pozornost dalj časa usmerjena na določen dogodek ali osebe, se trajanje sprožilnega interesa podaljša in nastane »vzdrževalni interes« (angl.
maintained interest) (Lebarič idr., 2002). Juriševič (2012) navaja, da je situacijski interes bolj površinske narave, torej je najverjetneje minljive narave. Novejše raziskave kažejo na odnose med določenim učnim kontekstom, individualnim ter situacijskim interesom in notranjo motivacijo v razlagi, da interesi na notranjo motivacijo vplivajo na dva načina. Vpliven je lahko situacijski interes, ki ga spodbudi določena, za posameznika motivirajoča situacija (npr. učenec se začne zanimati za določeno vsebino, ki ga je zaradi zanimivosti predstavitve pritegnila med poukom), ali pa interes na individualni ravni, povezan z različnimi motivacijskimi spodbudami, že obstaja, se pa še okrepi v povezavi s povečevanjem situacijskega interesa ter tako pripomore k notranji motiviranosti. Raziskave J. Eccles s sodelavci, ki jih navaja Juriševič (2012), so pokazale, da situacijske interese spodbujajo lastnosti določene naloge ali dejavnosti, kot so element novosti, osebna ustreznost, raven učenčeve aktivnosti in razumljivost vsebin.
2.4 EKSPERIMENTALNO DELO KOT MOTIVACIJSKA SPODBUDA
Med motivacijske spodbude, s katerimi učitelj v šoli motivira učence za učenje, uvrščamo tudi eksperimentalno delo (Juriševič, 2012). Eksperimentalno delo učencem omogoča učenje eksperimentalnih spretnosti, okrepi učenje znanstvenih spoznanj, daje vpogled v znanstvene metode dela in razvija raziskovalni pristop, kot je npr.
objektivnost (Tsaparlis, 2006). Brečko (1999) v svoji raziskave ugotavlja, da si v povprečju zapomnimo samo 10 % tistega, kar preberemo, 20 % tistega kar vidimo, 50
6
% tistega, kar vidimo in slišimo; 80 % tistega, kar rečemo, in 90 % tistega, kar rečemo in naredimo. Zato je bistveno, da učencem med poukom omogočimo čim več samostojnega dela. Prav tako laboratorijsko-eksperimentalna metoda predstavlja izkustveno učenje, ki omogoča intenzivno miselno, čustveno in ustvarjalno izvedbo dejavnosti učencev (Rizman Herga, 2015). Dokazano je, da se večina učencev veseli kemije, saj imajo radi makroskopske pojave, ki so predstavljeni z eksperimentom. Zato je naloga učiteljev poučevati učence kemijo s pomočjo eksperimentov in tako povečati njihovo motivacijo za učenje kemije, s tem pa dosegati boljše razumevanje in predstavo učne vsebine. Pomembni del poučevanja je vključitev primerov iz vsakdanjega življenja, da učenci razumejo in spoznajo koristnost in uporabnost kemije v vsakodnevnih situacijah (Devetak, 2012). Poudariti je treba še eno prednost poučevanja z izkustvenim pristopom, učitelj učencem namreč pokaže, da je znanost lahko tudi užitek in zabava (Janežič, 2011). Torkar in sodelavci (2002) ugotavljajo, da je treba ločiti doživljajsko izkustveno učenje kot eno izmed oblik izkustvenega učenja.
Doživljajsko ga imenujemo zato, ker ni bistvena samo izkušnja, ampak doživetje. Pri tem gre za ozaveščanje, zavedanje in zaznavo tako telesnih kot duševnih stanj. Pri doživljanju so pomembna močna čustva, poglobljeno zavedanje in pomembne vsebine, ki neizbrisno oblikujejo življenje posameznika.
Eksperimentalno delo ima pomembno vlogo pri razvoju razumevanja kemije kot znanosti. Učitelj izbere eksperimente na podlagi učne vsebine, ki se jo učijo pri pouku v skladu z učnim načrtom. Upoštevati mora varnost učencev, prilagoditi zahtevnost in preučiti reagente, ki jih za eksperiment potrebujejo. Po izvedenem eksperimentu sledi diskusija z učenci. Tako učenci povežejo učno vsebino z vsakdanjim življenjem in so eksperimenti učencu smiselni in razumljivi (Lunetta, Hofstein in Clough, 2007).
Nekateri učitelji pa so mnenja, da eksperimentalno delo pri naravoslovnih predmetih ne daje zadostnih rezultatov pri kasnejšem preverjanju znanja. Učenci, kljub temu da radi eksperimentirajo, tega ne dojemajo kot del učenja, saj ne vključuje sedenja v klopi in poslušanja. Zato je treba vpeljati ustrezne pristope in načine izvedbe eksperimentalnega dela, ki bodo pri učencih spodbujali ustvarjalnost in sprožili miselne procese (Žmavčič, 2016).
2.5 UČENJE Z RAZISKOVANJEM
Učenje z raziskovanjem mora temeljiti na aktivnem učenju in samostojnem konstruiranju znanja učencev. V tuji literaturi najdemo za učenje z raziskovanjem izraze, kot so: Inquiey-Lerning, Inquiry-Base Leaning (IBL), Science Inquiry, Inquiry- Based Science Education (IBSE). Učenje z raziskovanjem je značilen problemski pristop, ki izhaja iz realne in kompleksne situacije, ki poganja celoten proces učenja.
Kadar se učitelj loti poučevanja z raziskovanjem, mora slediti naslednjim korakom. Na začetku mora načrtovati potek raziskovanja, na kar predvideva pričakovane rezultate, hkrati preverja spremenljivke v načrtu poteka raziskovanja. Nato načrtuje potrebne kemikalije in potrebščine za izvedbo eksperimenta. Med eksperimentom spremlja in zapisuje meritve. Nato mora napisati poročilo o poteku raziskovanja in podati rezultate
7
raziskovalnega dela. Tovrstno poučevanje zahteva od učitelja zelo dobro strokovno znanje in obvladanje ustreznih didaktičnih pristopov poučevanja. Metoda učenja z raziskovanjem učencem omogoča: razvijati potenciale na področju znanstvenega raziskovanja, podpira možnost uporabe višjih kognitivnih ravni znanja in samostojnega usvajanja znanja prek stopenjskega procesa »5Es« (Wissiak, 2014).
2.5.1 FORENZIČNA ZNANOST KOT MOTIVACIJSKA SPODBUDA PRI POUKU KEMIJE
Forenzika se kot kombinacija različnih znanstvenonaravoslovnih disciplin pojavlja v številnih knjigah, serijah in filmih. Gre za aktualno vsebino, ki pritegne bralce in gledalce s pestrim dogajanjem med preiskovanjem kriminalnih dejanj, ki jih producenti uporabljajo tudi v filmski industriji. Govorimo o t. i. učinku »CSI«1, saj so priljubljene TV-serije (npr. Na kraju zločina, Kosti, Telo kot dokaz idr.) močno povečale zanimanje javnosti in s tem tudi učencev za forenziko in čimprejšnje odkrivanje storilcev kaznivih dejanj. Prav to zanimanje učencev za forenziko je lahko osnova, da učitelji spodbujajo učence za učenje naravoslovnih vsebin na osnovi naravoslovja v forenziki (Slapničar in Devetak, 2015).
Škotski pisatelj Arthur Conan Doyle je v svojih knjigah za preiskovanje zločinov uporabljal znanstveno-raziskovalni pristop; s tem je začel nakazovati začetke forenzične znanosti. V svojih delih si je izmislil Sherlocka Holmesa, ki sicer ni bil resničen, je pa postal zelo priljubljena osebnost. Doyle je značaj Sherlocka Holmesa oblikoval na osnovi njegovega profesorja Josepha Bella, ki je bil na edinburški medicinski fakulteti kirurg in forenzični detektiv (Newton, 2007). Z zgodbami, ki so bogate z dramo, ugankami in kriminalnimi dejanji, pritegnemo pozornost učencev in jim povečamo situacijski interes za učenje kemije. Omogoči jim, da razvijajo različne strategije mišljenja in ročne spretnosti pri delu v laboratoriju, hkrati pa je tako delo učencem zanimivo, saj povezuje vsakdanje življenje s poučnimi vsebinami kemije v forenziki. Z višjo stopnjo motivacije so tudi učni uspehi učencev boljši (Vrtačnik, Juriševič in Ferk Savec, 2010).
2.5.2 ELEKTROFOREZA DNA
Izbirni predmeti iz kemije so odlično izhodišče, da učencem omogočimo spoznavanje področij, ki jih še posebej zanimajo, a niso vključeni v učni načrt kemije. Preiskave, ki jih izvajajo v forenzičnih laboratorijih, lahko vključimo v pouk osnovne šole. S spremljanjem televizijskih serij in filmov so učenci pridobili veliko informacij o delovanju forenzičnega laboratorija, ki pa pogosto ni prikazano tako, kot poteka v realnosti.
Učenci vedo, kaj so analize prstnih odtisov, DNA, krvnih sledi ali vlaken in las, žal pa preko televizijskih serij nimajo možnosti podrobneje spoznati te preiskave. V diplomskem delu Klenar (2015) je bil razvit in optimiziran eksperiment, ki prikazuje
1 Crime Scene Investigation
8
princip elektroforeze DNA in določevanja profila DNA, ki ga učenci lahko izvajajo samostojno. Namen raziskave magistrskega dela pa je preveriti, ali je vpeljava eksperimenta elektroforeze DNA primerna za uporabo v osnovni šoli, kakšen uspeh dosegajo učenci na preizkusu znanja in poznem preizkusu znanja iz elektroforeze ter kako tovrsten način poučevanja spodbuja interes učencev za dodatno in bolj poglobljeno učenje kemije.
Elektroforeza je separacijska tehnika, ki temelji na potovanju nabitih delcev v električnem polju (Černe in Ostanek, 2012). Deli molekule DNA so negativno nabiti delci in v električnem polju potujejo od negativnega proti pozitivnemu polu, anodi (Lee et al., 2012). Elektroforeza se uporablja za ločevanje aminokislin, proteinov, nukleotidov, nukleinskih kislin in drugih, nabitih molekul (Drobnič Košorok et al., 2009).
DNA-profil je bil odkrit leta 1984 po naključju, ko je britanski genetik Alec John Jeffreys s sodelavci v laboratoriju na Univerzi Leicester razvil tehniko za izolacijo in analizo odsekov DNA, ki so značilni za vsakega posameznika (Watson in Berry, 2007). Vzorci nam podajo »prstni odtis« DNA (iz angl. DNA finger print) ali DNA-profil (Newton, 2007). Izraz izhaja iz podobnosti prepoznavanja oziroma ločevanja posameznikov po klasični metodi prstnih odtisov. Postopek je uporaben tako za forenzično prepoznavanje kot za dokazovanje očetovstva in sorodstvenih vezi (Watson in Berry, 2007).
Storilec lahko na kraju zločina ali na žrtvi pusti biološke sledi, kot so slina, kri, semenska tekočina, dlaka ali koža, ki vsebuje celice, le-te pa jedro s specifično DNA te osebe. DNA predstavlja individualni dokaz. Slino z DNA lahko forenziki pridobijo s pisemske ovojnice, zobne ščetke ali ugrizne rane. DNA lahko izoliramo tudi iz kaplje krvi, semenske tekočine ali iz lasnega folikla, torej iz vsakega biološkega materiala, kjer so celice. Za pripravo vzorca DNA za analizo so potrebni štirje koraki. To so: (1) ekstrakcija DNA iz jedra vzorčnih celic: DNA izoliramo iz vzorca skupaj s proteini, ogljikovimi hidrati in lipidi, zato je treba vzorec DNA očistiti teh snovi; (2) »rezanje«
verige DNA z restrikcijskimi encimi na specifičnih mestih na različno dolge fragmente;
(3) pomnoževanje specifičnih fragmentov DNA s PCR-metodo (angl. Polymerase Chain Reaction), ki je verižna reakcija pomnoževanja z encimom polimeraza, pri čemer v kratkem časovnem intervalu lahko pomnožimo določen odsek molekule DNA.
Rezultat pomnoževanja je ogromno število identičnih kopij; in (4) elektroforeza DNA (Bertino in Bertino, 2009).
2.5.3 OPTIMIZIRAN EKSPERIMENT ELEKTROFOREZE Z BARVILI IZ FLOMASTROV
V šolski praksi se uporablja enostavnejše izvedbe elektroforeze. Barvilo etidijev bromid (EtBr), ki omogoča vizualizacijo na elektroforetogramu, se veže v strukturo molekule DNA in je izredno strupen (mutagen), kar je poglavitni razlog, da postopka elektroforeze DNA ne izvajajo učenci in niti učitelj demonstracijsko. Poleg tega pa so potrebna tudi finančna sredstva za oskrbo s potrebščinami in reagenti. Da bi učenci spoznali elektroforezo kot metodo ločevanja zmesi, pa lahko izvedejo simulacijo gelske
9
elektroforeze DNA tako, da namesto vzorcev DNA uporabimo vzorec zmesi barvil iz flomastrov (Simple electrophoresis experiment, 2011). Namesto agaroze uporabimo agar in namesto tris-acetatnega pufra uporabimo raztopino natrijevega hidrogenkarbonata (Klenar, 2015).
2.5.3.1 PRIPOMOČKI IN MATERIAL
V diplomskem delu je bil razvit optimiziran postopek elektroforeze z barvili iz flomastrov in opisan postopek izvedbe aparature za eksperiment, da bi bil čim bolj podoben pravi elektroforezi DNA (Klenar, 2015). Slika 1 in Slika 2 prikazujeta komoro za elektroforezo z bakrenimi elektrodami, narejeno iz pleksi stekla, nosilec za gel z glavničkom in preprost električni napajalnik (gre za zaporedno vezavo dveh 9 V baterij) (Slika 3). Iz pleksi stekla lahko učenci pri tehniki ali učitelji sami izdelajo komoro za elektroforezo.
Po načrtu za izdelavo aparature za elektroforezo (Klenar, 2015) razrežejo pleksi steklo na kose, ki se jih nato »lepi« s kloroformom, saj je pleksi steklo dobro topno v številnih kloriranih ogljikovodikih in aromatskih ogljikovodikih. Natančno ob pravem kotu položimo stranico pleksi stekla na osnovno ploščo in na stiku obeh s kapalko nanesemo tanek sloj kloroforma, ki raztaplja vrhnji sloj pleksi stekla. Stranici se zlepita skupaj, ko kloroform izhlapi, pleksi steklo pa preide nazaj v trdno agregatno stanje (Klenar, 2015).
V želji učencem približati postopek elektroforeze, ki čimbolj spominja na pravo elektroforezo DNA, smo učencem omogočili, da se rokujejo z avtomatsko pipeto in preizkusijo v natančnosti pipetiranja. Slika 4 prikazuje vzorce barvil iz flomastrov v mikrocentrifugirkah, parafilm – podlago za mešanje vzorcev z glicerolom in avtomatsko pipeto z nastavkom.
Slika 1: Komora, nosilec in napajalnik (osebni arhiv)
Slika 2: Komora z napajalnikom (osebni arhiv)
10 Slika 3: Priprava vezja za baterije
(osebni arhiv)
Slika 4: Avtomatska pipeta in vzorci iz flomastrov
(osebni arhiv)
Tabela 1: Pripomočki in kemikalije Pripomočki
- komora za elektroforezo, - nosilec za gel,
- glavniček za gel, - izolir trak,
- 2 x 9 V bateriji,
- žice in nastavki za baterije, - avtomatska pipeta in nastavki, - parafilm podlaga za mešanje
vzorcev (4 x 10 cm).
Kemikalije
- natrijev hidrogenkarbonat, - barvila flomastrov,
- glicerol, - agar.
2.5.3.2 PROTOKOL ELEKTROFOREZE Z BARVILI IZ FLOMASTROV
Naslednji koraki opisujejo izvedbo preproste elektroforeze, primerne za uporabo v osnovni šoli, z doma narejenimi pripomočki.
1. Najprej pripravimo pufer in gel. Za gel uporabimo navadni agar. Pripravimo 2-%
raztopino natrijevega hidrogenkarbonata – pufer. Za pripravo 500 mL take raztopine v 500 mL destilirane vode stehtamo 10 g natrijevega hidrogenkarbonata in ga z mešanjem v čaši raztopimo. Nato pripravimo 1,2-% agar gel. Za 60 mL gela potrebujemo 54 mL destilirane vode in 6 mL pripravljenega pufra, temu dodamo 0,72 g agarja in nad Bunsenovim gorilnikom ali v mikrovalovni pečici raztopimo. Počakamo, da se raztopljen agar ohladi na približno 50 °C. Nato vlijemo v nosilec za gel. Glavniček vstavimo v nosilec, preden vanj vlijemo gel, in pustimo 30 minut, da polimerizira.
2. Ko se gel strdi, ga postavimo v komoro za elektroforezo in prelijemo s preostankom pufra. Pripravimo enosmerni vir napetosti.
11
3. Zmes barvil iz flomastrov lahko nanesemo v gel z avtomatsko pipeto. V 1,5 mL mikrocentrufigirke iztisnemo iz penic v flomastru zmes barvil. Z avtomatsko merilno pipeto vzorec (zmes barvil iz flomastrov) pomešamo s kapljico alkohola glicerola na podlagi parafilma. S tem vzorec obtežimo in zato pri nanosu vzorca v gel ta ostane v jamici gela. Na ta način zmanjšamo izgubo vzorca v raztopini pufra.
4. Komora je pripravljena, da jo povežemo na vir enosmerne napetosti (18 V). Večja kot je napetost, hitreje potujejo delci. Negativno nabite molekule različnih barvil bodo po gelu različno hitro potovale proti pozitivno nabitemu polu. Manjše molekule potujejo proti pozitivnemu polu hitreje kot večje in se na tak način med seboj ločijo.
5. Barvila se med elektroforezo ločijo podobno kot pri kromatografiji. Pri tem nastajajo barvne lise, ki jih kot rezultat elektroforeze dobimo tudi pri ločevanju fragmentov DNA. Na podlagi tega lahko preiskovalec določa sorodstvene vezi in poveže osumljence kaznivih dejanj z njihovimi biološkimi sledovi na krajih zločina (Klenar, 2015).
Slika 5: Elektroforeza na začetku (osebni arhiv)
Slika 6: Elektroforeza na koncu (osebni arhiv)
Sledi interpretacija rezultatov in pojasnilo lis. Slika 7 prikazuje lise fragmentov DNA po končani elektroforezi in prikazuje primer določevanja testa očetovstva. Otrok Matej podeduje en gen od matere Maje in drugega od očeta Jakoba. Na Slika 7 vidimo gena, podedovana od matere, kot liso na gelu na isti ravnini kot materina gena, enako velja
12
za očeta. V primeru, da otrokov drugi gen ne bi ležal v ravnini enega izmed očetovih genov, bi pomenilo, da oče ni biološki oče tega otroka. Na primeru Slike 7 je to Simon.
Na enak način ugotavljajo, če DNA, najdena na žrtvi, pripada osumljencem kaznivega dejanja (Bertino in Bertino, 2009). Na primeru, ki ga prikazuje Slika 8, vidimo, da je vzorec DNA-profila iz kraja zločina popolnoma enak DNA-profilu osebe po imenu Pavla.
Slika 7: Elektroforetogram testa očetovstva
(osebni arhiv) Slika 8: Elektroforetogram s kraja zločina (osebni arhiv)
13
3 EMPIRIČNI DEL
3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA
Raziskave kažejo, da je motivacija povezana z učnimi dosežki učencev (Vrtačnik, Juriševič in Ferk Savec, 2010). Na učno motivacijo lahko vpliva situacijski interes, ki ga spodbudi določena, za posameznika motivirajoča situacija, ali interes na individualni ravni, povezan z različnimi motivacijskimi spodbudami (Juriševič, 2012).
Glede na zanimanje in interes učencev za forenzično znanost je smiselno, da učencem omogočimo spoznavanje tega področja, ki vsebuje preiskave, povezane s kemijo.
Razlaga učne snovi z vključevanjem eksperimentalnega dela pripomore k boljšemu razumevanju snovi. Magistrsko delo se osredotoča na eksperiment elektroforeze DNA, ki ga učenci pri izbirnem predmetu pri kemiji izvajajo samostojno. Učenci v dveh šolskih urah izpeljejo postopek simulacije elektroforeze DNA in interpretirajo rezultate. Vse je predstavljeno na primeru (kontekstu), ki učni uri poveže z zgodbo iz vsakdanjega življenja. Zajeto je, kako situacijski interes vpliva na učne dosežke učencev o vsebini in kako trajno je usvojeno znanje o elektroforezi glede na to, da učenju elektroforeze ne namenijo dodatnega časa, saj se vsebina ni ocenjevala. Osrednji namen raziskave je pojasniti, kako raven avtonomne in kontrolirane motivacije vpliva na učne dosežke o elektroforezi ter kako trajno je tako znanje. Poleg tega se ugotavlja tudi, kako raven učne kompetence vpliva na učne dosežke o elektroforezi ter ali med spoloma obstajajo razlike v znanju elektroforeze.
3.1.1 CILJI RAZISKAVE
Z magistrskim delom so se ugotavljale:
razlike v učnih dosežkih učencev o elektroforezi glede na raven predznanja učencev,
razlike v učnih dosežkih učencev o elektroforezi glede na raven avtonomne in kontrolirane motivacije,
razlike v učnih dosežkih učencev o elektroforezi glede na raven situacijskega interesa in učnih kompetenc,
razlike v učnih dosežkih učencev o elektroforezi glede na spol,
razlike med učnimi dosežki učencev na preizkusu znanja o elektroforezi in na poznem preizkusu znanja.
14 3.1.2 RAZISKOVALNA VPRAŠANJA
1. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo predznanja statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
2. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo predznanja statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
3. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo avtonomne motivacije statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
4. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo avtonomne motivacije statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
5. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo kontrolirane motivacije statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
6. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo kontrolirane motivacije statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
7. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo učnih kompetenc statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
8. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo učnih kompetenc statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
9. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo situacijskega interesa statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
10. Ali obstajajo med učenci z različno ravnjo situacijskega interesa statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
11. Ali so učenci, ki so sodelovali pri dejavnostih o elektroforezi, dosegli v povprečju vsaj 50 % vseh točk na preizkusu znanja takoj po izvedbi dejavnosti?
12. Ali so učenci, ki so sodelovali pri dejavnostih o elektroforezi, dosegli v povprečju vsaj 50 % vseh točk na poznem preizkusu znanja?
13. Ali obstajajo med učenkami in učenci statistično pomembne razlike v učnih dosežkih o elektroforezi takoj po izvedbi dejavnosti?
14. Ali obstajajo med učenkami in učenci statistično pomembne razlike v trajnosti znanja o elektroforezi?
15
3.2 RAZISKOVALNA METODA
Uporabljeni sta bili deskriptivna in kavzalna neeksperimentalna metoda empiričnega pedagoškega raziskovanja s kvantitativnim raziskovalnim pristopom (Kožuh, 2013).
3.2.1 VZOREC
V raziskavo je bila vključena skupina učencev, ki je izvajala dejavnosti s področja forenzične kemije, natančneje poskuse s področja določanja profila DNA, prilagojene za izvedbo v šolskem laboratoriju, pri izbirnih predmetih Poskusi v kemiji in Kemija v življenju. Vzorec je bil namenski, obsegal 129 učencev 8. in 9. razredov osnovnih šol iz Ljubljane in njene okolice, ki so obiskovali izbirna predmeta iz kemije. Povprečna starost je bila 13,4 leta, med sodelujočimi učenci jih šest spola v vprašalniku ni označilo.
Tabela 2: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, glede na šolo.
Šola f f %
1 11 8,5
2 36 27,9
3 16 12,4
4 8 6,2
5 16 12,4
6 22 17,1
7 12 9,3
8 8 6,2
Skupaj 129 100,0
Tabela 3: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, po starosti.
Razred f f %
12 1 0,8
13 83 64,3
14 42 32,6
15 2 1,6
Skupaj 128 99,2
Opomba: 1 manjkajoč odgovor učenca glede na celotni vzorec
Tabela 4: Porazdelitev učencev, vključenih v raziskavo, po spolu.
Spol f f %
Fantje 67 51,9
Dekleta 56 43,4
Skupaj 123 95,3
Opomba: 6 manjkajočih odgovorov učencev glede na celotni vzorec
16 3.2.2 INŠTRUMENTI
Za zbiranje podatkov so bili uporabljeni vprašalniki in preizkusi znanja.
3.2.2.1 Vprašalnik o razlogih za učenje kemije VRUK
Pred izvedbo eksperimentalnega dela raziskave bo apliciran vprašalnik o razlogih učencev za učenje kemije (VRUK) (Devetak in Bunce, 2012). Vprašalnik je preverjal zanimanje učencev za učenje kemije oz. njihovo motiviranost. Zajema 25 postavk, za katere so se učenci odločali na podlagi petstopenjske lestvice od 5 (zelo se strinjam) do 1 (nikakor se ne strinjam). Pet postavk se je nanašalo na avtonomno motivacijo, sedem na kontrolirano motivacijo, tri na amotivacijo, štiri na učne kompetence ter šest na klimo v razredu. Zanesljivost vprašalnika je zadovoljiva (Cronbach Alfa je 0,824).
3.2.2.2 Vprašalnik situacijskega interesa
Ali aktivnosti učencev s področja forenzične kemije povečajo interes za predstavljene učne vsebine, je bilo preverjeno z vprašalnikom o situacijskem interesu »Izvedba učne ure« (Glažar, Juriševič in Vogrinec, 2010), in sicer po izvedbi eksperimenta. Empirična podlaga za ta vprašalnik je »Situational Interest Scale« (Chen idr., 2001). Vprašalnik obsega trinajst postavk, ki so razdeljene na dva dela: prvih sedem postavk, za katere so se učenci odločali na podlagi petstopenjske lestvice od 5 (zelo se strinjam) do 1 (nikakor se ne strinjam), in tri postavke subjektivnega tipa odgovorov, kjer so na vprašanje zapisali tri stvari, ki so jim bile pri uri najbolj všeč.
3.2.2.3 Preizkusi znanja
Predznanje bo preverjeno s predpreizkusom znanja (Priloga 1) pred učno dejavnostjo o elektroforezi. Sledila bosta dva preizkusa znanja (Priloga 2) o izbrani učni vsebini, in sicer po izvedbi aktivnosti in poznim preizkusom dva meseca po izvedbi aktivnosti.
17
3.3 POTEK RAZISKAVE IN OBDELAVA PODATKOV
Raziskovanje je potekalo na osnovi analize podatkov, ki smo jih zbrali z dvema vprašalnikoma (VRUK in Izvedba učne ure), s preizkusom predznanja, preizkusom in poznim preizkusom znanja o elektroforezi.
Shema 2: Izvedba poteka raziskave.
Sestava vprašalnikov, predpreizkusa in preizkusa znanja, zasnova dejavnosti z eksperimentom elektroforeze, razvoj ustreznih pripomočkov, potrebnih za
izvedbo dejavnosti.
Izvedba zasnovane dejavnosti med učenci osmih in devetih razredov osnovne šole. Izvedba
obeh vprašalnikov in predpreizkusa znanja ter preizkusa in poznega znanja.
Analiza predpreizkusa znanja, preizkusa znanja in poznega preizkusa
znanja ter obeh vprašalnikov.
Obdelava podatkov.
18
Predpreizkus (Priloga 1) sestavljajo naloge, ki vključujejo pomembne iztočnice za razumevanje eksperimenta elektroforeze in se povezujejo z učnimi vsebinami, ki so jih učenci že spoznali med šolanjem. Izpostavljena je medpredmetna povezava, saj so naloge sestavljene iz kemije, biologije, fizike in matematike.
Preizkus znanja je bil identični poznemu preizkusu znanja (Priloga 2), ki so ga učenci rešili dva meseca za preizkusom znanja. Preizkus znanja preverja, ali so učenci med učno dejavnostjo o elektroforezi usvojili osnovne pojme in ali znajo to znanje uporabiti na primerih.
Tabela 5 prikazuje potek dejavnosti, ki so bile izvedene v okviru raziskave. Posamezne etape dela predstavljajo korake učiteljevega vodenja in učenčevih nalog. Pestra in zanimiva dejavnost vključuje samostojno delo učencev pri eksperimentalnem delu, demonstracijske eksperimente, ogled video posneteka in reševanje delovnega lista.
Tabela 5: Dejavnosti pri pouku.
Potek dela po posameznih etapah
Učna etapa Čas Učitelj Učenci
UVOD Pozdrav, predstavitev in napoved pisanja predpreizkusa znanja
2–3 min
Učencem se predstavim, poudarim pravila varnega dela v laboratoriju in obvezno zaščitno opremo (speti lasje, zaščitna halja, disciplina).
Upoštevajo navodila.
Predpreizkus znanja
10–
15 min
Prvih 10 minut je bilo namenjenih predpreizkusu znanja (Priloga 1).
Učenci rešujejo.
Uvod v dejavnost
40 s Učenci dobijo delovni list in list z navodili in postopki. Sledi prizor posnetka iz televizijskih serij CSI: Miami in CSI: NY.
Gre za uvodni posnetek serij in želimo vzbuditi situacijski interes učencev.
Učenci gledajo.
JEDRO Forenzični laboratorij
6 min
Nadaljevanje posnetka prikazuje forenzični laboratorij in različne naloge forenzikov.
Prikazani so različni oddelki forenzičnega laboratorija (balistika, antropologija …), zbiranje dokazov, rekonstruiranje dogodka kriminalnega dejanja. Posnetek se konča na prizoru, ko forenzik z vatirano palčko zajame kapljico krvi. Kri je vzorec za eksperiment, ki se imenuje elektroforeza DNA.
Učenci gledajo.
19 Osrednja
zgodba in 1. korak
5 min
Osrednja zgodba na delovnem listu (Priloga 3) je vlom. Storilec se med dejanjem poreže in kapljice krvi ostanejo na kraju vloma. Preiskava pokaže, da so možni trije osumljenci. Naloga učencev je, da z eksperimentom ugotovijo, kdo je storilec. Pomagajo si z listom, kjer imajo navodila in postopke izvedbe
eksperimenta (Priloga 4). Po korakih učenci rešujejo situacijo in sproti dopolnjujejo delovni list. Prvi korak je zbiranje dokazov. Posnetek prikaže risani del posnetka, ko forenzik pride do
razbitega okna in z vatirano palčko vzame vzorec krvi.
Učenci berejo in si že ustvarjajo scenarij dogodka in možne storilce.
2. korak 20 min
Učitelj učencem pojasni, da je za
eksperiment pomembna molekula DNA. S pomočjo posnetka se prikaže strukturo molekule DNA, ki je nosilka dednih lastnosti. Osnovne enote so nukleotidi, ki so povezane v bazne pare. Drugi korak je izolacija molekule DNA iz kaplje krvi.
Učitelj pojasni učencem, zakaj se kri ne sme uporabljati v šoli in postopek izolacije demonstracijsko predstavi na primeru izolacije DNA iz paradižnika.
Učenci spremljajo demonstracijski eksperiment in zadnji korak sami izvedejo. Na ekstrakt se prilije hladni etanol.
Opazujejo kako se verige molekul DNA izolirajo.
3. korak 4
min
Nadaljevanje posnetka prikazuje tretji korak. Dolge verige molekul DNA se razreže z encimi na krajše fragmente. Pri posameznikih so različno dolgi fragmenti v zaporedju specifični in tako določimo, ali je vzorec krvi osumljenca enak vzorcu s kraja vloma.
Učenci spremljajo in dopolnijo delovni list.
4. korak 3
min
PCR-verižna reakcija s polimerazo je postopek, pri katerem fragmente molekule DNA pomnožijo na zelo veliko število fragmentov. Ena kaplja krvi tako zadostuje za celotno preiskavo.
Učenci spremljajo in dopolnijo delovni list.
5. korak:
elektroforeza
6 min
Peti korak prikazuje postopek
elektroforeze. Posnetek natančno prikaže potek elektroforeze. Različno dolgi fragmenti se pomikajo proti pozitivnemu polu pod vplivom električne napetosti.
Krajši fragmenti so hitrejši, dolgi pa počasnejši. Da bi učenci lažje razumeli gibanje fragmentov molekule DNA, učitelj demonstrira eksperiment z dvema
Učenci spremljajo demonstracijski eksperiment.
Komentirajo svoje odgovore na predpreizkusu znanja.
20
kroglicama, ki imata enako maso in sta različno veliki. Istočasno ju spustimo v posodo napolnjeno z glicerolom. Zaradi večjega upora sredstva na veliko kroglico ta počasneje potone kot majhna kroglica.
Na makroskopskem nivoju videnega demonstracijskega eksperimenta si učenci lažje predstavljajo, kako se ločijo različno dolgi fragmenti med potekom
elektroforeze.
Postopki 8–10 min
Nadaljevanje posnetka prikazuje pripravo za elektroforezo DNA v forenzičnem laboratoriju. Zajeta je priprava pufra, gela in vzorcev za analizo. Učitelj se z učenci pogovori o toksičnosti etidijevega bromida in jim pojasni, da se za eksperiment uporabijo vzorci barvil iz flomastrov.
Natančno si ogledajo, kako se vzorec pravilno pipetira v gel in kako se pripravi komoro za elektroforezo.
Učenci imajo na listu s postopki in navodili vse korake zabeležene.
Gledajo posnetek.
Samostojno laboratorijsko delo v skupini
15 min
Učitelj učencem pojasni navodila in opiše njihove naloge. Nato učenci samostojno eksperimentirajo.
Samostojno laboratorijsko delo učencev po skupinah. Učenci previdno
postavijo nosilec z gelom v komoro za elektroforezo in prilijejo pufer do oznake.
Samostojno laboratorijsko delo v skupini
15 min
Učitelj učencem po potrebi pomaga in skrbi, da delo poteka v skladu z navodili.
Nato pripravijo vzorce (različna barvila iz flomastrov). Z avtomatsko pipeto pomešajo kapljico glicerola s kapljico barvila.
Zmes nato s pipeto prenesejo v jamice v gelu.
Na koncu
povežejo komore na dve zaporedno vezani bateriji (18 V) in pustijo, da
21
poteka
elektroforeza.
ZAKLJUČEK Rezultati elektroforeze DNA
2 min
Medtem ko poteka elektroforeza, učenci pogledajo nadaljevanje posnetka, ki prikazuje rezultate, dobljene pri
elektroforezi DNA. Gel po elektroforezi pogledamo pod UV-lučjo. Rezultat
elektroforeze DNA je elektroforetogram. S prikazanim posnetkom učitelj učencem predstavi, kako se elektroforetogram interpretira. Postopek elektroforeze DNA se uporablja za dokazovanja storilcev kriminalnih dejanj in tudi za test
očetovstva. Na obeh primerih se prikaže elektroforetogram in interpretira rezultate.
Učenci rešujejo.
Rezultat
optimiziranega eksperimenta
3 min
Učitelj poveže osrednjo zgodbo z naučenim. Učenci dokažejo, kdo izmed osumljenih oseb je storilec. Učenci
pogledajo rezultat elektroforeze z barvili iz flomastrov in vidijo, da se barvila ločujejo.
Molekule rumenega barvila so najmanjše, saj se to barvilo najhitreje pomika proti pozitivnemu polu.
Učenci lahko fotografirajo svoje rezultate.
PONOVITEV 3 min
Za konec sledi ponovitev. Elektroforeza je metoda ločevanja zmesi. Čim večja kot je napetost, tem hitreje potujejo delci v gelu.
Čim večja kot je koncentracija gela, tem počasneje potujejo delci v gelu.
Učenci se poslovijo.
Izpolnjevanje vprašalnikov je potekalo skupinsko v standardnih pogojih ob upoštevanju etičnih standardov raziskovanja. Starši so bili o raziskavi obveščeni in so predhodno podpisali soglasja o sodelovanju njihovega otroka v raziskavi. Raziskava je potekala v skladu z etičnimi načeli pedagoškega raziskovanja.
Podatki, zbrani z vprašalniki in preizkusi znanja, so obdelani s pomočjo programa Microsoft Office Excel in s statističnim programom SPSS za izračun t-testa, enosmerne analize variance – ANOVA, preizkusa Post-Hoc Gammes-Howel in preizkusa Post- Hoc Tukey. Primer: učenci so bili razdeljeni v tri skupine glede na njihovo motiviranost za učenje kemije, katere rezultate smo dobili na podlagi vprašalnika o razlogih za učenje kemije (VRUK). Pri petih postavkah v vprašalniku je bilo mogoče doseči 25 točk. Po izračunu srednje vrednosti (M = 18,7) in standardnega odklona (SD = 3,1) smo učence razdelil na tri skupine. V prvo skupino so bili vključeni učenci z nizko ravnjo avtonomne motivacije (M – SD in manj točk), v drugo skupino učenci s srednjo ravnjo avtonomne motivacije (med M ± SD), v tretjo skupino pa so bili vključeni učenci z
22
visoko ravnjo avtonomne motivacije (M + SD in več točk). Tako so bili učenci razdeljeni glede na raven predznanja, avtonomne motivacije, kontrolirane motivacije, učnih kompetenc in situacijskega interesa.
23
4 REZULTATI
4.1 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO PREDZNANJA V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI
Tabela 6: Pregled splošnih dosežkov učencev na predpreizkusu znanja
Predpreizkus znanja (Priloga 1) Število točk
Možno število točk 30,0
Maksimalno doseženo število točk 30,0
Minimalno doseženo število točk 2,0
Povprečno število doseženih točk (M) 20,1
Standardni odklon (SD) 5,0
Tabela 7: Pregled splošnih dosežkov učencev na preizkusu znanja
Preizkus znanja (Priloga 2) Število točk
Možno število točk 18,0
Maksimalno doseženo število točk 18,0
Minimalno doseženo število točk 3,0
Povprečno število doseženih točk (M) 12,3
Standardni odklon (SD) 3,3
S podatki iz Tabele 6, po izračunu srednje vrednosti (M = 20,1) in standardnega odklona (SD = 5,0), se je učence razdelilo na tri skupine. V prvo skupino so vključeni učenci, ki imajo slabo predznanje in dosegajo do 15 točk na predpreizkusu znanja (N
= 15; M = 10,1; SD = 3,5). V drugo skupino so vključeni učenci s srednje dobrim predznanjem in so na predpreizkusu dosegli med 16 in 24 točk (N = 56; M = 12,3; SD
= 2,9). V tretjo skupino pa spadajo učenci s 25 in več točkami na odpisanem predpreizkusu znanja in imajo dobro predznanje (N = 20; M = 14,1; SD = 2,8).
Preizkus znanja (Priloga 2) je bil sestavljen iz devetih nalog izbirnega tipa z enim pravilnim odgovorom. Pregled splošnih dosežkov učencev na preizkusu znanja prikazuje Tabela 7.
Ob upoštevanju predpostavke o homogenosti varianc (F = 0,668; g1 = 2; g2 = 88; α = 0,515) je enosmerna analiza variance ANOVA pokazala statistično pomembne razlike glede na ravni predznanja učencev v uspešnosti na preizkusu znanja o elektroforezi (F = 7,635; g = 2; α = 0,001). Tukey HSD Post Hoc preizkus je pokazal statistično pomembne razlike med učenci s slabim in dobrim predznanjem (α = 0,001), prav tako je pokazal statistično pomembne razlike med učenci s srednje dobrim in dobrim predznanjem (α = 0,050). Statistično pomembne razlike smo dobili tudi med učenci s srednje dobrim in slabim predznanjem (α = 0,043). S tveganjem, manjšim od 0,1 %,
24
trdimo, da bi tudi v osnovni množici učenci z dobrim predznanjem dosegali boljše rezultate na preizkusu znanja iz elektroforeze (M = 14,1) kot pa učenci s srednje dobrim (M = 12,3) in slabim predznanjem (M = 10,1).
4.2 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO PREDZNANJA V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI
Učence se je glede na izračun srednje vrednosti in standardnega odklona s podatki iz Tabele 6 razdelilo v tri skupine. V prvo skupino so vključeni učenci, ki imajo slabo predznanje in dosegajo do 15 točk na predpreizkusu znanja (N = 12; M = 9,6; SD = 3,4). V drugo skupino so vključeni učenci s srednje dobrim predznanjem in so na predpreizkusu dosegli med 16 in 24 točk (N = 56; M = 12,0; SD = 2,7). V tretjo skupino pa spadajo učenci s 25 in več točkami na odpisanem predpreizkusu znanja in imajo dobro predznanje (N = 24; M = 14,6; SD = 1,9).
Pozni preizkus znanja je bil identični kot preizkus znanja (Priloga 2). Splošne dosežke učencev na poznem preizkusu znanja prikazuje Tabela 8.
Tabela 8: Pregled splošnih dosežkov učencev na poznem preizkusu znanja Preizkus znanja (Priloga 2) Število točk
Možno število točk 18,0
Maksimalno doseženo število točk 17,0
Minimalno doseženo število točk 4,0
Povprečno število doseženih točk (M) 12,3
Standardni odklon (SD) 2,9
Ob upoštevanju predpostavke o homogenosti varianc (F = 1,982; g1 = 2; g2 = 89; α = 0,144) je enosmerna analiza variance ANOVA pokazala statistično pomembne razlike glede na ravni predznanja učencev v uspešnosti na poznem preizkusu znanja iz elektroforeze (F = 16,184; g = 2; α = 0,000). Tukey HSD Post Hoc preizkus je pokazal statistično pomembne razlike med učenci s slabim in dobrim predznanjem (α = 0,000), prav tako je pokazal statistično pomembne razlike med učenci s srednje dobrim in dobrim predznanjem (α = 0,000). Rezultati so pokazali tudi med učenci s srednje dobrim in slabim predznanjem statistično pomembne razlike (α = 0,010). Iz tega se lahko sklepa, da bi tudi v osnovni množici učenci z dobrim predznanjem dosegali boljše rezultate na poznem preizkusu znanja o elektroforezi (M = 14,6) kot pa učenci s srednje dobrim (M = 12,0) in slabim predznanjem (M = 9,6).
25
4.3 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO AVTONOMNE MOTIVACIJE V UČNIH DOSEŽKIH O ELEKTROFOREZI
Učenci z bolj avtonomno motivacijsko naravnanostjo so učno bolj samozavestni in kažejo interes za učenje in znanje, ki jim pomenita pomembno vrednoto v življenju.
Učenci so bili razdeljeni v tri skupine glede na njihovo motiviranost za učenje kemije, katere rezultate smo dobili na podlagi vprašalnika o razlogih za učenje kemije (VRUK).
Pri petih postavkah v vprašalniku je bilo mogoče doseči 25 točk. Po izračunu srednje vrednosti (M = 18,7) in standardnega odklona (SD = 3,1) se je učence razdelilo na tri skupine. V prvo skupino so vključeni učenci, ki imajo nizko raven avtonomne motivacije in dosegajo do 15 točk (N = 16; M = 12,0; SD = 3,2). V drugo skupino so vključeni učenci s srednjo ravnijo avtonomne motivacije in so dosegli med 16 in 20 točk (N = 54;
M = 12,0; SD = 3,5). V tretjo skupino pa spadajo učenci z 21 in več točkami in imajo visoko raven avtonomne motivacije (N = 24; M = 13,0; SD = 2,9).
Podatki splošnih dosežkov učencev na preizkusu znanja o elektroforezi so prikazani v Tabeli 7.
Tabela 9: Pregled splošnih dosežkov učencev pri izpolnjevanju petih postavk na vprašalniku o razlogih za učenje kemije VRUK o avtonomni motivaciji
Število točk
Možno število točk 25,0
Maksimalno doseženo število točk 25,0
Minimalno doseženo število točk 11,0
Povprečno število doseženih točk (M) 18,7
Standardni odklon (SD) 3,1
Ob upoštevanju predpostavke o homogenosti varianc (F = 0,799; g1 = 2; g2 = 91; α = 0,453) enosmerna analiza variance ANOVA ni pokazala statistično pomembnih razlik glede na ravni avtonomne motivacije učencev za učenje kemije v uspešnosti na preizkusu znanja o elektroforezi (F = 0,900; g = 2; α = 0,410).
4.4 RAZLIKE MED UČENCI Z RAZLIČNO RAVNJO AVTONOMNE MOTIVACIJE V TRAJNOSTI ZNANJA O ELEKTROFOREZI
Učenci so bili glede na raven avtonomne motivacije razdeljeni v tri enake skupine kot v poglavju 4.3 s pomočjo podatkov iz Tabele 9.
Podatki splošnih dosežkov učencev na poznem preizkusu znanja o elektroforezi so prikazani v Tabeli 8.
Ob upoštevanju predpostavke o homogenosti varianc (F = 1,329; g1 = 2; g2 = 94; α = 0,270) enosmerna analiza variance ANOVA ni pokazala statistično pomembnih razlik
