IZVEDBA IN EVALVACIJA EKSPERIMENTA ZA PONAZORITEV FOTOSINTEZE PRI IZBIRNEM PREDMETU ORGANIZMI V NARAVI IN UMETNEM

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA Poučevanje – Predmetno poučevanje

Biologija in gospodinjstvo

Sendi Selič

IZVEDBA IN EVALVACIJA EKSPERIMENTA ZA PONAZORITEV FOTOSINTEZE PRI IZBIRNEM PREDMETU ORGANIZMI V NARAVI IN UMETNEM

OKOLJU

Magistrsko delo

(2)

(3)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA Poučevanje – Predmetno poučevanje

Biologija in gospodinjstvo

Sendi Selič

IZVEDBA IN EVALVACIJA EKSPERIMENTA ZA PONAZORITEV FOTOSINTEZE PRI IZBIRNEM PREDMETU ORGANIZMI V NARAVI IN UMETNEM

OKOLJU

Magistrsko delo

Mentor: izr. prof. Gregor Torkar

(4)

(5)

»If I stopped now,

After coming all this way – well, They'd call me

An idiot!«

Leo Tolstoy

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. Gregorju Torkarju, za vso podporo, spodbudo, nasvete in pomoč pri pisanju magistrske naloge.

Zahvala gre tudi kolegici in prijateljici Tei Žmavčič, ki mi je pomagal pri dokumentiranju empiričnega dela ter z nesebično pomočjo z menoj prikrmarila do cilja.

Posebna zahvala gre staršema, Stanetu in Jožici ker sta verjela vame, me spodbujala in mi stala ob strani.

(6)

(7)

IZJAVA

Podpisana Sendi Selič, rojena 9. 5. 1992, študentka Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani, smer Predmetno poučevanje, izjavljam, da je magistrsko delo z naslovom Izvedba in evalvacija eksperimenta za ponazoritev fotosinteze pri izbirnem predmetu Organizmi v naravi in umetnem okolju pri mentorju izr. prof. dr. Gregorju Torkarju avtorsko delo.

Uporabljeni viri in literatura so konkretno navedeni, teksti niso prepisani brez navedbe avtorjev.

_____________________________________

Ljubljana, september 2020

(8)

(9)

POVZETEK

Učenje in poučevanje procesa fotosinteze je zaradi svoje kompleksnosti ena najzahtevnejših naravoslovnih tem. Pogosto se težave pojavijo v celostnem razumevanju procesa fotosinteze, predvsem zaradi napačnih pojmovanj in napačnega poenostavljanja. Razumevanje procesa fotosinteze je lahko za učence težavno, saj si težko predstavljajo, kako sam proces poteka, saj ga fizično ne morejo videti. Z magistrskim delom smo želeli učencem približati proces fotosinteze na zanimiv, inovativen ter razumljiv način. S pomočjo eksperimenta smo jim hoteli predstaviti proces fotosinteze, eksperimentalno delo, raziskovalno mišljenje ter kaj se v procesu fotosinteze dogaja z rastlino oziroma koncentracijami plinov, ki se sproščajo in porabljajo pri samem procesu. Pri učencih smo želeli spodbuditi zanimanje za eksperimentalno delo in spodbuditi njihovo raziskovalno mišljenje. S skupino sedmošolcev smo pri izbirnem predmetu Organizmi v naravnem in umetnem okolju skupaj izvedli zastavljeni eksperiment. Z izvedbo tega eksperimenta v šoli smo želeli spodbuditi aktivno sodelovanje pri pouku naravoslovja in biologije ter predstaviti vlogo in prednosti raziskovalnega dela za učenčevo razumevanje zahtevnih učnih vsebin.

Da bi učenci razvijali eksperimentalne in raziskovalne spretnosti, jih je potrebno aktivno vključiti v eksperimentiranje in raziskovanje ter ne samo v opazovanje učiteljeve demonstracije (Program osnovna šola. Biologija. Učni načrt, 2011).

Ugotovili smo, da so učenci s pomočjo eksperimenta razumeli proces fotosinteze ter razvijali svoje raziskovalne spretnosti. Prav tako pa se je zaradi takšne oblike dela dvignil njihov interes za naravoslovno raziskovanje.

Ključne besede: fotosinteza, eksperimentalno delo, raziskovalno mišljenje, koncentracija O₂, koncentracija CO2

(10)

(11)

ABSTRACT

The learning and teaching of the photosynthesis process is one of the most challenging scientific topics, especially because of its complexity. Often problems arise in a holistic understanding of the photosynthesis process, mainly due to misconceptions and false simplifications. Understanding the photosynthesis process can be difficult for students, as it is difficult to imagine how the process itself works, as they cannot see it physically. With the master thesis we wanted to introduce the students to the process of photosynthesis in an interesting, inovative and understandable way. With the help of the experiment we wanted to introduce the students to the process of photosynthesis, the experimental work, the scientific thinking and what happens during the process of photosynthesis with the plant or the concentrations of the gasses released and consumed during it. We wanted to arouse the students' interest in experimental work and encourage their research thinking. Together with a group of seventh graders we will carry out the given experiment in the elective subject Organisms in the natural and artificial environment. By conducting this experiment at school, we wanted to encourage active participation in science and biology lessons and to demonstrate the role and benefits of research work in students' understanding of challenging learning content.

In order for students to develop experimental and research skills, they need to be actively involved in experimentation and research and not just observe the teacher's demonstration (Elementary School Program. Biology. Curriculum, 2011).

We found that the students understood the process of photosynthesis through an experiment and developed their scientific skills. Through this form of work their interest in science has also increased.

Key words: photosynthesis, experimental work, research thinking, O2 concentration, CO2 concentrati

(12)

(13)

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ... 1

2 TEORETIČNA IZHODIŠČA ... 2

2.1 FOTOSINTEZA ... 2

2.1.1 Svetlobna faza ... 3

2.1.2 Temotna faza ... 3

2.2 UČENJE IN POUČEVANJE ... 4

2.2.1 Učenje ... 4

2.3 KONSTRUKTIVIZEM ... 4

2.3.1 Jean Piaget in konstruktivizem ... 5

2.3.2 Tehnika kliničnega intervjuja ... 5

2.3.3 Koncept znanja... 6

2.3.4 Dejavniki razvoja ... 6

2.3.5 Stopnje logičnega razmišljanja po Piagetu ... 6

2.3.6 Mišljenje po Piagetu ... 8

2.3.7 Asimilacija in akomodacija... 8

2.4 AKTIVNO UČENJE IN POUČEVANJE ... 8

2.4.1 Učenje novih pojmov ... 9

2.4.2 Konstruktivistični pristop k pouku naravoslovja ... 9

2.5 METODE POUČEVANJA V NARAVOSLOVJU ... 10

2.5.1 Laboratorijsko-eksperimentalna metoda ... 12

2.6 FOTOSINTEZA V UČNIH NAČRTIH ZA OSNOVNO ŠOLO ... 12

2.7 RAZUMEVANJE PROCESA FOTOSINTEZE PRI UČENCIH ... 13

3 EMPIRIČNI DEL ... 15

3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA ... 15

3.2 CILJI RAZISKAVE IN RAZISKOVALNA VPRAŠANJA ... 15

3.2.1 Raziskovalna vprašanja ... 16

3.3 METODA IN RAZISKOVALNI PRISTOP ... 16

3.4 POTEK EKSPERIMENTA ... 16

3.5 PREISKOVANCI ... 18

3.6 OPIS POSTOPKA ZBIRANJA PODATKOV ... 18

3.6.1 Intervju ... 18

3.7 POSTOPKI OBDELAVE PODATKOV ... 19

4 REZULTATI Z INTERPRETACIJO ... 20

(14)

(15)

KAZALO SLIK

Slika 1: Prikaz procesa fotosinteze ... 2

Slika 2: Faze konstruktivističnega modela. ... 10

Slika 3: Notranjost komore ... 17

Slika 4: Zunanjost komore z merilniki ... 17

Slika 5: Uporabljeni merilniki v eksperimentu, zunanjost komore ... 18

Slika 6: Priprava eksperimenta ... 20

Slika 7: Skica komore ... 23

Slika 8: Sprememba barve silikagela v komori ... 27

Slika 9: Koncentracija kisika v komori ... 28

Slika 10: Notranjost komore (rastlina-bazilika, ventilator, silikagel) ... 29

Slika 11: Koncentracija ogljikovega dioksida in osvetljenost v komori ... 31

Slika 12: Temperatura in relativna zračna vlažnost v komori ... 32

(16)

(17)

1 UVOD

»Vse zelene rastline so kot velike tovarne hrane, ki jim energijo za življenje daje sončna svetloba. Zeleni listi rastlin imajo v svojih celicah majhne zelene kloroplaste. Ko jih osvetlimo, se v njih začne tvoriti hrana.« (Devetak, Kovič in Torkar, 2013, str. 36)

Fotosinteza je ključen proces pri naravoslovju, ki se ga učenci naučijo. Rastlina, ki je fotosintetsko aktivna, s pomočjo svetlobe izdeluje hrano. Plin ogljikov dioksid in vodo spreminja v sladkor in oddaja kisik.

Učenci se s spoznavanjem okolja in vsega živega srečajo v osnovni šoli zelo zgodaj. Svoje znanje nadgrajujejo pri naravoslovnih predmetih vse do zaključka osnovne šole in tudi kasneje. S pojmom fotosinteza se učenci najpodrobneje srečajo v šestem razredu pri predmetu Naravoslovje (Štrukelj, 2011a).

Pri pouku naravoslovja ima učitelj možnost klasični frontalni pouk nadomestiti in dopolniti s praktičnim delom. Z uporabo aktivnih metod poučevanja, ki so skladne s konstruktivističnim načinom poučevanja, lahko pri učencih doseže aktivacijo mentalnih procesov, ki so pomembni za učenje. Cilji v naravoslovju so opredeljeni tako, da težijo k razvijanju veščin, ki jih učenec uporablja v teoriji in pri praktičnem pouku. Med osnovne cilje štejemo tudi splošno poznavanje naravoslovnih pojmov in konceptov.

Fotosinteza je kot proces za učence lahko težje razumljiva zaradi svoje kompleksnosti in povezovanja z drugimi vsebinami, kot na primer s celičnim dihanjem ter evapotranspiracijo.

Samega procesa fotosinteze ne vidijo, kar učencem predstavlja dodatno težavo pri razumevanju. Učenci si za lažje razumevanje zato oblikujejo lažje alternativne ali napačne predstave. Napačne predstave (»alternativne zasnove«, »alternativni okviri« itd.) so ključno vprašanje konstruktivizma v naravoslovnem izobraževanju in glavno teoretično izhodišče naravoslovnega poučevanja (Skribe Dimec in Strgar, 2017).

V okviru magistrskega dela smo zasnovali eksperiment, ki bi učencem približal proces fotosinteze, in ga izvedli pri izbirnem predmetu Organizmi v naravi in v umetnem okolju.

Namen poskusa je bil spodbujanje raziskovalnega mišljenja in vpeljati eksperiment na temo fotosinteze v praksi.

(18)

Selič, S. Izvedba in evalvacija eksperimenta za ponazoritev fotosinteze pri izbirnem predmetu Organizmi v naravi in umetnem okolju, Mag. delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, 2020.

2

2 TEORETIČNA IZHODIŠČA

2.1 FOTOSINTEZA

Proces fotosinteze je eden od osnovnih procesov, ki omogočajo življenje na Zemlji. Zelene rastline si hrano izdelajo same, so fotoavtotrofni organizmi. Zeleni listi na svetlobi izdelujejo sladkor (glukozo) v procesu fotosinteze. Sladkor rastline izdelajo iz vode in ogljikovega dioksida, ki ju dobijo iz okolice. Med fotosintezo se svetlobna energija, ki na Zemljo pride s Sonca, pretvori v energijo, ki je vezana v sladkorju (Bačič, Vilfan, Strgulc Krajšek, Dolenc Koce in Krajšek, 2011). Svetloba je vir energije za proces fotosinteze. S povečanjem jakosti svetlobe se intenzivnost reakcij fotosinteze povečuje vse do zasičenja in se kljub povečanju sevanja ustali (Tome, 2006). Dejavnost fotosintetskega aparata se ob zvišanju koncentracije CO2 prav tako poveča. Zvišanje koncentracije CO2, ob podpori encimov, vpliva na listne reže ter na hitrost poteka fotosinteze (Kosobryukhov, 2009).

Slika 1: Prikaz procesa fotosinteze (prirejeno po Vanstone, 2020)

Reakcije v fotosintezi potekajo v dveh fazah, in sicer v svetlobni fazi in temotni fazi. V svetlobni fazi poteka proces zajemanja svetlobe in njena pretvorba v kemijsko energijo, pri tem pa sodelujeta NADPH in ATP. V temotni fazi se NADPH in ATP uporabita za pogon anabolnih procesov, kot je sinteza heksoz iz CO₂ v Calvinovem ciklu. V temotni fazi se produkta svetlobne faze, torej ATP in NADPH, porabljata za biosintezo in druge celične

(19)

procese, ki energijo porabljajo. V tej fazi se s pomočjo ATP in NADPH ogljik iz CO₂ porablja za sintezo ogljikovih hidratov. Reakcije v temotni fazi so del Calvinovega cikla.

2.1.1 Svetlobna faza

V elektronski transportni verigi sodeluje svetloba. Fotoni ustrezne valovne dolžine zvišajo energetski potencial makromolekulskih kompleksov. S tem se sproščajo elektroni, ki sodelujejo v elektronski transportni verigi. V svetlobnih reakcijah fotosinteze se tako svetlobna energija prevaja v energijo kemijskih vezi. Elektroni potujejo od vira (donorja), ki je v tem primeru voda (H2O), k sprejemniku (akceptorju) (NADP⁺). Potovanje elektronov od vira k sprejemniku je termodinamično neugoden proces, zato je potrebna svetlobna energija.

V sklopu svetlobne faze sodelujeta fotosistema I in II. Fotosistema I in II sestavljajo klorofili in pomožni pigmenti. Fotosistema delujeta kot primarna sprejemnika, kjer se zbira svetlobna energija. Fotosistem I je sestavljen iz klorofila a, pomožnih pigmentov in prenašalcev elektronov. Njegov absorbcijski spekter je med 600 in 700 nm. Fotosistem II je sestavljen iz klorofila a in b, pomožnih pigmentov in prenašalcev elektronov. Absorbcijski spekter fotistema II je pri 680 nm. Vloga fotosistema II je oksidacija vode oziroma fotoliza vode, medtem ko je vloga fotosistema I redukcija NADP⁺. Elektronski transport s fotosistema II na fotosistem I vodi protonski gradient iz strome v lumen tilakoid. Produkt te reakcije je sinteza ATP, ki jo poganja svetloba, fotofosforilacija. Elektronska pot od fotosistema II do fotosistema I oziroma do NADP⁺ se imenuje linearni transport elektronov; ta transport elektronov pa je lahko tudi cikličen. Cikličen transport opravijo elektroni iz fotosistema I, v tej reakciji pa sodeluje kompleks citokrom b6f, ki vrača elektrone v fotosistem I. Ob tem nastaja protonski gradient, ne pa tudi redukcijska moč (Vodnik, 2012).

2.1.2 Temotna faza

Poseben pomen zelenih rastlin je vgradnja CO2 v organske molekule. To poteka v temotni fazi fotosinteze. V temotni fazi se s pomočjo ATP in NADPH, ki sta produkta svetlobne faze, ogljik iz CO₂porabi za sintezo ogljikovih hidratov. Vgradnja poteka v stromi kloroplasta.

Ogljikov dioksid se transportira z difuzijo po apopolastu in simplastu. V stromi kloroplasta so prisotni encimi, ki reakcije Calvinovega cikla regulirajo in usmerjajo. Calvinov cikel poteka v treh fazah: faza karboksilacije, faza redukcije in faza regeneracije. V fazi karboksilacije se ogljikov dioksid veže na ribulozo-1,5-bifosfat, reakcijo pa katalizira encim Rubisco (ribuloza- 1,5-bifosfat karboksilaza). Kot produkt te reakcije nastaneta dve molekuli 3-fosfoglicerata. V naslednji fazi, torej v fazi redukcije, se v prej nastali molekuli 3-fosfoglicerata reducirata do

(20)

4 2.2 UČENJE IN POUČEVANJE

Poučevanje in učenje, kot ga poznamo, se spreminja in modernizira. Še vedno izhaja iz temeljev učitelj-učenec, vendar tehnologija in moderni pristopi ponujajo nove priložnosti.

Sodobno družbo zaznamujejo hitre spremembe na vseh področjih in lažje dostopanje do podatkov, kar vpliva na drugačne izkušnje in znanje otrok, ki vstopajo v osnovne šole (Marentič Požarnik, 2008). Premikanje meja v znanosti in tehnologiji pa spodbuja k želji po novem znanju.

2.2.1 Učenje

Uradna definicija učenja po UNESCO/ISCED (Kaj je učenje?, b.d.) pravi, da je učenje vsaka sprememba v vedenju, informiranosti, znanju, razumevanju, stališčih, spretnostih ali zmožnostih, ki je trajna in ki je ne moremo pripisati fizični rasti ali razvoju podedovanih vedenjskih vzorcev. Učenje je vseživljenjski proces.

Tehnološki napredek in globalizacija sta pripomogla k hitrejšemu pridobivanju informacij.

Formalno učenje nam ne zadošča več za celo življenje, zato je pomembno tudi izobraževanje v odraslem obdobju, bodisi formalno ali neformalno. Izobraževanje omogoča boljšo informiranost, spodbuja kreativnost in inovativnost, učinkovitost na delovnem mestu ter zaposljivost (Iztočnice za Parado učenja, b.d.).

V zadnjem stoletju so se mnogi psihologi ukvarjali z bistvom učenja, katere so osnovne oblike učenja, kaj se učimo, kateri so pomembni pogoji učenja in kako do učenja sploh pride.

Oblikovale so se različni teorije (Marentič Požarnik, 2012):

 asociativistične teorije,

 (neo)behavioristične teorije,

 gestalistične teorije,

 kognitivno-konstruktivistične teorije,

 humanistične in

 kibernetično-informacijske teorije učenja.

V naravoslovnih vedah se je kot najprimernejša izkazala konstruktivistična teorija, saj pri učenju poudarja notranje, mentalne procese. V nadaljevanju bo podrobno opisan in prikazan konstruktivistični pristop k učenju in poučevanju. Odnos med poučevanjem in učenjem je tesno povezan, vendar obstajajo temeljne razlike. Učenje definira interakcija med udeleženci pouka (učenci), medtem ko je učenje izrazito subjektivna »intraaktivnost« učečega subjekta (učenca) (Strmčnik, 2001).

2.3 KONSTRUKTIVIZEM

Glavna ideja delovanja konstruktivizma je iskanje odgovorov na vprašanja, kako ljudje spoznavamo svet in kako prihajamo do znanja, njegove narave ter čemu služi (Marentič

(21)

Požarnik, 2008). Na področju učenja sta pri oblikovanju konstruktivistične teorije pomembna psihologa Lev M. Vigotski in Jean Piaget, ki sta konstruktivizem širila in razvijala.

Razlaga učenja, spoznavnih procesov in razvoja mišljenja Vigotskega se v veliko točkah ujema s Piagetovo razlago učenja, vendar se med njima kažejo razlike, ki se nanašajo na vlogo jezika pri razvoju mišljenja (Marentič Požarnik in Plut Pregelj, 2009). Piagetova ideja konstruktivizma je bila utemeljena z načeli asimilacije, akomodacije in uravnoteženja, s pomočjo katerih nastajajo logične strukture, ki si v razvoju stopenjsko sledijo (Krnel, 1993).

Vigotski je trdil, da razvoja posameznika ne moremo razumeti brez jezika, če ta ni socialno umeščen (Marentič Požarnik in Plut Pregelj, 2009).

Konstruktivistična teorija zagovarja lastno miselno aktivnost, ki pripomore k temu, da si vsak zgradi znanje s pomočjo lastne aktivnosti. Na to znanje vplivajo že obstoječa pravilna, pomanjkljiva ali napačna pojmovanja o svetu in naravnih pojavih. Vsakdo, ki se uči, ustvarja svoje znanje v procesu povezovanja znanja z novimi izkušnjami (Marentič Požarnik, 2012).

Ideja konstruktivizma je, da ljudje sami določamo svoje védenje, ki nastaja v procesu naših lastnih konstrukcij pojmov in razlag pojavov. Le-ti delujejo kot posledica interakcij s fizičnim in socialnim okoljem (Krnel, 1993).

2.3.1 Jean Piaget in konstruktivizem

Piageta uvrščamo med psihologe konstruktiviste, ki je poudarjal predvsem posameznikovo interakcijo z okoljem (Plut Pregelj, 2004). Jean Piaget je bil švicarski biolog, ki je združeval spoznanja biologije in logike ter epistemološka znanja. Zanimanje za družboslovje in filozofijo ga je pripeljalo do vprašanj o pomenu biologije in pri reševanju epistemoloških problemov. Na podlagi biološkega znanja je želel razložiti probleme spoznavanja in težave kognitivnih procesov (Labinowicz, 1989). Piaget je s svojim razmišljanjem in vživljanjem v mišljenje otrok naredil korak naprej k spoznavanju otroka. Ker so se med odraslimi ter otroci pojavljale razlike v dojemanju in pojmovanju sveta, se je odločil pojasniti ta pojav. Delovanje naših možganov je precej zapleteno, zato je lahko le na podlagi otrokovega delovanja sklepal o njegovem mišljenju. Razlike v odgovorih otrok je tako smiselno povezal s procesi mišljenja, kar se je razvilo v obširno teorijo o razvoju mišljenja (Marentič Požarnik, 2012). Njegova teorija se je izkazala kot kvalitetna, saj se je v mnogih primerih obdržala kot najbolj učinkovita pri pojasnjevanju znanstvenih problemov (Labinowicz, 1989). V svojem življenju je objavil veliko publikacij in znanstvenih raziskav s področja psihologije in epistemologije.

Njegova teorija pa je spodbudila tudi ostale strokovnjake k bodočim raziskavam (Marentič

(22)

6

številom udeležencev (Labinowicz, 2010). Intervju je prilagojen posamezniku in njegovemu miselnemu procesu. Vsak odgovor in dejanje sta za spraševalca spodbuda za nadaljnja vprašanja in sledenju intuiciji. Pogosto so ta vprašanja prilagojena otrokom, njihovi starosti, hkrati pa se upoštevajo tako pravilni kot tudi napačni odgovori (Batistič Zorec, 2000).

2.3.3 Koncept znanja

Piaget ni verjel v klasično zbiranje in kopičenje znanja, ki ga pridobimo z izkušnjami in poukom, ampak v interakcijo mentalne ali fizične akcije pridobivanja informacij. Prav tako je zavračal dejstvo, da je znanje reprezentacija tega, kar smo se naučili in izkusili (Batistič Zorec, 2000). Piaget je trdil, da znanje z zrelostjo in izkušnjami raste. Verjel je v aktivni spomin, ki obstoječe izkušnje sproti rekonstruira. Po njegovem mnenju otrok v razvoju aktivno gradi oziroma konstruira svoje znanje (Labinowicz, 1989).

2.3.4 Dejavniki razvoja

Piaget pravi, da se procesi mišljenja spreminjajo od rojstva do zrelosti, ker želimo osmisliti svet okoli nas. Govori o štirih dejavnikih razvoja, ki se med seboj povezujejo in vplivajo na razvoj mišljenja (Batistič Zorec, 2000):

1. Dednost, notranja zrelost (dozorevanje): ključno vlogo pri razvoju ima interakcija med dednostjo in okoljem.

2. Izkušnje: usvajanje novih spoznanj z delovanjem na predmete; prisotne so fizične in logično-matematične izkušnje.

3. Socialna transmisija: prenos znanja iz socialnega okolja na širša področja. Uspeh prenosa je odvisen od zrelosti in izkušenj posameznika. Velik pomen se daje govoru.

4. Uravnoteženje oziroma ekvilibrum: ima glavno usklajevalno vlogo in uravnava zgornje tri dejavnike ter predstavlja interakcijo med otrokovim mišljenjem in okolico.

Cilj je vzpostaviti ravnotežje med miselnim procesom in okoljem.

2.3.5 Stopnje logičnega razmišljanja po Piagetu

Piagetovo opazovanje otrokove inteligentnosti že v prvih mesecih njegovega življenja je bilo ključno za njegovo razvojno teorijo (Labinowicz, 1989). Pravi, da se mišljenje razvija po stopnjah, ki se med seboj kvalitativno razlikujejo. Intenzivno je opazoval in preučeval zgodnje vedenjske vzorce, kar je spodbudilo preučevanje miselne aktivnosti (Horvat in Magajna, 1987).

Na podlagi vzorcev odgovorov, ki so jih podali otroci različne starosti v različnih situacijah, je oblikoval stopnje otrokovega mišljenja (Labinowicz, 1989).

Pripravljalni stopnji po Piagetu:

1. Senzomotorična stopnja, od rojstva do 2. leta starosti, obdobje sprejemanja in predelave zaznavnih vtisov, usklajevanje fizičnih aktivnosti. Gre za predverbalno in predpredstavno stopnjo. Otrok postopoma ugotovi, da so predmeti stalni, čeprav

(23)

izginejo iz njegovega vidnega polja. Probleme, s katerimi se srečuje, rešuje na način praktičnega poskušanja, mišljenje je še neverbalno, govor se šele razvija.

2. Stopnja predoperativnega mišljenja, od 2. do 7. leta, zajema obdobje predstavnega in predlogičnega mišljenja. Otrok ima sposobnost predstavljanja dejavnosti preko misli in jezika. To je predlogična stopnja. V tem obdobju se otroku že razvijejo predstave, notranje predstavljanje se kaže kot posnemanje, v simbolični igri, domišljiji in jeziku. V tem obdobju se hitro razvije govor, kar mu pomaga pri reševanju problemov, ni pa še sposoben miselnega preobrata, ireverzibilnosti (primer pretakanja tekočine, volumen tekočine v ožjem in širšem kozarcu). V mišljenju še ne more obdržati spremembe dveh dimenzij hkrati - širine in višine kozarca. Prevladuje še pretežno egocentrično mišljenje, saj gleda in presoja z lastnega stališča, ne more se postaviti v drugo osebo.

Stopnji logičnega razmišljanja po Piagetu (Marentič Požarnik, 2012):

3. Stopnja konkretnih operacij ali konkretno logičnega mišljenja, med 7. in 12.

letom. Gre za logično mišljenje, ki je omejeno na fizično realnost. Omogočena je operacija reverzibilnosti, sposobnosti obrnitve neke dejavnosti in posledično so naloge v povezavi s prelivanjem tekočine, razvrščanjem kroglic pravilno rešene. V mislih je sposoben obdržati dve ali več značilnosti hkrati, s tem v povezavi pa raste tudi sposobnost konzervacije (ohranitve mase, prostornine, števila). Na tej stopnji razume matematične in naravoslovne pojme ter zakonitosti. V tem obdobju so pojmi še konkretni, mišljenje pa je vezano na konkretne predmete in pojave, ki jih zaznava ali si pridobi izkušnje na podlagi žive predstave s predhodnimi izkušnjami.

4. Stopnja formalnih operacij ali obdobje abstraktno logičnega razmišljanja se začne po 12. letu. Mišljenje ni več vezano le na predmete in konkretne izkušnje, ampak mladostnik lahko razmišlja o povezavi med besedami in simboli. Razvije se zmožnost hipotetičnega razmišljanja in sklepanja na osnovi logike. Najprej se ta zmožnost pokaže na naravoslovnem področju in kasneje tudi na družbenem. To se kaže na vse boljšem razumevanju filozofskih, etičnih in drugih abstraktnih pojmih in zakonitostih. Kaže se sposobnost mišljenja o svojem lastnem mišljenju (metakognicija). Na podlagi osnovne definicije pridobiva nove pojme po deduktivni poti in ne več le na osnovi primera.

Stopnje med seboj niso nepovezane, ne pojavljajo se naenkrat, ampak se v kontinuiranem razvoju prekrivajo. Vsi otroci morajo iti skozi konkretno operacionalno stopnjo, da lahko

(24)

8

(ekvilibracijo), nove izkušnje vključi v obstoječe vzorce (asimilacija) ali pa spremeni v celoti svojo strukturo (akomodacija) (Marentič Požarnik, 2012).

2.3.6 Mišljenje po Piagetu

Piaget meni, da je intelektualni razvoj proces preoblikovanja spoznanj, ki se začne s strukturo ali načinom mišljenja, ki je primeren za neko stopnjo in je vezana na miselni razvoj. Na način mišljenja vplivajo razni dejavniki, ki lahko povzročijo konflikt. Posameznik tako s svojo lastno miselno aktivnostjo razreši konflikt in uravnovesi motnje. Ključno je končno stanje, torej stanje ravnotežja, ki omogoča novo stanje in zadovoljstvo (Horvat in Magajna, 1987).

Piaget za razlago razvoja miselnih struktur uporablja miselne organizacije, adaptacije in uravnoteženje oziroma ekvilibrum (Batistič Zorec, 2000).

2.3.7 Asimilacija in akomodacija

Otrok si izgradi nov pojem na podlagi podobnosti. Z opazovanjem si pridobi sposobnost organiziranja miselne kategorije, ki jo lahko prikliče in uporabi, ko jo potrebuje. Ko določena kategorija ni več uporabna, otrok na podlagi opaženih razlik lahko ustvari novo. Razni dejavniki vplivajo na mišljenje in povzročajo konflikte ter neravnovesje. Posameznik lahko razreši ta konflikt oziroma neravnovesje z lastno intelektualno aktivnostjo in pride do stanja, ki je uravnoteženo, do novega načina mišljenja in strukturiranja stvari, ki omogoča novo razumevanje in zadovoljstvo. Proces asimilacije in akomodacije delujeta sočasno in tako otroku omogočata doseganje višjih nivojev ekvilibruma (Labinowicz, 1989).

 Asimilacija je proces, v katerem zaznave novih izkušenj povežemo v obstoječe okvirje in se upiramo spremembi do mere, da svoje zaznave prilagajamo obstoječim okvirjem.

Če bi prevladal proces asimilacije, bi imeli v razumu le nekaj velikih in stabilnih kategorij za prihajajoče informacije, po katerih bi s težavo brskali in razlikovali med informacijami. Asimilacija lahko povzroči odpor do sprememb in upočasnjen otrokov intelektualni razvoj zaradi povezovanja novih informacij v že obstoječe strukture.

Proces asimilacije je uspešnejši, ko se otrok sooči z delno znanim okoljem, ki mu daje dovolj časa, da združi v sebi že prejšnje strukture.

 Akomodacija je proces, pri katerem zaradi novega vnosa informacij, ki zahteva spremembe, spremenimo in bogatimo že obstoječe okvirje znanja. Ob prevladi akomodacije bi se močno povečalo število kategorij vnesenih informacij, težava pa bi nastopila pri posploševanju. Akomodacija daje človeškemu razumu spremembo in mu povečuje obseg, ki lahko izzove reorganizacijo obstoječih struktur ali izgradnjo novih.

Tak način nam omogoči sprejem večjega števila informacij.

2.4 AKTIVNO UČENJE IN POUČEVANJE

Aktivno učenje je s svojo aktivacijo učenca pomembno za lastno doživetje in povezavo z resničnim življenjskim okoljem, kar daje trajnejše znanje, ki ga lahko učenec uporabi v novih situacijah (Marentič Požarnik, 2012). Učenje in poučevanje kot kopičenje znanja in zapomnitve spoznanj drugih še vedno prevladuje v šolskem prostoru. Znanje se preko pouka

(25)

prenaša na učence, pogosto je to znanje ločeno od izkušenj učencev ter konkretnih življenjskih situacij. Pouk poteka kot transmisija, torej kot prenašanje spoznanja nekoga drugega na učence, posledice pa se kažejo kot slaba trajnost in uporabnost znanja, nizka motivacija za učenje, v slabih ocenah in odporu do šolanja.

Aktivno učenje učence celostno aktivira. Učenca aktivira miselno in čustveno. Posledično je učenje uspešnejše, saj se učenca spodbuja k samostojnemu razmišljanju in iskanju novih rešitev, idej, k smiselnemu dialogu v skupini ter s postavljanjem in preizkušanjem hipotez (Marentič Požarnik, 2012). B. Marentič Požarnik (2012) pravi, da je učenje uspešnejše, kadar poteka s samostojnim iskanjem in razmišljanjem, dialogom v skupini ter s postavljanjem in preizkušanjem hipotez, kar skupaj daje trajnejše znanje.

2.4.1 Učenje novih pojmov

Konstruktivistična teorija je v pedagogiki izpostavila izraz napačno pojmovanje. Napačne ali alternativne predstave so ključno vprašanje konstruktivizma v naravoslovnem izobraževanju in glavno teoretično izhodišče naravoslovnega poučevanja (Skribe Dimec in Strgar, 2017). Po načelih konstruktivizma se novi pojmi, ki nastanejo z interakcijo okolja, lahko vežejo na že obstoječe strukture, le če je povezava z novim pojmom in obstoječim konstruktom ustrezna.

V interakciji z okoljem poznamo intuitivne pojme, ki nastajajo z osebno razlago izkušenj. V tem procesu pa nastajajo tudi napačni pojmi ali angl. misconceptions, z vstopanjem novih informacij v obstoječo strukturo znanja. V sodobnih družbah, kjer je urejen šolski sistem, je vrstni red nastajanja pojmov kronološki. Najprej nastajajo intuitivni pojmi, kasneje napačni in znanstveni pojmi (Krnel, 1993).

Proces učenja novih pojmov poteka po fazah, ki si sledijo (Kranjc, 2015):

1. Učenec se sooči s problemom, vprašanjem, ki ima izhodišče, ciljem ter rešitvijo, ki pripelje do izhodišča. Element tega koraka je neznanka; pogosto je neznan cilj, lahko tudi pot ali oboje.

2. Učenec začne zbirati namige o prednostih in pomenu teh in drugih pojmov, pripiše jim vrednost. Pojmi lahko izvirajo iz subjektivnih teorij učencev, predznanja in različnih informacij.

3. Učenec se odloči, katera pojmovanja bo uporabil pri reševanju problemov. V procesu asimilacije sprejema izkušnje v svoj obstoječi svet oziroma miselni okvir, ali pa jih na novo formulira oziroma oblikuje, ker nobeno izmed njegovih pojmovanj ni ustrezno.

4. Učenec ustvari novo pojmovanje s pomočjo že obstoječih miselnih vzorcev. Spremeni

(26)

10

1. Faza orientacije: izbor, napoved tematskega sklopa, vsebine, ciljev.

2. Faza elicitacije: iskanje predznanja, da bi lahko načrtovali pouk glede na učenčeve potrebe.

3. Faza rekonstrukcije: izvedba ustreznih aktivnosti, ki jih izvajajo učenci, da bi potrdili, spremenili ali izpopolnili predhodne predstave.

4. Faza aplikacije: dejanska ali hipotetična uporaba na novo pridobljenega znanja v konkretnem okolju.

5. Faza refleksije: pregled sprememb, primerjava končnih in začetnih predstav.

Slika 2: Faze konstruktivističnega modela (Krapše, 1999).

Skamp in Preston (2015) menita, da mora pouk naravoslovja, ki temelji na konstruktivističnem pristopu, vsebovati:

1. predstavitev vsebine in dobro uvodno motivacijo, 2. ugotavljanje učenčevih predstav o obravnavani snovi,

3. premišljeno izbiro strategij, ki posameznemu učencu pomagajo prilagoditi in razviti lastne ideje, in

4. refleksijo lastnih učnih procesov in novo naučenih predstav.

Marentič Požarnik in Plut Pregelj (2009) kot dele konstruktivističnega pristopa navajata:

spoznavanje učenčevih subjektivnih pojmovanj, intuitivnih idej o pojavu in ugotavljanje predznanja, primerjanje njihovih idej z drugimi in iskanje podpore za različne ideje;

oblikovanje ustreznejšega pojmovanja (znanja) o pojavu in preverjanje, ali učenci novo pojmovanje razumejo, so ga vključili v svoje pojmovne sheme (Marentič Požarnik in Plut Pregelj, 2009).

2.5 METODE POUČEVANJA V NARAVOSLOVJU

Učne metode se ne nanašajo le na učitelja oziroma na poučevanje, ampak prav tako na učenca oziroma učenje (Tomić, 1997). Metoda kot beseda izhaja iz grškega jezika in pomeni pot, k nečemu, k cilju. Učne metode so znanstveno in praktično preverjeni načini učinkovite komunikacije med učiteljem in učencem (Ivanuš Grmek in Javornik Krečič, 2011). Zgodnje

(27)

učenje naravoslovja vključuje razvijanje miselnih sposobnosti in naravoslovnih sposobnosti kot razumevanje samega sveta, ki je okoli nas (Krnel, 1993).

Poučevanje se je z razvojem tehnologije in novimi trendi na področju naravoslovja spremenilo. Danes se metoda razlage pogosto nadomešča z aktivnim sodelovanjem učencev v procesu vzgoje in izobraževanja. H kvalitetnemu poučevanju naravoslovja sodijo različne oblike učenja, in sicer skupinsko delo, učenje v dvojicah, projektno delo, problemski pouk, raziskovalno učenje, izkustveno učenje, eksperimentalno in terensko delo (Strmčnik, 2001).

Metode dela, ki jih zahteva učenje naravoslovja, razvijajo sposobnosti in spretnosti učenca.

Delijo se na dve skupini: na sposobnosti, ki so vezane na zbiranje podatkov oziroma opazovanje, in sposobnosti, ki se nanašajo na obdelavo teh zbranih podatkov, z drugimi besedami razvijanje in testiranje zamisli (Krnel, 1993).

O opazovanju govorimo, kadar se osredotočamo na sposobnosti vezave in zbiranja podatkov.

Pomembno je, da si pri opazovanju že vnaprej postavimo namen opazovanja oziroma cilj.

Opazovanje v naravoslovju se razlikuje od slučajnega opazovanja, saj se loči po namenu in vsebini opazovanega. Prav tako opazovanje v naravoslovju vodi odrasla oseba, ki otroku postavlja produktivna in odprta vprašanja.

K opazovanju štejemo naslednje dejavnosti (Krnel, 1993):

1. ugotavljanje enakosti, 2. ugotavljanje raznolikosti, 3. opredelitev spremenljivke, 4. spremljanje spremenljivke, 5. delo z več spremenljivkami.

Razvijanje in testiranje zamisli se nanaša predvsem na obdelavo podatkov. Faze si sledijo po vrsti in v skladu s potekom dela. K razvijanju in testiranju zamisli štejemo naslednje dejavnosti (Krnel, 1993):

1. postavljanje hipotez, 2. načrtovanje poskusa, 3. napoved izida poskusa, 4. razlago rezultatov,

5. posploševanje, iskanje zakonitosti, 6. sporočanje.

(28)

12 2.5.1 Laboratorijsko-eksperimentalna metoda

Ta metoda dela omogoča, da je učenec intenzivno miselno, ustvarjalno in čustveno vključen v proces dela. Laboratorijsko–eksperimentalna metoda je uporabna pri naravoslovnih predmetih, kjer je potrebno izvajanje laboratorijskih vaj in eksperimentalnega dela. Za izvajanje te metode sta potrebna delovni prostor in aktivnost otrok (Tomić, 1997).

Laboratorijsko delo omogoča učitelju stopnjo visoke individualizacije in prispeva k boljšemu razumevanju snovi. Pri pouku eksperiment služi kot vizualizacijsko sredstvo, ki pripomore k boljšem razumevanju abstraktnih oziroma težje razumljivih pojmov (Šorgo, 2004). Prav tako pri učencih spodbuja radovednost in služi kot sredstvo za motivacijo (Strmčnik, 2001).

Abstraktni pojmi se obravnavajo na teoretičnem nivoju, eksperimentalno delo pa je le nadgradnja za njihovo boljše razumevanje (Šorgo, 2004). Redkokatera učna metoda poleg eksperimentalnega dela omogoča izvedbo tolikšnih ciljev in s tem razvijanje znanj. S tem načinom dela so učenci kinestetično veliko aktivnejši kot pri samem opazovanju (Strmčnik, 2001). Zato splošne cilje, zapisane v učnih načrtih za Naravoslovje v osnovni šoli, ni mogoče doseči brez eksperimentalno-raziskovalnega dela, ki temelji na problemskem pristopu (Šorgo, 2004).

Učni načrt za predmet naravoslovje veleva, da mora biti najmanj 40 % ur naravoslovja zasnovanih na aktivnih metodah dela, kar vključuje eksperimentalno raziskovalno delo v razredu in na terenu. Didaktična priporočila, ki temeljijo na pridobivanju novega znanja ter izkušenj s področja zastavljanja raziskovalnih vprašanj, napovedovanju in postavljanju hipotez, načrtovanju poskusov, ovrednotenju svojega dela …, so skladna z eksperimentalnim delom. Učenci tako razvijejo sodelovalne, raziskovalne in komunikacijske spretnosti, prav tako spretnosti pri delu z viri in tehnologijami, ki so na voljo (Štrukelj, 2011a). Kritika laboratorijskega dela je le ta, da učitelj učencem v primerjavi s frontalno metodo ali ostalimi metodami dela ne more podati enakih količin informacij (Šorgo, 2004).

2.6 FOTOSINTEZA V UČNIH NAČRTIH ZA OSNOVNO ŠOLO

Fotosinteza je kompleksen in abstrakten proces, ki je pogosto učen na nivoju osnovne šole kot

»rastline si lahko izdelajo hrano same«, kar pa je povzetek mnogo ločenih korakov ter procesov, ki se jih učenci naučijo v višjih razredih. Ko se otrok giblje skozi svoje šolanje, se zapletenost povečuje (Sanders in Jenkins, 2018).

V prvi triadi se izvaja predmet Spoznavanje okolja, kjer se učenci v sklopu živa bitja seznanijo z razlikami med rastlinami in živalmi in s tem, kaj rastline potrebujejo za življenje in znajo to tudi pojasniti (Štrukelj, 2011b).

Naravoslovje in tehnika je predmet, ki se izvaja v četrtem in petem razredu osnovne šole, kjer se učenci seznanijo s pojmom fotosinteza v sklopu teme Živa bitja. Učenci vedo, da v rastlinah iz vode in ogljikovega dioksida nastaja hrana in se izloča kisik. Za ta proces je potrebna sončna svetloba kot vir energije in klorofil. Učenec ve, da v rastlinah nastaja hrana, medtem ko jo živali dobijo s prehrano iz okolja (Štrukelj, 2011c).

(29)

Učni načrt v 6. razredu pri Naravoslovju obravnava fotosintezo in celično dihanje kot samostojna življenjska procesa. V 7. razredu se proces fotosinteze obravnava posredno, oziroma je fotosinteza kot osnova za razumevanje kompleksnejših vsebin (Štrukelj, 2011a).

Prav tako je tudi v 8. in 9. razredu pri biologiji poznavanje procesa fotosinteze osnova za nadaljnje razumevanje in nadgradnjo snovi (Štrukelj, 2011č).

Pri predmetu naravoslovje se v prvem sklopu učenci seznanijo s sončno energijo, ki je ključnega pomena za razumevanje procesa fotosinteze. Sledi mu sklop živa narava, kjer se učenci spoznavajo z delovanjem rastlinske in živalske celice. Podrobneje se seznanijo s procesom fotosinteze, in sicer katere snovi nastajajo in se porabljajo v procesu. Seznanijo se, da se svetlobna energija s pomočjo klorofila pretvori v energijo, ki jo rastlina uporabi za svoje delovanje in izgradnjo lastnega telesa. Prav tako razumejo, da v posameznih delih rastline potekajo točno določeni procesi, kot sta celično dihanje in fotosinteza. Skozi spoznavanje zgradbe in delovanje rastline razumejo pomen fotosinteze in ostalih procesov, ki se dogajajo v interakciji z okoljem, transportom snovi in preprečevanjem izgube vode v rastlini. Spoznajo, da ima rastlina transportni sistem za vodo in mineralne snovi ter transportni sistem za prenos sladkorjev do celic, ki niso fotosintetsko aktivne. Učenci razumejo, da rastlina snovi, ki jih proizvede v procesu fotosinteze, kopiči v kloroplastih. S stališča razvoja nove rastline spoznajo in razumejo, da so založne snovi pomembne, saj jih rastlina uporabi za svoj razvoj, dokler ni fotosintetsko aktivna, torej se ne razvijejo zeleni listi (Štrukelj, 2011a).

Od učenca se pri predmetu naravoslovje pričakuje:

 da zna opisati osnovno zgradbo rastlinskih organov in povezati rastlinske organe z nalogami, ki jih opravljajo (kot osnova za nadaljnje razumevanje celičnih procesov, npr. fotosinteza),

 da zna pojasniti pomen fotosinteze za rastline in ostala živa bitja,

 da razume, da fotosinteza poteka le v rastlinskih celicah, kjer so kloroplasti,

 da zna našteti snovi, ki se pri procesu fotosinteze porabljajo in nastajajo,

 da pozna razliko med transportnima sistemoma, ki potekata v rastlini,

 da zna pojasniti pomen založnih snovi za rastlino in kje so shranjene,

 da poteka fotosinteza v rastlinskih celicah, v kloroplastih.

2.7 RAZUMEVANJE PROCESA FOTOSINTEZE PRI UČENCIH

Učenci se s procesom fotosinteze najpodrobneje srečajo v šestem razredu pri predmetu

(30)

14

(Sanders in Jenkins, 2018). Glede na pomembnosti procesa fotosinteze se je mnogo raziskovalcev posvetilo raziskovanju napačnih predstav pri učencih (Skribe Dimec in Strgar, 2017). Raziskave so pokazale, da imajo učenci podobne težave pri razumevanju zapletenih bioloških procesov, kot je fotosinteza. Ugotovili so, da napačno sklepajo, da rastline dobivajo hrano iz svojega okolja, torej zemlje. Ostale pogosto ugotovljene napačne predstave so na primer, da so korenine organi za hranjenje, da imajo rastline več virov hrane, da fotosintezo rastline izvajajo za ljudi in živali … Učenci prav tako ne razumejo energijskih transformacij in vloge klorofila v fotosintezi. Fotosinteze ne vidijo kot kemijsko reakcijo in pogosto zamenjujejo pojma fotosinteza in celično dihanje (Skribe Dimec in Strgar, 2017).

Številni menijo, da je glavna funkcija fotosinteze tvorba kisika, vendar pa na drugi strani dobro poznajo reaktante in produkte. Iz tega lahko sklepamo, da se je osnovno enačbo fotosinteze relativno enostavno naučiti, kar pa ni nujno povezano z razumevanjem procesa kot takšnega. Velik delež odgovorov učencev je ta, da sta za fotosintezo potrebna kisik in voda, kar bi lahko pojasnili z dejstvom, da mnogi mislijo, da je fotosinteza dihanje v rastlinah (Skribe Dimec in Strgar, 2017).

Učenci dobro vedo, da rastline prejemajo sončno svetlobo, a jim razumevanje transformacije energije predstavlja problem. Poleg kemične energije je bil pogost odgovor, da se energija v fotosintezi pretvori v svetlobo in toploto.

Za lokacijo poteka procesa fotosinteze so učenci poleg zelenih delov rastlin pogosto podali odgovor »v listu« (Skribe Dimec in Strgar, 2017). Sanders in Jenkins (2018) ugotavljata, da k napačnim predstavam prispevajo tudi razlage fotosinteze v knjigah in učbenikih, kjer so večinoma tekstualne vsebine svetlobne energije prikazane v diagramih ali enačbah (Sanders in Jenkins, 2018).

V osnovnih šolah se lahko uporabijo različni pristopi, da bi učenci bolje razumeli ta ključni biološki proces. Izpostavlja se konstruktivistični pristop, pojmovne mreže, računalniško podprto gradivo, projektno učenje, pristop konceptualnih sprememb in model 5E (Skribe Dimec in Strgar, 2017).

(31)

3 EMPIRIČNI DEL

3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA

Učiteljeva vloga v procesu poučevanja je poleg podajanja znanja tudi ustvarjanje spodbudnega učnega okolja in situacij, ki učencem omogočajo aktivno sodelovanje, ustvarjanje, odkrivanje, opazovanje, primerjanje, razvrščanje, napovedovanje, induktivno in deduktivno sklepanje, eksperimentiranje … Da bi učenci razvijali naravoslovne in raziskovalne spretnosti, jih je potrebno aktivno vključiti v eksperimentiranje in raziskovanje, ne samo v opazovanje učiteljeve demonstracije (Štrukelj, 2011č). Proces fotosinteze je zapleten pojav, zato ga učenci težko razumejo. Zaradi svoje kompleksnosti je ena izmed najzahtevnejših naravoslovnih tematik, zato se pojavljajo težave v celostnem razumevanju fotosinteze kot procesa. Najpogostejša napačna pojmovanja, ki jih učenci o fotosintezi oziroma o prehranjevanju rastlin imajo, so, da rastlina dobi hrano iz zemlje. Prav tako jih večina ne razume, da rastline dihajo (Skribe Dimec in Strgar, 2017).

Problemi, s katerimi se učenci in učitelji pri predmetu biologije in naravoslovja srečujejo, ne zahtevajo le učenja po znanih, ustaljenih vzorcih, ampak terjajo nove in izvirne pristope. S pomočjo eksperimentalnega dela in uporabo modernih pripomočkov lahko spodbudimo učenčevo aktivno vlogo pri pouku in spodbudimo raziskovalno mišljenje. S pomočjo uporabe IKT lahko učencem in učiteljem približamo uporabnost računalnika kot merilnega sistema, kar omogoča učencem boljše razumevanje in učenje (Millar, 2010). Računalniško podprto laboratorijsko in eksperimentalno delo lahko izboljša kvaliteto pouka, tako da učenci osvojijo čim več novega znanja, spretnosti in pridobijo pozitiven odnos do dela. Računalniško podprt eksperiment omogoča prikaz podatkov, informacij ali procesov na način, ki ga z drugimi metodami dela prikažemo s težavo ali pa je njegov prikaz nemogoč (Šorgo, 2004).

3.2 CILJI RAZISKAVE IN RAZISKOVALNA VPRAŠANJA

V okviru magistrskega dela smo izvedli eksperiment za ponazoritev procesa fotosinteze, ki smo ga zasnovali v sklopu diplomskega dela. Z izvedbo eksperimenta smo želeli približati učencem eksperimentalno delo in spodbuditi aktivno sodelovanje pri pouku. Prav tako je bil namen spodbuditi učenje z raziskovanjem in uporabo pripomočkov IKT.

Cilj magistrske naloge je bil izvesti eksperiment v razredu oziroma pri izbirnem predmetu Organizmi v naravi in v umetnem okolju. Namen dela je bil približati učencem in učiteljem

(32)

16 3.2.1 Raziskovalna vprašanja

 Kako učenci z izvedbo eksperimenta razumejo proces fotosinteze?

 Kako izvedba eksperimenta vpliva na razvijanje raziskovalnega mišljenja pri učencih?

 Kako raziskovalno delo vpliva na interes učencev pri pouku naravoslovja in biologije?

 Ali znajo učenci pridobljeno znanje uporabiti na svojem primeru eksperimenta?

3.3 METODA IN RAZISKOVALNI PRISTOP

V raziskavi bomo uporabili deskriptivno in kavzalno metodo. Izvedena bo kvalitativna analiza.

Kvalitativna raziskava je raziskovalni proces, za katerega je značilna interpretativna paradigma. Poudarek daje proučevanju subjektivnih doživetij posameznika in ugotavljanju pomena, ki ga posameznik pripisuje dogodkom. Zbrani podatki so bolj v besedni ter slikovni obliki kot v numerični. Kvalitativno raziskovanje je usmerjeno bolj v proučevanje posameznih primerov in večinoma poteka kot študija posameznega primera. Tehnike zbiranja podatkov so prilagojene za analizo manjšega obsega, raziskovalec pa z njimi spoznava socialni svet. Pri opazovanju proučevanega predmeta ali dogodka raziskovalcu pomaga neposredna vključenost v okolje, saj tako lahko razume, kar je bilo izrečeno v racionalni govorici, in tisto, kar ni mogoče izraziti z besedami. Raziskovalec s svojo udeležbo vpliva na dogajanje, ki ga opazuje. Raziskovalci v ospredje postavijo proces vzgojne akcije in kako se stvari dogajajo in ne le končne rezultate. Posamezniki, ki so vključeni v raziskavo, konstruirajo realnost (Vogrinc, 2008).

3.4 POTEK EKSPERIMENTA

Eksperiment smo skupaj z učenci izvedli v komori, v katero smo dali sobno rastlino, v našem primeru smo uporabili baziliko (Ocimum basilicum). Poleg rastline smo v komoro namestili različne merilnike tako, da smo merili koncentracijo kisika in ogljikovega dioksida, relativno vlažnost zraka, temperaturo in osvetljenost. Merili smo izmenjavo dnevno-nočnega ritma, vsebnosti kisika in ogljikovega dioksida v zraku komore. Eksperiment je v zaprti komori potekal 48 ur oziroma v našem primeru čez vikend. V eksperimentu smo uporabili merilni sistem Vernier, merilno komoro, rastlino (baziliko), senzor za merjenje vlage tal, senzor za merjenje relativne vlažnosti zraka, senzor za merjenje ogljikovega dioksida, senzor za merjenje kisika in senzor za osvetljenost. Po končanem eksperimentu smo s pomočjo programske opreme, ki je kompatibilna z Vernierjevimi vmesniki oziroma merilniki, podatke obdelali. Uporabili smo program LoggerPro, ki je za uporabo enostaven in podatke izpisuje tako tabelarično kot tudi grafično. Podatke smo nato prenesli v program Excel, kjer smo izrisali grafe in sledili navodilom na delovnem gradivu (priloga).

(33)

Slika 3: Notranjost komore

Slika 4: Zunanjost komore z merilniki

(34)

18

Slika 5: Uporabljeni merilniki v eksperimentu, zunanjost komore 3.5 PREISKOVANCI

Način vzorčenja je bil namenski. V raziskavi je sodelovalo pet učencev sedmega razreda.

Povprečna starost udeleženih v raziskavi je bila 12 let. Raziskava je bila izvedena na eni izmed osnovnih šol osrednje Slovenije v okviru izbirnega predmeta Organizmi v naravi in v umetnem okolju.

3.6 OPIS POSTOPKA ZBIRANJA PODATKOV

Magistrsko delo je zastavljeno tako, da vključuje izvedbo eksperimenta z učenci ter posamezne intervjuje oziroma pogovore z učenci. Uporabili smo polstrukturiran intervju, ki nima natančno določenega poteka, saj smo ga vodili na podlagi poteka izvedbe eksperimenta.

Odgovore učencev smo posneli s pomočjo diktafona. Izvedba eksperimenta ter intervjujev je potekala v učilnici oziroma kabinetu učitelja.

Pri opazovanju smo v komori z rastlino s pomočjo merilnikov merili koncentracijo kisika in ogljikovega dioksida. Prav tako smo v komori določili dnevno-nočni cikel rastline. Merjenje je trajalo 48 ur, kar je bilo dovolj, da smo se lahko o tem pogovarjali in razpravljali o rezultatih.

3.6.1 Intervju

Intervju je tehnika zbiranja podatkov, ki se uporablja v kvalitativnih in kvantitativnih raziskavah. V današnjem času je zelo uporabljena tehnika. Na podlagi pogovorne komunikacije pridemo do željenih informacij. Intervju poteka med dvema osebama ali skupino ljudi, od katerih je ena spraševalec, ki postavlja vprašanja in vodi intervju, in druga ali drugi (v našem primeru) vprašanec, ki na vprašanja odgovarja. Intervjuja ne moremo enačiti z dialogom, saj mora biti spraševalec pozoren ne samo na odgovore, ki jih vprašani podaja, ampak tudi na neverbalno komunikacijo, mimiko, gestikulacijo in ton. Upoštevanje verbalne in neverbalne komunikacije v intervjuju prikaže odgovor v pravi podobi. Tehnika intervjuja poteka v neposrednem stiku s spraševancem, raziskovalec pa z njim ugotavlja, kaj

(35)

si ta misli o določeni temi, spoznava čustva in odzive, pomene, namere … (Vogrinc, 2008).

Piaget je pri svojem delu uporabljal metodo kliničnega intervjuja, ki je bila kasneje pogosto kritizirana. Med samim postopkom intervjuja ni imel seznama vprašanj, ki bi jim sledil.

Nekateri so mnenja, da je bila to prednost, saj je na tak način otrokom omogočil, da se izrazijo v sebi lastnem jeziku (Hayes in Orrell, 1998). Piagetova metoda dela je združevala opazovanje in spraševanje. Želel je razumeti načine razmišljanja otrok, zato je njihove odgovore nadgrajeval z vprašanji. Srečevanje otrok z novimi izhodišči je po njegovem mnenju pripomoglo k preoblikovanju pogleda na svet (Papalia, Wendkos Olds in Duskin Feldman, 2003).

3.7 POSTOPKI OBDELAVE PODATKOV

V magistrski nalogi smo izvedli eksperiment na osnovni šoli v osrednji Sloveniji pri izbirnem predmetu Organizmi v naravi in umetnem okolju. Z učenci smo imeli tri srečanja. Skupino učencev in njihove odgovore na vprašanja smo posneli z diktafonom. Podatke, ki smo jih pridobili, smo obdelali po postopku kvalitativne analize podatkov, in sicer v šestih korakih:

urejanje gradiva, določitev enot kodiranja, kodiranje, izbor in definiranje relevantnih pojmov in oblikovanje kategorij, definiranje kategorij ter oblikovanje končne teoretične formulacije.

Najprej smo gradivo, ki smo ga pridobili s pomočjo diktafona ter delovnih listov učencev, prepisali ter uredili. Pridobljeno besedilo oziroma podatke smo nato razčlenili na sestavne dele s pomočjo kodiranja.

Kodiranje je proces izločevanja bistva iz posamezne enote kodiranja. Z njegovo pomočjo skozi analizo pridobimo enote kodiranja, ki predstavljajo dele besedila, ki vsebujejo pomembne informacije za analizo. Kode nato primerjamo med seboj in jih združimo v kategorije. Kategorije predstavljajo sredstvo, s katerim lahko teorijo povežemo v celoto (Vogrinc, 2008).

Raziskovalec med samo analizo oblikuje kode, v nadaljevanju pa te kode med analizo konstantno dopolnjuje, spreminja ter določa njihov pomen. Podobni kodi se združujejo v kategorije, ki so sredstvo za povezovanje teorije v celoto (Vogrinc, 2008).

(36)

20

4 REZULTATI Z INTERPRETACIJO

Prvo srečanje je bilo izvedeno v petek (31. 3. 2017), drugo pa takoj v ponedeljek (3. 4. 2017).

Vmes je bil vikend, ki je bil dobrodošel, saj je bil eksperiment načrtovan za najmanj 48 ur.

4.1 PRVO SREČANJE

Sama izvedba eksperimenta je potekala na šoli. Vprašanja za učence smo prilagajali med pogovorom oziroma intervjujem. Želeli smo slediti toku misli in idej učencev o fotosintezi.

Vsako srečanje je trajalo eno šolsko uro. Kar smo uspeli narediti med izvedbo eksperimenta, so učenci zapisali na učne liste (glej prilogo). Upoštevali smo vse odgovore učencev. Intervju z učenci je potekal v kabinetu učitelja.

Na prvem srečanju smo s pomočjo učnega lista in vodenega spraševanja skupaj načrtovali eksperiment.

Cilji prvega srečanja:

 z učenci preverimo njihovo predznanje o procesu fotosinteze,

 seznanimo jih s potekom eksperimenta, spodbudimo raziskovalno mišljenje,

 oblikujemo raziskovalno vprašanje, hipoteze,

 nastavimo eksperiment,

 preverimo razumevanje pomena elementov uporabljenih v sami komori (svetilka, ventilator, silikagel …) in merilnega sistema Vernier LabQuest 2

Slika 6: Priprava eksperimenta

Na prvem srečanju smo učencem predstavili, kako bo potekalo delo. Uporabili smo komoro, rastlino, v našem primeru dve sadiki bazilike, različne senzorje (merilnike) za merjenje

(37)

koncentracij in parametrov v sami komori, silikagel, ventilator, svetilki, časovnik, podaljšek in dve napravi LabQuest, na kateri smo kasneje priklopili senzorje.

Nato smo učencem razdelili delovne liste z naslovom Kako rastline pridobijo hrano? Delovni list je bil naše osnovno vodilo pri učenju in poučevanju.

Za začetek smo prosili učenko, da prebere prvo vprašanje na delovnem listu. Še prej pa smo jih opozorili, da bomo veseli njihovih razmišljanj. S tem smo jih želeli spodbuditi h glasnemu razmišljanju. Glede na to, da smo se prvič videli, so bili na prvem srečanju bolj tiho in smo jih morali veliko spodbujati k razpravi in deljenju mnenj ter odgovarjanju na vprašanja. S pomočjo delovnega lista in vmesnih podvprašanj smo skupaj prišli do sklepa, kaj bomo raziskovali. Iz odgovorov na prvo vprašanje je tudi razvidno, da nekaj že vedo o samem procesu fotosinteze, vendar ne omenjajo na primer kisika in sončne svetlobe.

Učenka 1 (prebere na glas): Kako rastline pridobijo svojo hrano, opišite s svojimi besedami.

Učiteljica: V parih razmislite, kako rastline pridobijo hrano. A bo šlo?

(Sledilo je delo v parih in zapisovanje odgovorov na delovne liste)

Učenka 2: Rastline dobijo hrano s fotosintezo, to je proces, ko nastajata hrana pa voda pač, to hrano pa kopičijo v zelenih delih rastline, glukoza.

Učiteljica: Kaj pa je glukoza?

Učenka 1: Sladkor.

Učenec1: C6H12O6

Učiteljica: Ja super, celo formula. Še kaj? Bi kdo še kaj dodal? Je kdo kaj drugače napisal na delovni list? Ste vsi napisali enako?

Učenec1: Vodo dobivajo s koreninami iz zemlje in dobivajo minerale.

Učiteljica: Dobro, še kaj drugega ste napisali …

(38)

22

Kaj bomo danes ponazorili, kateri biološki proces?

Učenec1: Fotosintezo.

Njihov odgovor je bil pravilen, torej da rastline dobijo hrano s fotosintezo in da za svoj obstoj potrebujejo vodo ter mineralne snovi. Proces fotosinteze učenec ne more videti, zato ne ve jasno, kako si rastlina sama izdela hrano in kaj vse je potrebno za to. Čeprav so se učenci že učili o zgradbi rastline in nalogah posameznih delov rastline, je bilo njihovo odgovarjanje površinsko.

Sledila je naloga na delovnem listu, kjer so imeli prostor za skico komore in merilnikov. Zato smo učence povabili malo bližje, da so si ogledali, kaj vse je v komori in katere merilnike bomo uporabili. Pri vprašanju, kaj vse bi lahko izmerili v eksperimentu, smo dobili različne odgovore:

Učiteljica: Kaj bi bilo najbolje, da bi mi izmerili? Kaj je tisti produkt fotosinteze, ki bi ga želeli izmeriti, da bi dokazali fotosintezo?

Učenec1: Amm …

Učiteljica: Produkt fotosinteze je kaj?

Učenec1: Glukoza.

Učiteljica: Pa tisto, kar je prav tako pomembno in bo merilnik med izvajanjem eksperimenta lahko zaznal …

Učenec1: Kisik.

Učiteljica: Lahko pridete bližje, da boste lahko videli in pokukali notri (v komoro), kaj imamo notri?

Učenec1: Rastlina …

Naloga je bila tudi narisati skico komore. Učenci niso imeli težav z risanjem skice. Težava je nastala, ker niso bili prepričani, kaj bomo merili oziroma zakaj imamo toliko različnih merilnikov. Vedeli so, da v procesu fotosinteze nastane sladkor glukoza, ne omenjajo pa kisika, ki je prav tako stranski produkt fotosinteze in s pomočjo katerega smo v eksperimentu lahko ponazorili dnevno-nočni ritem rastline. Potrebnih je bilo kar nekaj podvprašanj, da smo prišli do plina, ki nastaja v procesu fotosinteze, torej kisika.

Z učenci smo si ogledali zgradbo komore, merilnike in vse druge pripomočke, ki smo jih potrebovali za uspešno izvedbo poskusa. Merilnike smo previdno priklopili in vanje nekajkrat močno izdihnili zrak iz pljuč in tako preverili, kako delujejo. Ta del poskusa se jim je zdel zelo zabaven, saj so lahko videli, kako se parametri na grafu spreminjajo. Prav tako smo

(39)

preverili delovanje senzorja za temperaturo, tako da ga je učenec stisnil med dlani in smo tako izmerili temperaturo. Med pregledovanjem komore in vseh pripomočkov smo zastavljali vprašanja, ki so učence spodbudila k lastnemu razmišljanju in povezovanju znanja.

Slika 7: Skica komore (Selič, 2016, str. 22)

Učenci poznajo formulo procesa fotosinteze. Na eni strani reaktanti (voda, ogljikov dioksid), ki ob prisotnosti sončne svetlobe reagirajo, in produkti (sladkor, kisik). Težava nastane pri obrazložitvi kemijske reakcije: kaj se z reaktanti in produkti dogaja, ko ni svetlobe, torej ponoči. Učenci vedo, da ponoči rastlina ne zmore proizvajati sladkorja in kisika ob odsotnosti sončne svetlobe. Znajo povedati, da se ponoči nekaj dogaja, da rastlina kisik porablja, medtem ko o koncentraciji ogljikovega dioksida niso povsem prepričani, kaj točno se dogaja z njim oziroma ga niti ne omenjajo.

Učiteljica: Kaj se pa dejansko dogaja ponoči?

Učenka 1: Rastlina diha.

Učenec1: Svetlobe ni.

(40)

24

Učenka1: Rastlina naredi čez dan več kisika, kot ga sama porabi.

Izvedba eksperimenta se je začela z raziskovalnim vprašanjem in hipotezami, ki smo jih nato skozi eksperiment lahko preverili. Učencem smo naročili, naj sami zapišejo dve hipotezi, kaj se bo z rastlinami v komori dogajalo. Učenci so bili tiho. Niso znali sami oblikovati hipotez.

Z vprašanji in namigovanji smo jih želeli spodbuditi k aktivnemu sodelovanju in razmišljanju.

Pri vprašanju »Ali znate postaviti hipoteze?« nismo dobili konkretnih odgovorov. Odgovori učencev so bili:

Učenka 2: To so mnenja.

Učiteljica: Ja, ki jih bomo kaj? Preverili?

Učenka 2: Pač … ja.

Učiteljica: S pomočjo?

Učenka 1: Poskusa.

S postavljanjem vprašanj smo jim želeli približati nalogo do te mere, da bi lahko skupaj oblikovali raziskovalni hipotezi, kar je opisano v nadaljevanju:

Učiteljica: Ja. Kaj bi vi trdili za ta poskus fotosinteze? Kar zapišite vsaj dve hipotezi.

(Damo jim minuto časa)

(Čez nekaj časa jih vprašamo, ali je že kdo napisal kakšno hipotezo.) Učenka 3: Rastlina je odvisna od svetlobe.

Učiteljica: Ja, zakaj pa?

Učenec1: Da lahko proizvaja hrano.

Učiteljica: Napišite to v stavku … Rastlina je odvisna od svetlobe, da lahko proizvaja hrano.

Nadaljujemo s spraševanjem o drugi hipotezi, ki jo bomo lahko preverili s tem poskusom, ki ga bomo nastavili. Namigujemo na koncentracije, kdaj bodo te višje, nižje in kaj se dogaja z njimi ponoči in čez dan. Odgovori so bili takšni:

Učenec1: Da preverjamo koncentracije, določene po dnevih.

Učenec 1: Ponoči bo višja koncentracija CO2.

Učenka 3: Ponoči (prav tako potrdi trditev Učenke 1).

(41)

Učenec1: Da je ponoči večja koncentracija CO2 kot podnevi.

Učenec 2: Ponoči je večja koncentracija CO2 kot podnevi, ker ni toliko kisika.

S skupnimi močmi smo napisali dve hipotezi:

 1. hipoteza: Rastlina je odvisna od svetlobe, da lahko proizvaja hrano.

 2. hipoteza: Ponoči je koncentracija CO2 višja kot podnevi.

Težava je nastala pri postavljanju trditev oziroma hipotez za naš konkreten poskus. Izkazalo se je, da jim je eksperimentalno mišljenje še precej tuje, prav tako pa jim je povzročala težave naloga, kjer je bilo potrebno napisati spremenljivke. Tukaj so nastopile težave, saj niso točno vedeli, kaj bomo merili. Znali so povedati, da so to parametri, ki se spreminjajo, in kasneje smo skupaj prišli do treh spremenljivk, torej do kisika, ogljikovega dioksida in svetlobe.

Ko smo dodatno pojasnili pojme fotosinteza, koncentracije, merilniki …, smo učencem podali navodila za eksperimentalno delo. Najprej smo jim naročili, da pogledajo navodila na delovnem gradivu, s pomočjo katerih bomo nastavili eksperiment. Želeli smo, da gredo do komore in na glas preberejo pripomočke, ki jih bomo potrebovali:

Učenka 3: Imamo vse.

Učenka 1: Zelena rastlina, sobna rastlina, bazilika, peteršilj … Učenka 2: Bazilika.

Učenka 1: LabQuest2 (prime napravo v roke in jo pokaže ostalim).

Učenka 1: Lučka in ventilator.

Učenka 2: Senzorji za kisik, CO2, svetlobo in relativna zračna vlažnost.

Učenec 1: In pa tudi za temperaturo …

Po končanem pregledu komore in vseh pripomočkov smo dali rastlino v komoro. Dva učenca sta dodala silikagel, tretja je dodala rastlino (baziliko), ostali pa so namestili ventilator v komoro. Učence smo vprašali, če vedo, zakaj imamo v komori ventilator. Odgovorili so, da zato, da zrak nenehno kroži. Komoro smo nato zaprli in zalepili z lepilnim trakom.

(42)

26

Nato smo na obeh merilnikih pritisnili še »Start«. Meritev se je začela.

4.2 DRUGO SREČANJE

V ponedeljek smo se znova srečali v kabinetu učitelja. Cilj drugega srečanja je bil preverjanje zastavljenih hipotez s pomočjo dobljenih rezultatov. Torej, da učenci znajo podatke iz grafov povezati s teorijo in jih uporabiti.

Učenci so najprej izklopili merilnike in prezračili komoro. Z učenci smo sprva pokomentirali izgled rastline in vonj komore ter začeli z analizo zbranih podatkov. Merilni sistem Vernier LabQuest 2 smo priključili na računalnik, kjer smo pričeli z obdelavo podatkov. Učenci so s pomočjo programa Microsoft Excel prenesli podatke in jih smiselno obdelali, oblikovali graf, ki so ga kasneje komentirali.

Učiteljica: Ali koga zanima, kaj se je zgodilo z rastlino in v kakšnem stanju je?

Učenka 1: Ja …

Učenka 2: Listi niso tako zdravi … Učenec 2: Oveneli, bledi so … (Učenci govorijo eden čez drugega.)

Učenec 1: Zaradi svetlobe, zaradi 12-urnega cikla in vsakih 12 ur se ugaša in prižiga luč.

Učenka 2: Verjetno ni tako zdrava rastlina kot te, ki so prosto na sončni svetlobi, tudi verjetno je takšen zatohel zrak notri.

Opazimo lahko, da učenci pri obrazložitvi uporabljajo pogovorni jezik. To lahko vidimo tudi v nadaljevanju. Opazili so spremembo barve kroglic silikagela, vendar napačno sklepali o vzrokih.

Učenka 3: Kroglice so drugačne …

Učenka 2: Spremenile so barvo zaradi temperature … Učenki 1 in 3 (skupaj): Bolj toplo je bilo v komori …

(43)

Slika 8: Sprememba barve silikagela v komori

Nadaljevali smo s podvprašanji, da so povezali, zakaj je prišlo do spremembe barve kroglic silikagela in kaj bi se zgodilo, če bi bila v komori previsoka koncentracija vlage. Učenci ne omenjajo procesa izhlapevanja vode skozi listne reže. Predvidevamo, da jim je proces evapotranspiracije neznan. Prav tako se nismo podrobneje pogovarjali, kako voda iz zemlje preide v zrak.

Učiteljica: Ko smo dali rastlino v komoro, je bila zalita; kam je šla vlaga?

Učenka 1: Je šla tudi v ozračje in v te kroglice …

Učiteljica: Ja, te kroglice so nam pomagale to odvečno vlago vezati. Kaj bi se pa zgodilo, če bi imeli 100 % vlago v komori? Razmislite.

Učenec 1: Rastlina bi zgnila …

Nadaljevali smo s pregledom in komentiranjem grafa 1 in 2. Prvi graf prikazuje koncentracijo kisika. Na drugem grafu pa je bila prikazana koncentracija ogljikovega dioksida ter osvetljenost rastline v komori.

Učiteljica: Zakaj je koncentracija kisika v komori večja, ko luč sveti?