SUBMIKROSKOPSKI RAVNI

(1)

PEDAGOŠKA FAKULTETA

Poučevanje, Predmetno poučevanje, biologija in kemija

Anita Kočevar

UČENČEVO RAZUMEVANJE TURGORSKEGA TLAKA IN PLAZMOLIZE V IZBRANI RASTLINI NA MAKROSKOPSKI, MIKROSKOPSKI IN

SUBMIKROSKOPSKI RAVNI

Magistrsko delo

Ljubljana, 2018

(2)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

Poučevanje, Predmetno poučevanje, biologija in kemija

Anita Kočevar

UČENČEVO RAZUMEVANJE TURGORSKEGA TLAKA IN PLAZMOLIZE V IZBRANI RASTLINI NA MAKROSKOPSKI, MIKROSKOPSKI IN

SUBMIKROSKOPSKI RAVNI

Magistrsko delo

Mentor: izr. prof. dr. Gregor Torkar

Ljubljana, 2018

(3)

ZAHVALA

Zahvaljujem se izr. prof. dr. Gregorju Torkarju za vodenje in usmerjanje pri izdelavi dela, nasvete, pomoč, zelo hitro odzivnost ter doslednost.

Prav tako se zahvaljujem svoji družini, ki mi je omogočila uresničitev sanj, tako s finančnega vidika kot tudi s spodbudnimi besedami.

Posebna zahvala gre tudi mojemu fantu Juretu in prijateljici Maji, ki sta mi vedno stala ob strani ter mi pomagala v času študija in pri izdelavi dela s pozitivnimi besedami.

Zahvaljujem se tudi vsem drugim, ki so mi kakorkoli pomagali med študijem in pri izdelavi dela.

(4)

POVZETEK

Učenci se s kompleksnimi biološkimi koncepti srečujejo skozi celotno osnovnošolsko izobraževanje, zato je zelo pomembno, da učitelji vedo, kakšne težave imajo pri razumevanju izbranih bioloških konceptov in kaj lahko, kot učitelji naredijo na tem področju. Učencem je treba kompleksne biološke pojave, kot sta tudi turgorski tlak in plazmoliza, razložiti čim bolj nazorno ter z uporabo različnih didaktičnih metod, ki jim lahko olajšajo in omogočijo boljše razumevanje izbranega biološkega pojava, ter zagotovijo trajnejše in bolj kakovostno znanje.

Z raziskavo smo želeli ugotoviti, kako učenci razumejo procesa (turgorski tlak in plazmoliza) v izbrani rastlini, ko ta oveni na podlagi makroskopske, mikroskopske in submikroskopske ravni prezentacij pojmov, saj je povezovanje vseh treh ravni predstavitve pojmov zelo pomembno pri razumevanju in oblikovanju kakovostnega ter trajnega znanja pri učencih. V raziskavo smo vključili 176 učencev 6., 7., 8. in 9. razreda dveh različnih osnovnih šol.

Podatke smo pridobili s pomočjo preizkusa znanja in z uporabo očesnega sledilca.

Rezultati raziskave so pokazali, da večina učencev s povezovanjem vseh treh ravni predstavitve bioloških pojmov (makroskopska, mikroskopska in submikroskopska raven) zna pojasniti in razložiti dogajanje v oveneli rastlini, ko jo zalijemo. Z uporabo očesnega sledilca smo ugotovili, da so učenci na zastavljeno vprašanje pravilneje odgovarjali, ko so imeli na voljo ponazoritev na vseh treh ravneh predstavitve bioloških pojmov, kot v primeru, ko so imeli na voljo ponazoritev le na makroskopski ravni.

Z izvedbo raziskave smo prispevali k razvoju didaktike naravoslovja, saj smo želeli prispevati k temu, da bodo v prihodnje učitelji naravoslovnih predmetov v svoj pouk čim pogosteje vključevali teme in pojave, s katerimi se učenci vsakodnevno srečujejo, a jih ne znajo pojasniti. Prav tako smo želeli doseči, da bi učitelji v svoj pouk hkrati vključevali ponazoritve obravnavanih pojavov na makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni prezentacij.

Ker smo v sklopu raziskave izdelali ponazoritev izbranega biološkega pojava na vseh treh ravneh predstavitve pojmov, bo ta lahko v pomoč učiteljem pri izdelavi lastnih primerov.

KLJUČNE BESEDE

Rastlina, turgorski tlak, plazmoliza, makroskopska raven, mikroskopska raven, submikroskopska raven.

(5)

ABSTRACT

Students come up against various complex biological concepts throughout the entire primary school education. Therefore, it is extremely important for teachers to know, what kind of problems their students have with understanding of biological concepts and how to address those problems. Biological concepts like turgor preassure and plasmolysis have to be explained thoroughly, with the use of different didactic methods which enable students to better understand the biological concept and provide permanent and quality knowledge.

Our research was focused on students' understanding of the concepts (turgor preassure and plasmolysis) in the chosen plant when withered away, on macroscopic, microscopic and submicroscopic level of representation, because linking all three levels of representation is very important for understanding and formatting permanent and quality knowledge. There were 176 students (6^th, 7^th, 8^th and 9^th grade) from two different primary schools participating in our research. We obtained information through the test and use of eye tracker.

Results of our research show that most of the students can explain what happens in the withered plant when watered, with linking all three levels of representation (macroscopic, microscopic and submicroscopic level). With the use of eye tracker, we were able to determine, that students answer more questions correctly when the biological concept is presented on all three levels of representation, than they do with only the presentation on the macroscopic level.

Our research contributed to the development of the didactics of natural sciences with encouraging teachers of natural sciences to include in their lessons as many topics and phenomena students encounter on a daily basis but don’t know how to explain them.

Furthermore we wanted to encourage teachers to use and link macroscopic, microscopic and submicroscopic level of representation of biological concepts in their lessons. A representation of the chosen biological concept on all three levels of representation made as the part of our research could help teachers make their own examples.

KEY WORDS

Plant, turgor preassure, plasmolysis, macroscopic level, microscopic level, submicroscopic level.

(6)

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ... 1

2 TEORETIČNI DEL ... 2

2.1 TEORIJA KOGNITIVNEGA RAZVOJA ... 2

2.2 UČENJE Z UPORABO VEČ RAVNI PREZENTACIJ ... 3

2.2.1 RAZISKAVE NA PODROČJU POUČEVANJA Z VEČ RAVNI PREZENTACIJ ... 5

2.3 OČESNI SLEDILEC IN UPORABA VEČ RAVNI PREZENTACIJ ... 6

2.4 OSMOZA, DIFUZIJA IN TURGORSKI TLAK ... 8

2.5 POUČEVANJE IN RAZUMEVANJE OSMOZE IN DIFUZIJE PRI UČENCIH ... 9

3 EMPIRIČNI DEL ... 12

3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA ... 12

3.2 CILJI IN HIPOTEZE ... 12

3.3 METODE DELA ... 13

3.3.1 VZOREC ... 13

3.3.2 OPIS POSTOPKA ZBIRANJA PODATKOV ... 14

3.3.3 POSTOPKI OBDELAVE PODATKOV ... 15

3.4 REZULTATI IN INTERPRETACIJA ... 15

3.4.1 REZULTATI GLEDE NA HIPOTEZO 1... 16

4 ZAKLJUČEK ... 36

5 VIRI IN LITERATURA ... 38

6 PRILOGE ... 41

6.1 PREIZKUS ZNANJA ... 41

6.2 PREIZKUS ZNANJA ZA OČESNI SLEDILEC ... 44

6.3 SOGLASJE STARŠEV ... 46

(7)

KAZALO SLIK

Slika 1: Relativna gostota fiksacij pri 1. nalogi na preizkusu znanja z očesnim sledilcem. .... 20 Slika 2: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.« ... 21 Slika 3: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.« ... 21 Slika 4: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »S kakšno barvo je na slikah prikazana vakuola?« ... 24 Slika 5: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »S kakšno barvo je na slikah prikazana vakuola?« ... 24 Slika 6: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »V katero izmed prikazanih celic voda najhitreje prodira?« ... 27 Slika 7: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »V katero izmed prikazanih celic voda najhitreje prodira?« ... 27 Slika 8: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Kaj ponazarjajo črne puščice na slikah v drugi vrstici (A2,B2,C2)?« ... 27 Slika 9: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Kaj

ponazarjajo črne puščice na slikah v drugi vrstici (A2,B2,C2)?« ... 27 Slika 10: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Kaj se dogaja z vakuolo, ko rastlino zalijemo?«... 28 Slika 11: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Kaj se dogaja z vakuolo, ko rastlino zalijemo?« ... 28 Slika 12: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov pri nalogi: »Kaj ponazarjajo modre pike na sliki C3?« ... 29 Slika 13: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov pri nalogi: »Kaj ponazarjajo rdeče puščice na sliki B3?« ... 32 Slika 14: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov pri nalogi: »Zakaj je število molekul sladkorja in vode na sliki C3 izven celice in v celici enako?« ... 33 Slika 15: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov pri nalogi: »Zakaj je število

molekul sladkorja in vode na sliki C3 izven celice in v celici enako?« ... 33 Slika 16: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov pri nalogi: »Ali lahko molekule sladkorja prehajajo skozi celično membrano?« ... 33 Slika 17: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov pri nalogi: »Ali lahko molekule sladkorja prehajajo skozi celično membrano?« ... 33

(8)

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Predstavitev vzorca (števila učencev) glede na razred, spol in dopolnjeno

starost. ... 14

Preglednica 2: Odgovori učencev na 1. nalogo na preizkusu znanja glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru. ... 16

Preglednica 3: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske ravni v odgovoru. ... 16

Preglednica 4: Primeri najpogostejših pravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske in mikroskopske ravni v odgovoru. ... 17

Preglednica 5: Odgovori učencev na 1. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru. ... 18

Preglednica 6: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih odgovorov na 1. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem, z uporabo makroskopske ravni v odgovoru. ... 19

Preglednica 7: Odgovori učencev na 2. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru. ... 19

Preglednica 8: Trajanje fiksacij, ki so jih učenci porabili za določeno področje zanimanja pri 2. nalogi na preizkusu znanja z očesnim sledilcem. ... 22

Preglednica 9: Odgovori učencev na 2. in 3. nalogo na preizkusu znanja. ... 23

Preglednica 10: Odgovori učencev na 4., 5. in 10. nalogo na preizkusu znanja. ... 25

Preglednica 11: Odgovori učencev na 6. nalogo na preizkusu znanja. ... 28

Preglednica 12: Odgovori učencev na 7., 8. in 9. nalogo na preizkusu znanja. ... 30

Preglednica 13: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih utemeljitev pri 7. nalogi. ... 31

Preglednica 14: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih utemeljitev pri 9. nalogi. ... 31

Preglednica 15: Odgovori učencev na vprašanje: »Kako zanimiva se ti je zdela naloga?« ... 34

Preglednica 16: Odgovori učencev na vprašanje: »Kako težka se ti je zdela naloga?« ... 35

KAZALO SHEM

Shema 1: Trikotnik trojne narave kemijskega pojma (Johnstone, 1982). ... 3

Shema 2: STRP model (Devetak, 2012). ... 3

(9)

1

1 UVOD

Razumevanje osmoze je ključnega pomena pri razumevanju določenih osnovnih bioloških funkcij, saj lahko s pomočjo poznavanja osmoze razumemo, kako določene molekule izstopajo ali vstopajo v celice, kako koncentracija na obeh straneh polprepustne membrane določa prehajanje vode in kaj je razlog turgorskega tlaka v celicah. Osmoza učencem prav tako pomaga razumeti, kako vzdrževanje različnih koncentracij na obeh straneh membrane omogoča določenim celicam izvedbo ključnih funkcij, kot na primer celicam korenin, ki absorbirajo vodo iz tal (Hasni, Roy in Dumais, 2015). Proces, kot je osmoza, je nujen za življenje, zato je vključen v pouk biologije tako v osnovni kot srednji šoli in tudi na fakultetah (Panizzon in Bond, 2006). Učenci imajo zelo veliko težav pri razumevanju osmoze. Razlog za te težave se lahko skriva v učencu samemu (predhodno znanje, zanimanje za biologijo), veliko teh težav pa je povzročenih s strani učiteljev in njihovo razlago (Hasni idr., 2015).

Dandanes je za znanstvene koncepte na voljo veliko večpredstavnostih reprezentacij, ki lahko izboljšajo izobraževanje (Ainsworth, 2008). S. Ainsworth (2008) pravi, da so večpredstavnostne reprezentacije lahko zelo uspešna strategija za razvijanje kompleksnega naravoslovnega znanja. Tako kot za vse strategije učenja, tudi za večpredstavnostne reprezentacije velja, da so uspešne le, če jih uporabljamo pravilno. Tudi izkušnje z uporabo teh strategij so zelo pomembne, saj tisti, ki z njimi še nimajo izkušenj, ne bodo dosegli enakih rezultatov pri učencih kot tisti, ki so te strategije že večkrat uporabili in jih dobro poznajo.

Podatki, zbrani na podlagi gibanja oči, nam omogočajo, da ugotovimo, kako učenci z različnimi ravnmi znanja pridobivajo informacije iz grafičnih prikazov. Na podlagi meritev sledenja oči (koliko časa je posameznik s pogledom namenil izbranemu področju) lahko ugotovimo, kako učenci z različnimi stopnjami prehodnega znanja prehajajo med ponazoritvami na makroskopski in submikroskopski predstavitvi grafičnega prikaza difuzije ter osmoze (Cook, Wiebe in Cartar, 2008). Fiksacije oči nam dajo bolj podrobne informacije o razporeditvi vizualne pozornosti med reševanjem problemov z večpredstavnostnimi predstavitvami (Stieff, Hegarty in Deslongchamps, 2011).

(10)

2

2 TEORETIČNI DEL

2.1 TEORIJA KOGNITIVNEGA RAZVOJA

Piagetova teorija razvoja mišljenja, poleg teorije razvoja otroka, vključuje še razvoj inteligence. Vključuje tako miselne procese kot tudi vpliv okolja, ki ga ima ta na razvoj miselnih procesov. Teorija je osnovana na konceptih, ki jih je Piaget izpeljal iz biologije, in sicer na asimilaciji, adaptaciji in akomodaciji. Otrok asimilira oziroma privzame informacijo iz okolja in si iz nje oblikuje miselno strukturo. Sčasoma bo otrok opazil neusklajenost dražljaja iz okolja z že obstoječo miselno strukturo, kar privede do akomodacije, saj otrok akomodira nov dražljaj iz okolja tako, da ustvari novo miselno strukturo, ki je bolj primerna okolju, v katerem živi (Bray in Kehle, 2011).

Otrokov miselni razvoj se razvije v štirih fazah. Prva je senzomotorična faza, ki traja od rojstva do drugega leta starosti. Med to fazo otrok razume svoje okolje preko senzorike in motorike. Ob koncu prve faze otroci razumejo, da predmeti obstajajo tudi, ko jih ne vidijo in si lahko zapomnijo ter predstavljajo ideje in izkušnje. Druga faza je predoperativna faza, ki traja od drugega do šestega leta starosti. Med to fazo otroci uporabljajo simbolično razmišljanje, vključno z jezikom (besede so simboli za pojme) za razumevanje okolja. V tej fazi je pri otrocih zelo razvita domišljija. Na njenem začetku otroci razmišljajo egocentrično, kar pomeni, da mislijo, da drugi vidijo svet tako kot oni, kar pa se do konca faze močno omili in otroci so vse bolj sposobni sprejemati tudi stališča drugih. Tretja faza je faza konkretnih operacij, ki traja od sedmega do enajstega leta starosti. Razmišljanje je bolj logično in razvijejo se miselne operacije, ki jim omogočajo razvrščanje ter primerjanje. Zadnja faza se imenuje faza formalnih operacij in traja od dvanajstega leta naprej. Mladostnik in kasneje odrasli lahko že razmišlja o abstraktnih pojmih ter hipotetičnih idejah. Zanimivi postaneta etika in politika. Četrte stopnje razvoja mišljenja po Piagetu ne dosežejo vsi odrasli, nekateri lahko ostanejo na tretji stopnji razvoja. Vsi pa faze razvoja dosegajo v enakem vrstnem redu in nihče ne more preskočiti faze ter takoj preiti na najvišjo (Bray in Kehle, 2011).

B. Marentič Požarnik (2000) pravi, da je spoznanje, da se tako odrasli kot tudi študenti pri učenju pojmov vračajo na pojmovanja, ki so jih imeli kot otroci, pripeljalo do tega, da poučevanje temelji na konstruktivizmu. B. Marentič Požarnik (2000) navaja, da naj bi spreminjaje že obstoječih, predvsem napačnih pojmovanj potekalo v treh stopnjah. V prvi stopnji je treba ugotoviti, kakšni so obstoječi pojmi o nekem pojavu pri otroku. Druga stopnja se navezuje na rekonstrukcijo predznanja oziroma obstoječih idej pri otroku. Poučevanje mora pri tem potekati tako, da temelji na kognitivnem konfliktu (izbrani primer predstavimo tako, da učenec ugotovi, da njegovo obstoječe pojmovanje ni ustrezno). Pouk je treba oblikovati tako, da med njim poteka izmenjava tudi nasprotujočih idej, s čimer dosežemo t. i. socialno kognitivni konflikt. V zadnji (tretji) stopnji pa moramo učencem pomagati tako, da ubesedijo novo opredelitev oziroma da si zabeležijo novo osvojeno pojmovanje in da to znanje primerjajo z znanjem, ki so ga imeli na začetku (Marentič Požarnik, 2000).

(11)

3

2.2 UČENJE Z UPORABO VEČ RAVNI PREZENTACIJ

Johnstone (1982) je eden prvih, ki je predstavil povezovanje vseh treh ravni (makroskopska, submikroskopska in simbolna raven) v obliki trikotnika, ki predstavlja soodvisnost trojne narave naravoslovnega pojma (shema 1). Devetak (2012) je navedeni model nadgradil tako, da je v svoj t. i. STRP model vključil oblikovanje ustreznega mentalnega modela izbranega pojma, saj le-ta omogoča ustrezno povezavo in razumevanje vseh treh ravni naravoslovnega pojma pri posamezniku (shema 2).

Shema 2: STRP model (Devetak, 2012).

Simbolna Submikroskopska

Makroskopska raven

Shema 1: Trikotnik trojne narave kemijskega pojma (Johnstone, 1982).

(12)

4

Tsui in Treagust (2013) pravita, da naj bi večpredstavno učenje (ang. Multiple external representations) pri biologiji vključevalo tri dimenzije. Prva dimenzija se navezuje na načine reprezentacije (predmeti iz vsakdanjega življenja, fotografije, animacije, risbe, diagrami, grafi, tabele in enačbe, ki predstavljajo biološke koncepte). Druga dimenzija pravi, da so za celovito razumevanje bioloških pojavov potrebne vsaj štiri ravni prezentacij: (1) makroskopska raven (strukture, vidne s prostim očesom), (2) mikroskopska raven (strukture, vidne z optičnim ali elektronskim mikroskopom), (3) submikroskopska raven, ki ponazarja biološke strukture na ravni delcev (DNA, proteini in druge molekule, identificirane z analitičnimi orodji) ter (4) simbolna raven, ki pojasnjuje mehanizme preučevanega fenomena s simboli, formulami, kemijskimi enačbami, diagrami, mehanizmi, izračuni, genotipi, vzorci dedovanja in filogenetskimi drevesi. Ter glavna področja (tretja dimenzija) v biologiji, obširno in kompleksno znanje o življenju in živih organizmih, na primer evolucija, homeostaza, odnosi med živimi bitji, razmnoževanje in dedovanje, razvoj in ekologija. S.

Ainsworth (2008) pravi, da lahko večpredstavnostne reprezentacije podpirajo konstrukcijo boljšega razumevanja pri učencih, kadar učenci uspešno povežejo prezentacijo z identifikacijo značilnosti biološke domene in lastnosti posamezne predstavitve.

Devetak (2012) poudarja, da je razumevanje zgradbe snovi na ravni delcev zelo pomembno in da je treba z izobraževalnim procesom doseči celostno razumevanje naravoslovja ter je ravno zaradi tega treba vidne pojave v naravi razložiti tako, da bodo za učenca smiselni in uporabni.

Zato je pomembno, da učitelj pri razlagi pojmov in pojavov uporabi predstavitve snovi in procesov na delčni ravni. Pri tem mora biti učitelj oz. oblikovalec predstavitev delčnega sveta pozoren na to, da je predstavitev narejena tako, da učencu omogoča ustvarjanje strokovno ustreznega, poglobljenega in trajnega naravoslovnega znanja na način, ki bo razumljiv učencu, saj bo le tako oblikovano znanje učencu služilo kot osnova za nadgradnjo naravoslovnih pojmov (Devetak, 2012). Učenje znanstvenih konceptov lahko poteka na podlagi več različnih oblik prikazov, kot so diagrami, grafi in enačbe. To lahko pozitivno prispeva k učenčevemu znanju, vendar učenci pogosto ne izkoristijo takšnih prednosti v poučevanju, prav tako imajo lahko neprimerne kombinacije predstavitev ravno nasprotni učinek na učenčevo zanje. Pri uporabi različnih reprezentacij moramo zato biti zelo previdni, saj predstavljajo močno orodje, s katerim je treba ravnati previdno, da je lahko za učence uporabno (Ainsworth, 2008). V primeru, ko je ena oblika prezentacije preveč kompleksna in pri učencih namesto dobrega razumevanja povzroči napačne predstave, je smiselno k razlagi vključiti še drugo, nekoliko lažjo ter bolj nazorno prezentacijo, ki je za učence enostavnejša za razumevanje. Pri uporabi večpredstavnostnih prezentacij, ki so resnično komplementarne, lahko pričakujemo, da bodo tudi učenci sčasoma vedno pogosteje uporabljali večpredstavnostne prezentacije, ne glede na njihovo strokovno znanje (Ainsworth, 2008).

(13)

5

2.2.1 RAZISKAVE NA PODROČJU POUČEVANJA Z VEČ RAVNI PREZENTACIJ

Večpredstavnostne prezentacije so lahko zelo učinkovite pri učni uri, vendar morajo biti prikazi takšni, da jasno opredelijo uporabnost izbranih predstavitev za reševanje problemov (Stieff idr., 2011). S. Ainsworth (2008) pravi, da uporaba različnih kombinacij prezentacij najbolj spodbuja dobro znanje, vendar to pomeni, da se učenci srečujejo z velikim številom kompleksnih nalog, kar je lahko zanje zelo naporno. Zato je pomembno, da ne pretiravamo z velikim številom različnih prezentacij, saj lahko količina negativno deluje na proces učenja.

Če je možno temo dobro razložiti le z eno obliko prezentacije, potem ni smiselno v razlago vključevati dodatnih prezentacij. V primeru uporabe več različnih prezentacij je pomembno, v kakšnem zaporedju jih predstavimo. Prav tako ni smiselno predstaviti vseh naenkrat, ampak je treba učencem vmes pustiti nekaj časa, da že prikazano usvojijo. Zelo pomembno je tudi poznati veščine in pretekle izkušnje, ki jih imajo učenci na obravnavanem področju. Če so s tem področjem že dobro seznanjeni in nimajo napačnih predstav, ni treba pri tej temi izgubljati veliko časa s predstavitvijo različnih prezentacij. Potrebno je biti seznanjen tudi s tem, ali učenci razumejo obliko prezentacije, ki jo predstavljamo, in ali je prezentacija dovolj nazorna, da jo bodo lahko učenci povezali s temo, ki jo predstavlja. V primeru več različnih prezentacij je pomembno, da so te barvno usklajene in imajo enake simbole ter oznake, saj lahko v nasprotnem primeru učence zelo zmedejo. Če uporabljamo več različnih prezentacij, moramo imeti v mislih, kakšen cilj hočemo z njimi doseči. Pri prikazu več različnih prezentacij se lahko učenci preveč časa ukvarjajo s povezavo teh prezentacij med sabo, zato je lahko razumevanje slabše. Učenje je lahko ovirano, če učenci porabijo veliko časa in napora pri povezovanju predstavitev. Učitelji lahko to preprečijo tako, da že sami povežejo predstavitve med sabo, če je to potrebno za razumevanje ali pa ne uporabijo več različnih predstavitev za enak pojav. Če učencem ne uspe povezati predstavitev med sabo, bodo zelo težko oblikovali dobro razumevanje teme in najverjetneje ne bo prišlo do abstrakcije (Ainsworth, 2008).

Torkar in Glažar (2017) sta v svoji raziskavi preverjala, kako slovenski sedmošolci in devetošolci razumejo dogajanje v oveneli rastlini na makroskopski in submikroskopski ravni.

Ugotovila sta, da so učenci na makroskopski ravni znali pojasniti dogajanje v oveneli rastlini, težave pa so se pojavile pri pojasnjevanju in razlagi odgovora na submikroskopski ravni prezentacij. Prav tako večina učencev ni znala pojasniti, kaj predstavljajo delci v animacijah.

Iz analize rezultatov so ugotovili, da uporaba nalog z več ravni prezentacij zahteva dobro premišljeno vsebinsko zasnovo nalog in oblikovanje prezentacij. Zelo pomemben vpliv na razumevanje več ravni prezentacij pri učencih pa ima tudi njihovo predznanje (Torkar in Glažar, 2017). Panizzon (2003) je v svoji raziskavi poskušal ugotoviti, kakšno je razumevanje difuzije pri dijakih (16–18 let) in študentih prvega letnika naravoslovnih fakultet. Na podlagi rezultatov je ugotovil, da je zelo je pomembno, da difuzijo predstavimo tudi na submikroskopski ravni, saj s prikazom gibanja delcev zagotovimo boljše razumevanje pri učencih. Osredotočiti se moramo tudi na koncepte, ki jih učenci poznajo iz vsakdanjega življenja, na primer koncentracija in vzpostavitev ravnotežja molekul vode v procesu difuzije.

Te izkušnje skupaj z analogijami in predstavitvami na različnih ravneh prezentacije so

(14)

6

pričakovane strategije poučevanja. Kljub temu pa študentje prvih letnikov, ki so bili vključeni v to raziskavo, niso bili deležni teh strategij v sklopu njihovega univerzitetnega programa (Panizzon, 2003). Z analizo svojih testov lahko študenti ugotovijo, da samo opazovanje (makroskopska raven) določenega procesa ni dovolj in da mora biti razumevanje tudi na submikroskopski ravni (Tomažič in Vidic, 2012). Sanger, Brecheisen in Hayek (2001) navajajo, da lahko veliko težav, povezanih z razumevanjem osmoze, odpravimo z animacijami na delčni ravni. Če učencem pokažemo animacijo, ki prikazuje, kako voda prehaja skozi polprepustno membrano, imajo učenci veliko boljšo predstavo o premikanju delcev v snovi in bolje razumejo dinamiko molekul v ravnotežju (Sanger idr., 2001).

2.3 OČESNI SLEDILEC IN UPORABA VEČ RAVNI PREZENTACIJ

Očesni sledilci so naprave, ki zbirajo informacije o področju in trajanju fiksacije očesa znotraj določenega območja na računalniškem zaslonu. Ko oseba opazuje prikazane besede in slike na zaslonu, očesni sledilec sledi pogledu te osebe, prav tako pa lahko beleži tudi klike z miško (Tai, Loehr in Brigham, 2006). Sledenje očem predstavlja prepričljivo metodološko rešitev, saj zagotavlja dragocen vpogled v vizualno pozornost udeležencev raziskave. Natančneje, sledenje očem, in sicer merjenje gibov oči glede na glavo ter vizualno stimulacijo, zagotavlja hiter in zanesljiv vidik vizualne pozornosti. Očesni sledilci lahko merijo prostorske in časovne značilnosti gibov oči ter zagotavljajo informacije o fiksacijah in hitrih gibih očesa. Kot fiksacijo razumemo ohranjanje vizualnega pogleda na določeni lokaciji v vidnem polju, medtem ko hitro gibanje oči pomeni premik očesa iz ene lokacije na drugo. Sledenje očesa zagotavlja nekoliko bolj objektiven in merljiv vpogled v kognitivne procese, ki so vključeni v reševanje problemov (Susac, Bubic, Kaponja, Planinic in Palmovic, 2014). Bralec med prebiranjem literature interpretira besede med tem, ko je njegov pogled osredotočen na to besedo. Pogled je fiksiran na besedo toliko časa, dokler je bralec v celoti ne razume (Just in Carpenter, 1980). Velikost prezentacij in lega prezentacij na vidnem polju lahko tudi vplivata na količino časa, ki jo učenci porabijo na določeni prezentaciji (Stieff idr., 2011).

Torkar, Veldin, Glažar in Podlesek (2018) so v svoji raziskavi, ki so jo izvedli med slovenskimi osnovnošolci, srednješolci in dodiplomskimi študenti (N = 79) s pomočjo očesnega sledilca preverjali njihovo razumevanje vodnega ravnovesja v rastlinah na makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni. Raziskovalni problem je obsegal besedilo, vizualizacijo procesa v rastlini in pet nalog. S pomočjo uporabe očesnega sledila so na podlagi skupnega trajanja fiksacij na posameznem področju določili območja področij, ki so jim sodelujoči v raziskavi namenili največ časa. Ugotovili so, da so učenci osnovnih šol pokazali manj znanja in razumevanja izbranega procesa kot srednješolci ter študenti. Študenti, ki so pravilno odgovorili na zastavljena vprašanja, so porabili manj časa za opazovanje biološkega pojava, prikazanega na makroskopski in submikroskopski ravni, kot tisti z nepravilnimi odgovori. Pogosto pa so študentje v primerjavi z osnovnošolci in srednješolci v svoje odgovore vključevali makroskopsko, mikroskopsko in submikroskopsko raven razmišljanja. Učenje težjih znanstvenih tem, kot je vodno ravnovesje v rastlinah, s

(15)

7

predstavitvami na makroskopski in submikroskopski ravni, je lahko koristno ali pa zmedeno za učence. To je predvsem odvisno od njihovega strokovnega znanja pri uporabi več ravni predstavitev, kar je treba upoštevati pri poučevanju biologije (Torkar idr., 2018).

Chen idr. (2014) so v svoji raziskavi uporabili očesni sledilec z namenom, da bi ugotovili, kako premikanje oči vpliva na priklic informacij in pravilnost odgovorov. Študentje, ki so na vprašanja odgovorili pravilno, so imeli daljši čas trajanja fiksacij kot študentje, ki so na vprašanje odgovorili napačno. Ugotovili so, da je premikanje oči neposredno povezano s sposobnostjo pravilnega priklica informacij. Povprečni čas trajanja fiksacij je indikator, po katerem najlažje predvidimo pravilni priklic informacij, saj je priklic informacij povezan s tem, kam je pogled usmerjen in s trajanjem pogleda na določeno področje zanimanja.

Ugotovili so, da je povprečni čas trajanja fiksacij za slikovne predstavitve pojmov daljši kot za besedne predstavitve pojmov, ne glede na pravilnost odgovora. Razlog za to se skriva v tem, da slika našo pozornost hitreje usmeri v izstopajoče področje zanimanja, kot pa besedne predstavitve. Tai idr. (2006) so v svojo raziskavo vključili bodoče učitelje naravoslovnih predmetov in pri njih preverjali izvedljivost uporabe spremljanja učenčevih pogledov z očesnim sledilcem, z namenom vpogleda v njihovo znanje in uspešnost na določenem področju. Sledenje očem naj bi bil najbolj nepristranski pokazatelj kognitivne aktivnosti in načinov, s katerimi študentje pristopajo k reševanju problemov. Ugotovili so, da kljub temu da so bili v raziskavo vključeni študentje iz iste smeri študija (naravoslovni predmeti), kar pomeni, da imajo približno enako mero znanja na tem področju, je očesnemu sledilcu uspelo razločevati med mero znanja posameznikov, vključenih v raziskavo.

Cook idr. (2008) so v svoji raziskavi ugotovili, da učenci, ki imajo nižjo stopnjo predhodnega znanja o izbranem pojavu, potrebujejo več časa pri ogledu in razlagi grafičnega zapisa na mikroskopski in submikroskopski ravni predstavitve pojma. Ti učenci se pri opazovanju grafičnega zapisa osredotočajo na vse dele grafičnega zapisa, ne glede na to, koliko bi jim ti deli grafičnega zapisa pomagali pri njihovem pojmovnem razumevanju te teme. Zato je treba grafični zapis oblikovati tako, da pomembne informacije za razumevanje predstavljenega procesa izstopajo. Poleg tega morajo biti makroskopske in submikroskopske predstavitve med seboj jasno povezane, saj tako olajšamo učenčevo razumevanje (na primer uporabljena barva za izbrano snov mora biti na isti makroskopski in submikroskopski ravni predstavitve). Prav tako je zelo pomembno tudi to, da je makroskopska predstavitev in submikroskopska predstavitev ponazorjena v istem časovnem obdobju. Ne glede na to, kako zelo dobro je oblikovan grafični prikaz, pa je zelo pomembna interpretacija in predstavitev grafičnega prikaza, ki ga opravi učitelj (Cook idr., 2008).

(16)

8

2.4 OSMOZA, DIFUZIJA IN TURGORSKI TLAK

Sperelakis (2012) difuzijo opiše, kot nenaključno gibanje molekul iz mesta z višjo na mesto z nižjo koncentracijo ter kot najpomembnejšo obliko transporta v celicah in celičnih sistemih.

Pri osmozi govorimo o pretoku topila iz višje koncentracije topljenca skozi polprepustno membrano na nižjo koncentracijo topljenca. S tem lahko uspešno razložimo tudi nekatere druge pojme in procese v celici, kot so: (1) turgorski tlak, (2) prevzem vode v rastlino, (3) vodno ravnotežje pri vodnih organizmih in (4) transport v živih organizmih (Sperelakis, 2012).

Osmoza je pojav, osnovan na prisotnosti polprepustne membrane, ki skozi prepušča molekule topila, ne pa tudi topljenca. V primeru, da je membrana med dvema raztopinama različnih koncentracij, bodo molekule topila prehajale iz mesta z višjo koncentracijo topljenca na mesto z nižjo koncentracijo, dokler se ne bo vzpostavilo ravnotežje (Ben-Sasson in Grover, 2003).

Osmozo lahko definiramo tudi kot gibanje vode skozi polprepustno membrano, zaradi razlike v osmotskem tlaku na drugi strani membrane. Voda prehaja iz mesta z višjim vodnim potencialom, na mesto z nižjim vodnim potencialom. Polprepustna membrana dovoljuje prehod molekulam vode skoznjo in obenem preprečuje prehod molekulam topljenca ali ionov.

Ravno različna koncentracija topljenca na obeh straneh membrane povzroči prehod vode (Cath, Childress in Elimelech, 2006). Celična membrana je sestavljena iz fosfolipidov, organiziranih kot dvosloj dveh zaprtih plasti, ki ločita medcelični prostor od zunajceličnega prostora. Selektivni in regulirani prehod ionov in neelektrolitov preko celične membrane je bistvena komponenta celične homeostaze. Zaradi hidrofobnih lastnosti fosfolipidov je celična membrana neprepustna pregrada, ki ne prepušča hidrofilnih snovi. Selektivni prehod hidrofilnih topil preko hidrofobne pregrade je fiziološka lastnost celične membrane, ki jo imenujemo prepustnost membrane, ki jo omogoča prisotnost membranskih transportnih proteinov, ki vsebujejo fosfolipidni dvosloj (Sperelakis, 2012).

Odnos med rastlino in vodo, ki vključuje pridobivanje vode iz zemlje, transport vode po rastlini in izgubo vode s transpiracijo, je povezan s tem, kako rastlina skrbi za hidratacijo svojih celic. Voda v rastlini je običajno izražena kot vodni potencial, ki je vedno negativen in predstavlja vsoto hidrostatskega in osmotskega tlaka vode. Pretok vode skozi rastlino in zemljo, kjer so razdalje makroskopske, poganja gradient hidrostatskega tlaka. Pri mikroskopskih razdaljah, kot je prečkanje polprepustne membrane pa pretok vode poganja gradient vodnega potenciala. Izhlapevanje vode skozi liste je kontrolirano s strani listnih rež.

V primeru, da je izhlapevanje vode iz listov večje kot pridobivanje vode iz prsti, bo rastlina ovenela (Passioura, 2010). Dobro zalite rastline so turgidne (nabrekle). Njihove celice, ki jih obdaja močna, vendar nekoliko elastična membrana, so napihnjene zaradi notranjega pritiska, ki mu rečemo turgorski tlak. Rastline najbolje uspevajo, ko so turgidne. Veliko struktur višjih rastlin teži k temu, da so njihove celice dobro napojene z vodo, zato da lahko dobro funkcionirajo (rastejo, fotosintetizirajo, dihajo) (Passioura, 2010). Turgorski tlak je razlika med notranjim in zunanjim osmotskim tlakom v rastlinski celici. Povzroči dovolj veliko silo, da se lahko celica razširi proti celični steni. Pri neolesenelih rastlinah daje turgorski tlak obliko rastlinam (Bisson in Kirst, 1995).

(17)

9

2.5 POUČEVANJE IN RAZUMEVANJE OSMOZE IN DIFUZIJE PRI UČENCIH

Vidiki učenja konceptov difuzije in osmoze (kot so membrane, kinetična energija snovi in posamezni delci) vodijo v velikem številu primerov do napačnega razumevanja pri učencih.

Koncept difuzije je ključen pri poučevanju bioloških znanosti, razumevanje koncepta pa je pomemben predhodnik nadaljnjega razumevanja konceptov tudi fizikalnih znanostih. Učenje o koncentracijah ter toničnosti pri procesu difuzije in osmoze je za učence zelo zahtevno, zato velikokrat prihaja do napačnih razumevanj teh procesov, ki jih je treba z oblikovanjem učnih ur čim bolj odpraviti. Eden izmed načinov je ta, da učenci v vsaki fazi učenja aktivno sodelujejo pri pouku (ogled materiala, beleženje podatkov in analiziranje rezultatov). Pri učencih je treba v razredu spodbujati skupinsko razpravo rezultatov. Pri tem mora učitelj delovati kot posrednik, ki povezuje različna razmišljanja in ideje v celoto. Učenci morajo o konceptih razpravljati in argumentirati njihove odnose, saj lahko tako pridobimo njihovo pozornost, ki je usmerjena v obravnavane koncepte (Oztas, 2014). Tarakci, Hatipoglu, Tekkaya in Ozeden (1999) pravijo, da sta difuzija in osmoza, temeljna procesa v biologiji, ki sta ena izmed najpogostejših težje razumljivih oziroma nerazumljivih, ki jih poučujejo v biologiji. V svoji raziskavi med učenci prvega in tretjega letnika srednje šole so ugotovili, da niti učenci prvega niti učenci tretjega razreda niso zadovoljivo razumeli koncepta difuzije in osmoze. Prišlo je do velike razlike med stopnjami glede na razred v razumevanju in napačnimi predstavami glede teh dveh konceptov. Analiza napačnih predstav je pokazala, da je veliko napačnih pojmovanj posledica napačnega razumevanja znanstvene terminologije in nerazumevanja konceptov (npr. difuzije in osmoze). Ugotovili so, da je večina napačnih razumevanj pri učencih odvisna od: (1) učnih strategij pri pouku biologije, ki temeljijo na učenju pojmov na osnovi priklica informacij, (2) časovnega omejevanja, kar učencem ne omogoča, da vzpostavijo celovito razumevanje pojmov in (3) pomanjkanje ustreznih laboratorijskih izkušenj, ki so zelo pomembne, da lahko učenci povezujejo svoje znanje z resničnim življenjem (Tarakci idr., 1999). Meir, Perry, Stal, Maruca in Klopfer (2005) so opredelili kot najpogostejša napačna razumevanja, ki jih opažajo pri učencih: (1) molekule zaradi posebne sile prehajajo iz mesta z višjo proti mestu z nižjo koncentracijo, (2) ravnotežje je statično, (3) povečana gostota molekul ni povezana s tlakom ali volumnom in (4) različni topljenci imajo drugačen vpliv na osmozo.

AlHarbi, Treagust, Chandrasegaran in Won (2015) so v svoji raziskavi zapisali, da je zelo pomembno, da bodoči učitelji biologije pridobijo temeljito razumevanje kompleksnih procesov, kot sta difuzija in osmoza, da ne bodo na začetku svoje pedagoške kariere, posredovali učencem lastnih napačnih razumevanj, ki so si jih ustvarili med izobraževanjem.

Razumevanje konceptov difuzije in osmoze, še posebej za biološko razumevanje pojmov, zahteva tudi razumevanje konceptov teorije delcev (AlHarbi idr., 2015). Tomažič in Vidic (2012) sta ugotovila, da bodoči učitelji biologije nimajo zadostnega znanja o določenih znanstvenih temah na področju difuzije in osmoze. Zato je treba študente pripraviti, tako da postanejo usposobljeni učitelji s temeljitim poznavanjem biologije in predmetov, povezanih z biologijo, ter osnovnih učnih veščin. Poleg tega so rezultati te študije pokazali, da so študenti,

(18)

10

ki so se z izvajanjem poskusov o difuziji in osmozi srečali v srednji šoli, dosegli boljše rezultate testa o difuziji in osmozi kot tisti študenti, ki v srednji šoli niso imeli takšnih poskusov (Tomažič in Vidic, 2012).

Odom in Barrow (2007) sta v svoji raziskavi prav tako ugotovila, da študenti biologije nimajo znanstveno sprejemljivega znanja o difuziji in osmozi. Največ napačnih predstav imajo o koncentraciji in toničnosti, vplivu življenjskih sil na difuzijo in osmozo, membranah in delcih v procesu difuzije in osmoze. Malińska, Rybska, Sobieszczuk-Nowicka in Adamiec (2016) pravijo, da študenti biologije nimajo zadovoljivega znanja o procesih difuzije, osmoze in plazmolize, ter da je v njihovem razumevanju prisotnih veliko napačnih razumevanj. Opazili so, da študenti težko povežejo svoje znanstveno znanje z njihovim splošnim razumevanjem.

Tako so na primer študenti, ki so prepoznali razliko med plazmolizo in osmozo, pravilno prepoznali tudi strukture, kjer je prišlo do plazmolize, prav tako so tudi študenti, ki niso prepoznali razlike med plazmolizo in osmozo, prepoznali strukture, kjer je prišlo do plazmolize. V raziskavi, ki so jo izvedli AlHarbi idr. (2015) med bodočimi učitelji naravoslovja, so ugotovili, da so ti bolje razumeli koncept difuzije in osmoze, kot pa koncept teorije delcev. Prav tako je bilo pri pojasnjevanju procesa difuzije in osmoze uporabljenih manj alternativnih pojmov kot v primerjavi s teorijo delcev snovi. Rezultati so pokazali, da so imeli bodoči učitelji na splošno večje težave pri razumevanju načel teorije delcev. Zato je treba dati prednost pouku o teoriji delcev snovi, saj je natančno razumevanje teh načel na učence preneseno s strani učiteljev, zaradi nepravilne obravnave te teme.

Malińska idr. (2016) so opazili tudi to, da je predavanje o fiziologiji rastlin zelo pripomoglo k temu, da so študenti bolje razlikovali procesa difuzije in osmoze, saj je po predavanju veliko več študentov razumelo, da se osmoza pojavi v prisotnosti polprepustne membrane in znalo pravilno navesti vrsto delcev, ki sodelujejo v tem procesu (voda ali topilo). Delež odgovorov, ki kažejo, da je razlika med osmozo in difuzijo povezana s smerjo pretoka glede na koncentracijski gradient, se je po predavanju znatno zmanjšal, kar kaže na to, da je več študentov prepoznalo spontanost obeh procesov. Ugotovljeno je bilo tudi statistično povečanje sposobnosti študentov, da pravilno prikazujejo vedenje celic v raztopinah z različnimi vodnimi potenciali. Študenti pogosteje kažejo pravilno smer vodnega toka in spremembe v obliki celice. Verjamemo, da je to izboljšanje posledica možnosti neposrednega opazovanja vedenja celic med plazmolizo pod mikroskopom in uporabe koncepta vodnega potenciala v praksi, saj se je znatno povečal delež pravilnih odgovorov glede gibanja delcev v celici ter tudi v razumevanju samega konteksta vodnega potenciala (Malińska idr., 2016).

Skrb vzbujajoče je dejstvo, da nekateri napačni pojmi, kot so: prepričanje, da osmoza in plazmoliza nista povezani, ali prepričanje, da je osmoza običajno biološki proces, prevladujejo v znanstvenih konceptih. Velika večina njihovih študentov prav tako ne more razlikovati med difuzijo in osmozo, kar kaže na to, da je vir takšnih napačnih predstav način, kako se učenci seznanijo s temi pojavi. Dejansko lahko definicije osmoze v srednjih šolah in univerzitetnih učbenikih spodbujajo, ali celo okrepijo splošno nepravilno razumevanje tako kompleksnih procesov (Malińska idr., 2016).

Z analizo lastne uspešnosti pri testu lahko študenti identificirajo svoje slabosti glede difuzije in osmoze ter nato izboljšajo svoje znanje in se seznanijo z uporabo nepravilnih pojmov.

(19)

11

Podrobna analiza preizkusa omogoča učiteljem, da primerjajo rezultate in ugotovijo, da je treba obema procesoma pristopiti interdisciplinarno (Tomažič in Vidic, 2012). Učence je treba spodbuditi k reševanju problemov, zato je pomembno, da odgovarjajo na več vprašanj odprtega tipa, s katerimi lahko dosežejo višje ravni abstraktnega mišljenja in razumevanja.

Velikokrat pa se zgodi, da se učenci z odprtimi tipi vprašanj srečajo šele na preizkusu znanja.

Ker niso navajeni na tako vrsto vprašanj in razmišljanja, je njihovo reševanje po navadi slabše in odgovori osnovani na nižjih ravneh razumevanja (Panizzon, 2003). Učitelji biologije morajo pri učencih spodbujati oblikovanje znanstveno utemeljenega razumevanja izbranega biološkega koncepta. Njihova študija je pokazala, da je eden od načinov za doseganje razumevanja koncepta zagotoviti učno okolje, ki bo učencem omogočilo aktivno povezovanje idej, dejstev in konceptov. Učna ura mora biti strukturirana tako, da pri učencih ustvarja takšne povezave med koncepti, ki učitelju dajejo možnost, da jim s tem olajša razumevanje in odpravo napačnih predstav, ki bodo učencem v pomoč pri razvijanju smiselnih razumevanj bioloških pojmov (Marek, Cowan in Cavallo, 1999).

Napačne predpostavke v zvezi s plazmolizo izhajajo predvsem iz predhodnega znanja učencev in njihovih težav pri vključevanju v njihov lastni konceptualni pregled. V srednješolskih in univerzitetnih učbenikih je treba močneje poudariti vzročno-posledično povezavo med osmozo in plazmolizo. Pri poučevanju vodnih odnosov v rastlinskih celicah je pomembno, da uporabimo specifične didaktične metode, na primer sprotno preverjanje znanja pri učencih, saj to omogoča stalno spremljanje trenutnega znanja študentov, da bi jim pomagali pridobiti bolj znanstveno razumevanje posameznih konceptov (Malińska idr., 2016).

(20)

12

3 EMPIRIČNI DEL

3.1 OPREDELITEV RAZISKOVALNEGA PROBLEMA

Raziskovalni problem magistrskega dela je ugotoviti, kako učenci s pomočjo treh ravni predstavitve pojmov (makroskopska, mikroskopska in submikroskopska) razumejo turgorski tlak v rastlini.

Torkar in Glažar (2017) sta v svoji raziskavi ugotovila, da učenci z razlago biološkega pojava na makroskopski ravni niso imeli večjih težav, vendar so se te pojavile pri razlagi pojava na submikroskopski ravni prezentacij. Prav tako so Torkar idr. (2018) v svoji raziskavi ugotovili, da so učenci, ki so pravilno odgovorili na zastavljena vprašanja o biološkem procesu v rastlini, porabili manj časa pri opazovanju predstavljenega pojava na makroskopski in submikroskopski ravni, kot tisti učenci, ki na zastavljeno vprašanje niso odgovorili pravilno.

Zato smo v svojo raziskavo vključili tudi mikroskopsko raven biološkega pojava, saj smo želeli ugotoviti, ali bodo učenci s pomočjo vseh treh ravni predstavitve bioloških pojmov bolj uspešni pri razumevanju tega procesa. Prav tako smo z raziskavo preverjali tudi, s pomočjo katere ravni predstavitve biološkega pojava so učenci odgovarjali na zastavljena vprašanja.

3.2 CILJI IN HIPOTEZE

Glavni cilj raziskave je ugotoviti, ali znajo učenci opazovani biološki pojav razložiti na podlagi makroskopske, mikroskopske in submikroskopske ravni prezentacij. Prav tako želimo z raziskavo ugotoviti, kakšne težave imajo učenci z interpretacijo izbranega biološkega pojava na več ravneh prezentacij.

Na podlagi zastavljenih ciljev smo oblikovali naslednjih 9 hipotez, ki smo jih želeli preveriti z raziskavo:

Hipoteza 1: Učenci bodo na podlagi makroskopske, mikroskopske ali submikroskopske predstavitve znali pojasniti, kaj se dogaja z rastlino, ko jo zalijemo.

Hipoteza 2*: Učenci bodo izbrani pojav razložili pravilneje in nazorneje s pomočjo makroskopske, mikroskopske in submikroskopske ravni prezentacij, kot v primeru, ko imajo na voljo samo makroskopsko raven prezentacije.

Hipoteza 3*: Učenci, ki znajo pravilno pojasniti dogajanje v rastlini (ko jo zalijemo), bodo dlje časa potrebovali za oblikovanje odgovora kot učenci, ki bodo odgovorili nepravilno, ko bodo imeli na voljo ponazoritev na vseh treh ravneh prezentacij.

(21)

13

Hipoteza 4: Učenci bodo na podlagi mikroskopske ravni prezentacij znali prepoznati zgradbo rastlinske celice.

Hipoteza 5: Učenci bodo na podlagi mikroskopske ravni prezentacij znali razložiti delovanje rastlinske celice.

Hipoteza 6: Učenci bodo na podlagi submikroskopske ravni predstavitve znali prepoznati molekule v rastlinski celici.

Hipoteza 7: Učenci bodo na podlagi submikroskopske ravni predstavitve znali prepoznati gibanje molekul v rastlinski celici.

Hipoteza 8: Učenci, ki se jim je zdela naloga zanimivejša, bodo pravilneje odgovarjali na zastavljena vprašanja.

Hipoteza 9: Učenci, ki se jim je zdela naloga lažja za reševanje, bodo pravilneje odgovarjali na zastavljena vprašanja.

* Hipotezi se nanašata na izvedbo raziskave s preizkusom znanja z očesnim sledilcem.

3.3 METODE DELA

3.3.1 VZOREC

V raziskavo je bilo vključenih 176 učencev 6., 7., 8. in 9. razreda dveh izbranih osnovnih šol iz Ljubljane in Novega mesta (preglednica 1). Od tega je naključno izbranih 15 učencev 6.

razreda in 16 učencev 7. razreda sodelovalo v raziskavi z očesnim sledilcem (skupaj 31 učencev). Preostalih 145 učencev je v raziskavi sodelovalo tako, da so pisno reševali preizkus znanja.

Za učence, ki so sodelovali v raziskavi, smo s pomočjo učitelja osnovne šole pridobili potrebna soglasja za sodelovanje učencev v raziskavi. Za učence, ki so sodelovali v raziskavi z očesnim sledilcem, smo pripravili dodatno soglasje za starše, na podlagi katerega so se strinjali, da njihov otrok sodeluje v raziskavi.

(22)

14

Preglednica 1: Predstavitev vzorca (števila učencev) glede na razred, spol in dopolnjeno starost.

Število učencev

f f %

Razred

6. 50 28

7. 51 29

8. 50 28

9. 25 14

Skupaj 176 100

Spol

M 86 49

Ţ 90 51

Skupaj 176 100

Dopolnjena starost

11 19 11

12 62 35

13 53 30

14 31 18

15 11 6

Skupaj 176 100

3.3.2 OPIS POSTOPKA ZBIRANJA PODATKOV

Podatke smo pridobili s pomočjo preizkusa znanja in z uporabo očesnega sledilca. Preizkus znanja smo oblikovali samostojno, v ta namen smo oblikovali tudi ponazoritev dogajanja izbranega biološkega procesa v rastlini na vseh treh nivojih predstavitve bioloških pojmov (makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni).

Zbiranje podatkov je potekalo tako, da je 31 učencev na 11 zastavljenih nalog odgovarjalo s pomočjo računalnika, ki ima nameščen očesni sledilec Tobii eye tracker. Raziskava je potekala na osnovni šoli, v kabinetu učilnice za biologijo. Učenci so posamezno prihajali v kabinet, kjer smo vsakemu izmed njih na začetku predstavili vsebino in potek raziskave, ter jim pojasnili, kaj je očesni sledilec. Učenci so na zastavljene naloge odgovarjali tako, da so pred seboj na računalniškem ekranu (razdalja med zaslonom in očmi je bila približno 60 cm) imeli prikazano zastavljeno nalogo in fotografijo, s pomočjo katere so odgovarjali na zastavljeno nalogo. Na naloge so odgovarjali ustno, osebno pa sem njihove odgovore pisno zabeležila, v ta namen smo vsakemu učencu določili kodo, s katero smo lahko rezultate, zabeležene z očesnim sledilcem, povezali z rešenim preizkusom znanja. Testirani učenci niso imeli časovne omejitve, vsak je potreboval približno 15 do 20 minut, da je odgovoril na vse naloge. Na koncu smo se učencu zahvalili za sodelovanje in ga pospremili iz kabineta.

(23)

15

Preostalih 145 učencev je na zastavljene naloge odgovarjalo pisno. Učenci so preizkus znanja reševali po razredih v učilnici. Skupaj z učiteljem smo učencem podali navodila za reševanje preizkusa znanja. Vsak učenec je prejel list A4, na katerem je bila fotografija makroskopske, mikroskopske in submikroskopske ravni predstavitve biološkega pojava (turgorski tlak v rastlini), in list A4 z zapisanimi nalogami (10 nalog), na katere so morali odgovoriti s pomočjo fotografije. Učenci niso imeli časovne omejitve in so za reševanje potrebovali približno 15 do 20 minut.

3.3.3 POSTOPKI OBDELAVE PODATKOV

Podatke smo analizirali in obdelali z računalniškim programom SPSS, s pomočjo deskriptivne in inferenčne statistike. Na podlagi deskriptivne statistike smo izračunali absolutne (f) in odstotne (f %) frekvence. Na podlagi inferenčne statistike pa Wilcoxonov test (s katerim smo izračunali, ali prihaja do statistično pomembnih razlik med časom trajanja fiksacij in področjem zanimanja), in Pearsonov korelacijski koeficient (s katerim smo izračunali korelacijo med učenčevo zanimivostjo naloge in uspešnostjo reševanja preizkusa ter korelacijo med učenčevo oceno težavnosti naloge in številom doseženih točk na preizkusu znanja). Rezultate smo ponazorili v obliki tabel.

3.4 REZULTATI IN INTERPRETACIJA

Rezultati, pridobljeni na podlagi izvedene raziskave, so predstavljeni v obliki tabel. Rezultati, ki smo jih pridobili s pomočjo preizkusa znanja z očesnim sledilcem, so ponazorjeni tudi s slikami. Raziskava je vsebovala dva dela: prvi del raziskave je bil izveden na podlagi preizkusa znanja, drugi del pa je bil izveden na podlagi preizkusa znanja z očesnim sledilcem;

v vseh tabelah je označeno, kateri podatki so bili pridobljeni na podlagi preizkusa znanja in kateri na podlagi preizkusa znanja z očesnim sledilcem. Preizkus znanja z očesnim sledilcem je vseboval eno nalogo več kot preizkus znanja, ki so ga učenci reševali pisno. Oba preizkusa znanja sta v poglavju Priloge.

(24)

16 3.4.1 REZULTATI GLEDE NA HIPOTEZO 1

Hipoteza 1: Učenci bodo na podlagi makroskopske, mikroskopske ali submikroskopske predstavitve znali pojasniti, kaj se dogaja z rastlino, ko jo zalijemo.

Prvo hipotezo smo preverjali s prvo nalogo: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.«

Preglednica 2: Odgovori učencev na 1. nalogo na preizkusu znanja glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru.

Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.

(Fotografija ponazoritev na makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni.)

Uporaba ravni v odgovoru

Število pravilnih odgovorov

Število nepravilnih odgovorov

Ni

odgovora Skupaj

f f (%) f

f (%) f

f (%)

Makroskopska 79 45 27 15 0 0 106 60

Mikroskopska 22 13 1 1 0 0 23 13

Submikroskopska 0 0 2 1 0 0 2 1

Makroskopska in mikroskopska 24 14 1 1 0 0 25 14 Makroskopska in submikroskopska 1 1 0 0 0 0 1 1 Mikroskopska in submikroskopska 1 1 1 1 0 0 2 1 Makroskopska, mikroskopska in

submikroskopska 6 3 2 1 0 0 8 5

Ni odgovora 0 0 0 0 9 5 9 5

Skupaj 133 76 34 19 9 5 176 100

Preglednica 3: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske ravni v odgovoru.

Primeri najpogostejših odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske ravni v odgovoru.

Pravilen odgovor Nepravilen odgovor

Ko zalijemo ovenelo rastlino, dobi veliko vode, da lahko zaživi. Če jo še malo zalijemo, ni več posušena.

Nič, ker je že odmrla.

Dobi vodo in lahko spet zaživi. Rastlina še bolj oveni.

Ko rastlino zalijemo, se postavi pokonci. Vase dobi več vode. Rastlina postane lepša.

Odpadejo listi.

(25)

17

Preglednica 4: Primeri najpogostejših pravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske in mikroskopske ravni v odgovoru.

Večina učencev, ki je podala pravilne odgovore (45 %), je svoje odgovore oblikovala s pomočjo makroskopske ravni prezentacije (preglednica 2), najpogostejši odgovor učencev z uporabo makroskopske ravni v odgovoru je bil, da ko zalijemo ovenelo rastlino, dobi dovolj vode, da lahko zaživi in če jo še malo zalijemo, potem ni več posušena. Najpogostejši nepravilni odgovor pa je bil, da se z rastlino nič ne zgodi, saj je že umrla (preglednica 3). Z uporabo mikroskopske ravni v odgovoru je odgovorilo 13 % učencev, primeri najpogostejših pravilnih odgovorov so prikazani, v preglednici 4. Z uporabo makroskopske in mikroskopske ravni v odgovoru je odgovorilo 14 % učencev in le 3 % učencev je v svoj odgovor vključilo še submikroskopsko raven prezentacij (preglednica 2). Najpogostejši odgovor z uporabo makroskopske in mikroskopske ravni v odgovoru je bil, da si rastlina počasi opomore, saj se rastlinske celice napolnijo z vodo (preglednica 4). Večina učencev (60 %) je ne glede na pravilnost odgovora, na zastavljeno nalogo odgovorila na makroskopski ravni.

Večina učencev je ne glede na to, katero raven so uporabili v odgovoru na 1. nalogo na preizkusu znanja odgovorila pravilno (76 %). Le 19 % učencev je podalo napačne odgovore, zato lahko prvo hipotezo potrdimo (preglednica 2).

Primeri najpogostejših pravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo

mikroskopske ravni v odgovoru.

Primeri najpogostejših pravilnih odgovorov na 1. nalogo z uporabo makroskopske in mikroskopske ravni v

odgovoru.

Vakuola se razširi. Rastlina si počasi opomore, saj se celice napolnijo z vodo.

Celice se napolnijo z vodo. Ko ovenelo rastlino zalijemo, se vakuola razširi in rastlina se postavi pokonci.

Vakuola se napolni z vodo. Na začetku je rastlina ovenela, potem ko jo zalijemo, se količina vode v rastlinskih celicah poveča in rastlina si opomore.

(26)

18 3.4.2 REZULTATI GLEDE NA HIPOTEZO 2

Hipoteza 2*: Učenci bodo izbrani pojav razložili pravilneje in nazorneje s pomočjo makroskopske, mikroskopske in submikroskopske ravni prezentacij, kot v primeru, ko imajo na voljo samo makroskopsko raven prezentacije.

* Hipoteza se nanaša na izvedbo raziskave s preizkusom znanja z očesnim sledilcem.

Drugo hipotezo smo preverjali s 1. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.« Učenci so si lahko pri oblikovanju odgovora pomagali s fotografijo na makroskopski ravni. In z 2. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.« Učenci so si pri oblikovanju odgovora lahko pomagali s fotografijo ponazoritve izbranega biološkega procesa na vseh treh ravneh predstavitve biološkega pojma (makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni).

Preglednica 5: Odgovori učencev na 1. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru.

(Ponazoritev samo na makroskopski ravni.)

Število nepravilnih

odgovorov

Ni

odgovora Skupaj

f f (%) f

f (%) f

f (%)

Makroskopska 15 48 10 32 0 0 25 81

Mikroskopska 1 3 0 0 0 0 1 3

Makroskopska in mikroskopska 0 0 0 0 0 0 0 0 Makroskopska in submikroskopska 0 0 1 3 0 1 3 Mikroskopska in submikroskopska 0 0 0 0 0 0 0 0 Makroskopska, mikroskopska in

submikroskopska 0 0 0 0 0 0 0 0

Ni odgovora 0 0 0 0 4 13 4 13

Skupaj 16 52 11 35 4 13 31 100

(27)

19

Preglednica 6: Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih odgovorov na 1. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem, z uporabo makroskopske ravni v odgovoru.

Primeri najpogostejših odgovorov na 1. nalogo pri preizkusu znanja z očesnim sledilcem, z uporabo makroskopske ravni v odgovoru.

Pravilen odgovor Nepravilen odgovor

Voda pride v rastlino. Ne zgodi se nič.

Ovenela rastlina postane lepša, barvna, listi se ji postavijo pokonci.

Z vedrom zalivajo rastline z vodo.

Ovenela rastlina dobi vodo in lahko spet raste.

Rastlina se samo zmoči. Voda ne pomaga, ker je rastlina že ovenela.

Preglednica 7: Odgovori učencev na 2. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem glede na uporabo ravni predstavitve bioloških pojmov v odgovoru.

(Ponazoritev na makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni.)

Število nepravilnih

odgovorov

Ni

odgovora Skupaj

f f (%) f

f (%) f

f (%)

Makroskopska 12 39 2 6 0 0 14 45

Mikroskopska 0 0 0 0 0 0 0 0

Makroskopska in mikroskopska 6 19 1 3 0 0 7 23 Makroskopska in submikroskopska 1 3 0 0 0 0 0 0 Mikroskopska in submikroskopska 0 0 1 3 0 0 1 3 Makroskopska, mikroskopska in

Ni odgovora 0 0 0 0 3 10 3 10

Skupaj 23 74 5 16 3 10 31 100

Na nalogo, pri kateri so imeli učenci ponazoritev le na makroskopski ravni prezentacij (slika 1), je 52 % učencev, ki so sodelovali v raziskavi z očesnim sledilcem, podalo pravilni odgovor. Odgovora ni podalo 13 % učencev in 35 % učencev je podalo napačni odgovor (preglednica 5). Primeri najpogostejših pravilnih in nepravilnih odgovorov na zastavljeno nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem, ki so vsebovali opis odgovora na makroskopski ravni, so predstavljeni v preglednici 6. Medtem ko je, kar 74 % učencev podalo pravilni odgovor na nalogo, kjer je bil proces ponazorjen na vseh treh ravneh (makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni). Le 16 % učencev je podalo napačen odgovor, prav tako pa 10 % učencev ni podalo odgovora (preglednica 7). To je zelo lepo razvidno tudi s slike 2 in slike 3, ki prikazujeta relativno gostoto fiksacij na določen del fotografije oz.

(28)

20

predstavitev biološkega pojma, pri katerem so lahko učenci svoj odgovor oblikovali na področju treh ravni predstavitve biološkega pojma (makroskopsko raven predstavlja vrstica 1 na fotografiji, mikroskopsko raven vrstica 2 in submikroskopsko raven vrstica 3 na fotografiji). Rdeča barva ponazarja največjo koncentracijo fiksacij, kar pomeni, da so učenci na ta del fotografije svoj pogled največkrat usmerili, medtem ko zelena barva ponazarja najmanjšo koncentracijo fiksacij. S slike 2 lahko razberemo, da so učenci, ki so pravilno odgovorili na zastavljeno nalogo (74 %) v večini svoj odgovor oblikovali na podlagi makroskopske ravni predstavitve, medtem ko lahko na sliki 3 opazimo, da so učenci, ki so napačno odgovorili na zastavljeno nalogo (16 %), svoj pogled večkrat usmerili tudi na preostali dve ravni (mikroskopsko in submikroskopsko raven).

Na podlagi analiziranih podatkov lahko hipotezo potrdimo, saj so učenci izbrani biološki pojav pravilneje in nazorneje razložili takrat, ko so imeli na voljo vse tri ravni predstavitve biološkega pojava. Prav tako lahko opazimo tudi razliko v uporabi ravni v odgovoru glede na to, kakšno ponazoritev biološkega pojava so učenci imeli na voljo. Ko so imeli na voljo le makroskopsko raven predstavitve, je 48 % učencev podalo odgovor na makroskopski ravni in 3 % učencev na mikroskopski ravni (vse druge kombinacije uporabe ravni niso bile uporabljene v odgovorih učencev). Ko pa so učenci imeli biološki pojav ponazorjen na vseh treh ravneh (makroskopski, mikroskopski in submikroskopski), jih je 39 % podalo odgovor na makroskopski ravni, 19 % učencev na makroskopski in mikroskopski ravni, 3 % na makroskopski in submikroskopski ravni ter 13 % učencev na vseh treh ravneh predstavitve bioloških pojmov.

Slika 1: Relativna gostota fiksacij pri 1. nalogi na preizkusu znanja z očesnim sledilcem.

(29)

21 Slika 2: Relativna gostota fiksacij pravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.«

Slika 3: Relativna gostota fiksacij nepravilnih odgovorov učencev pri nalogi: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.«

3.4.3 REZULTATI GLEDE NA HIPOTEZO 3

Hipoteza 3*: Učenci, ki znajo pravilno pojasniti dogajanje v rastlini (ko jo zalijemo), bodo dlje časa potrebovali za oblikovanje odgovora kot učenci, ki bodo odgovorili nepravilno, ko bodo imeli na voljo ponazoritev na vseh treh ravneh prezentacij.

* Hipoteza se nanaša na izvedbo raziskave s preizkusom znanja z očesnim sledilcem.

Tretjo hipotezo smo preverjali z 2. nalogo na preizkusu znanja z očesnim sledilcem: »Pojasni, kaj se zgodi, ko ovenelo rastlino zalijemo.« Učenci so si pri oblikovanju odgovora lahko pomagali s fotografijo ponazoritve izbranega biološkega procesa na vseh treh ravneh predstavitve biološkega pojma (makroskopski, mikroskopski in submikroskopski ravni).