Integrácia vizualizačných a modelovacích stratégií do vysokoškolskej prípravy učiteľov prírodovedných predmetov a informatiky

Basic informations

Thematic area: komisia č. 3 pre obsahovú integráciu a diverzifikáciu vysokoškolského štúdia

Project name (Slovak): Integrácia vizualizačných a modelovacích stratégií do vysokoškolskej prípravy učiteľov prírodovedných predmetov a informatiky

Project name (English): Integration of Visualization and Modeling Strategies into the Higher Education Training of Science and Informatics Teachers

Start of project: 2026

End of project: 2028

Condition of project: Financovaný/riešený

Project number: 005UJS-4/2026

Project leader: Dr. habil. PaedDr. György Juhász, PhD.

University: Univerzita J. Selyeho

Department: Pedagogická fakulta

Project annotation in Slovak language

Projekt Integrácia vizualizačných a modelovacích stratégií do vysokoškolskej prípravy učiteľov prírodovedných predmetov a informatiky je zameraný na inovatívne prepojenie digitálnych technológií s didaktickými prístupmi založenými na bádaní (Inquiry-based Learning, IBL alebo v slovenčine bádateľsky orientovaná výučba - BOV), ktoré reflektujú súčasné výzvy a potreby terciárneho vzdelávania budúcich učiteľov chémie, biológie a aj informatiky. Hlavným cieľom projektu je rozvoj profesijných a didaktických kompetencií študentov učiteľstva prírodovedných predmetov prostredníctvom cielenej integrácie vizualizačných a modelovacích nástrojov do výučby predmetov, ktoré sa zameriavajú na molekulové, fyzikálnochemické a biologické procesy na mikroskopickej a submikroskopickej úrovni, ako aj na interaktívnu vizualizáciu algoritmov a dátových štruktúr v informatike a trojrozmerných biologických modelov vytvorených pomocou fotogrametrie.

Vizualizačné nástroje, ako sú interaktívne simulácie, molekulové modely a animácie, predstavujú efektívny prostriedok na podporu porozumenia komplexným vedeckým konceptom. Výskumy (napr. Stieff, 2019) potvrdzujú ich významný prínos pri rozvíjaní reprezentačnej kompetencie, schopnosti prepájať rôzne úrovne vedeckých reprezentácií (makroskopická – mikroskopická – symbolická). Ich efektivita však výrazne stúpa v kombinácii s bádateľsky orientovanými aktivitami, ktoré umožňujú žiakom samostatne formulovať otázky, navrhovať hypotézy, analyzovať údaje a vytvárať vedecké vysvetlenia.

Významnou súčasťou projektu bude vytvorenie Zbierky bádateľsky orientovaných úloh, ktoré budú prepájať modelovacie aktivity s jednotlivými fázami bádateľského cyklu. Úlohy budú navrhnuté tak, aby okrem rozvoja odborných vedomostí podporovali aj kritické myslenie, argumentáciu a schopnosť žiakov reflektovať vlastné učenie – čo sú kľúčové kognitívne procesy pre rozvoj prírodovednej gramotnosti (pozri Kotuľáková, 2021). Zbierka bude sprístupnená v elektronickej forme, čím sa umožní jej využívanie nielen v rámci vysokoškolskej výučby, ale aj v praxi učiteľov základných a stredných škôl. Súčasťou výstupov projektu bude aj metodická príručka, ktorá bude obsahovať pracovné listy pre žiakov, modelové otázky, odporúčané odpovede a návrhy riešení. Príručka bude obohatená o motivačné a vizualizačné prvky, ako sú experimenty, virtuálne modely a 3D vizualizácie prírodných procesov.

V rámci podpory didaktickej infraštruktúry plánujeme pripraviť digitálne výučbové materiály v textovej, vizuálnej, audiovizuálnej aj interaktívnej podobe. Tie budú určené na zvyšovanie záujmu študentov učiteľstva prírodovedných predmetov a informatiky o využívanie vizualizačných a modelovacích stratégií v kontexte IBL, a súčasne budú slúžiť ako podpora pre profesijný rozvoj učiteľov v praxi.

Záverečným výstupom projektu bude vedecká monografia, ktorá zhrnie zistenia z výučbového procesu a výskumných aktivít realizovaných v rámci projektu. Publikácia zároveň poskytne odporúčania pre efektívnu implementáciu vizualizačných a modelovacích stratégií do kurikúl učiteľského vzdelávania.

Výstupy projektu ako Zbierka bádateľsky orientovaných úloh, metodická príručka, digitálne výučbové materiály sa integrujú do inovovaných študijných programov učiteľstva prírodovedných predmetov a informatiky na PF UJS a využijú sa aj v plánovanom novo akreditovanom študijnom programe doktorandského štúdia 3. stupňa  Teória vyučovania biológie a chémie na PF UJS.

Projekt predstavuje významný príspevok k systematickému rozvoju učiteľskej prípravy a ďalšieho profesijného vzdelávania v oblasti prírodovedného a informatického vzdelávania. Dôraz sa kladie na prepojenie odbornej spôsobilosti, digitálnej gramotnosti a pedagogickej reflexie v duchu konštruktivisticky orientovaného učenia.

 

Project annotation in English language

The project Integration of Visualization and Modeling Strategies into the Higher Education Training of Science and Informatics Teachers focuses on the innovative integration of digital technologies with inquiry-based learning approaches (IBL), reflecting current challenges and needs in the tertiary education of future teachers of chemistry, biology, and informatics. The main objective of the project is to develop the professional and didactic competences of future science teachers through the targeted integration of visualization and modelling tools into the teaching of science subjects focused on molecular, physico-chemical, and biological processes at the microscopic and submicroscopic levels, as well as on the interactive visualization of algorithms and data structures in informatics, and three-dimensional biological models created using photogrammetry.

Visualization tools, such as interactive simulations, molecular models, and animations, serve as effective means for supporting the understanding of complex scientific concepts. Research studies (e.g., Stieff, 2019) confirm their significant contribution to the development of representational competence—the ability to connect different levels of scientific representations (macroscopic – microscopic – symbolic). Their effectiveness is considerably enhanced when combined with inquiry-based activities that allow students to independently formulate questions, propose hypotheses, analyze data, and construct scientific explanations.

A key component of the project will be the creation of a Collection of Inquiry-Based Tasks, which will link modeling activities with the individual phases of the inquiry cycle. These tasks will be designed not only to develop subject-specific knowledge, but also to foster critical thinking, scientific argumentation, and students’ ability to reflect on their own learning—key cognitive processes for the development of scientific literacy (see Kotuľáková, 2021). The collection will be made available in electronic form, enabling its use not only in higher education but also in teaching practice at primary and secondary schools.

The project outcomes will also include a methodological guide containing worksheets for pupils, model questions, recommended answers, and sample solutions. The guide will be enriched with motivational and visual elements such as experiments, virtual models, and 3D visualizations of natural processes.

To support the didactic infrastructure, the project also aims to develop digital teaching materials in textual, visual, audiovisual, and interactive formats. These materials will enhance student teachers’ interest in using visualization and modeling strategies in the context of IBE and simultaneously support the professional development of in-service teachers.

The final output of the project will be a scientific monograph summarizing the findings from the instructional process and the research activities conducted within the project. The publication will also provide recommendations for the effective implementation of visualization and modeling strategies into teacher education curricula.

Project outputs—such as the Collection of Inquiry-Based Tasks, the methodological guide, and digital teaching materials—will be integrated into the updated teacher education programs in science and informatics at the Faculty of Education of J. Selye University, and they will also be utilized within the newly accredited third-level doctoral study program "Theory of Teaching Biology and Chemistry" at the same faculty.

 The project represents a significant contribution to the systematic development of teacher training and further professional education in science and informatics education. Emphasis is placed on the integration of subject expertise, digital literacy, and pedagogical reflection in the spirit of constructivist-oriented learning.

 

Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA

	Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA	Capital expenditures in €
Drawn in year 2026	4 971,00	0,00