Sammanfattning
I den första delen av en longitudinell studie undersöks hur lärarstude-rande ser på fysikens ämnestraditioner efter drygt två års lärarstudier. Fortsättningen av studien kommer att behandla hur denna syn på ämnes kanon påverkas av skolmiljön när de arbetat som lärare under 3 år. Genom att studera hur lärarstuderande gör en längre avsnittspla-nering i dels ellära dels astronomi analyseras deras syn på fysik med dessa områden som modell. Studiet av planeringen kompletteras med en kort undersökning av den lärarstuderandes egna ämneskunskaper inom området och en kortare intervju som behandlar synen på lärarar-bete och skolans uppgift. Fem planeringar i ellära och sju i astronomi presenteras i arbetet.
1.1 Bakgrund
Ett ämnes kanon
Vad består ett ämnes kanon av? Svenskämnets kanon har beskrivits i
fl era arbeten1. Kan kanonbegreppet överföras till alla andra
kunskaps-områden? Åtminstone en skillnad kan observeras mellan humanistiska – samhällsvetenskapliga ämnen å ena sidan och naturvetenskapliga å den andra. I begreppet kanon ligger att ett medvetet val av innehåll görs, ett val som kan göras olika för olika skolor och individer. För de naturvetenskapliga ämnena kan inte detta val utföras på samma sätt som i ämnet svenska. Den naturvetenskapliga lagbundenheten kräver att grunderna för alla val är samma. Det fi nns ingen alternativ kemi eller alternativ fysik med andra former av lagbundenheter. Så länge den naturvetenskapliga metoden tillämpas, som kräver att alla resultat och påståenden ska kunna verifi eras experimentellt av i princip vem som helst, fi nns inget utrymme för ett helt fritt val. När man i dagligt
tal talar om alternativa discipliner som gör anspråk på att ha naturve-tenskaplig status så innebär det oftast att dessa inte uppfyller kriterier för verifi erbarhet. Inom det naturvetenskapliga ämnesområdet handlar alltså kanonbegreppet om en undervisningskanon där varje stadium har sitt pensum eftersom allt inte får plats, men det som undervisas kommer alltid att ha samma lagbundenhet som grund. I det här arbetet används begreppet kanon som den tradition, i ett brett perspektiv, i vilket ämnets stoff väljs och systematiseras och det sätt det presenteras och förmedlas i grundskolans senare år.
Låt oss titta på fysik, ett ämne med omvittnat mycket stark natio-nell och internationatio-nell kanon. Fysikämnet fylls av en stor mängd fak-takunskaper framforskade under hundratals år av riktad forskning och lyckosamma upptäckter. Fysiken består också av en förståelsestruktur, ett sätt att resonera med logiska implikationer. Men fysikkanon, om vi nu inte talar om teoretisk fysik, kan också innehålla praktiskt och la-borativt kunnande som gränsar mot teknik och ibland kemi och biolo-gi. Fysikens kanon beskriver inte bara hela den enorma faktamängden eller logiska stukturen eller handlaget. Fysikens kanon berättar något om hur faktamängden, logiken och handlaget sorteras och används och hur man studerar fysik.
Fysikämnets indelning i olika områden uppfattas av de fl esta fysi-ker som ändamålsenlig och logisk. Indelningen följer, eller är åtmins-tone tänkt att följa, olika grundläggande begrepp. Så delas fysiken in i mekanik, ellära, vågrörelselära, termodynamik, atomfysik, kärnfysik, kvantfysik, fasta tillståndets fysik m.fl . Dessa områden indelas sedan i mindre delar så att ellära kan delas i likström och växelström och kanske elektronik eller ska elektroniken kunna betraktas som en egen huvudgrupp? Och hur är det med kvantfysiken? Den innehåller delar från atomfysiken, kärnfysiken och fasta tillståndets fysik? Och kvant-kemi är det kvant-kemi eller fysik och matematisk fysik vad är det? Astro-fysik verkar höra mer till astronomin men teoretisk astroAstro-fysik är det teoretisk fysik? Indelningarnas namn är alltså inte alltid entydiga och klargörande. Namnen antyder dessutom en utveckling mot större kom-plexitet och tvärvetenskaplighet i de frågeställningar som behandlas.
Det verkar fi nnas fl era huvudgrunder för indelningarna t.ex. den historiska utvecklingen av fysiken och en självklar ordning mellan olika fysikavsnitt i fysikläroböcker. Oberoende av nationalitet följs mekanik av värmelära, ellära, magnetism, vågrörelselära, atomfysik, kärnfysik och fasta tillståndets fysik. Indelningen kan inte enbart sägas följa en historisk indelning. Mekanik, värmelära, ellära , magne-tism och vågrörelselära åtminstone i form av optik och akustik räknas till den klassiska fysiken och har under långa tider utvecklats
paral-lellt. Naturvetenskapen var inte heller från början uppdelad i olika discipliner. Uppdelningen i fysik, biologi och kemi är av relativt sent ursprung. Fysik kommer från latinets physica ”läran om naturen” och var det samlande begreppet under många århundraden. Kemister bör-jade kalla sig så under 1700-talet för att särskilja sig från alkemister och biologi som begrepp uppkom först i början av 1800-talet. Fysiken har gått från att för Aristoteles vara en fi losoferande vetenskap till att med Galileis insatser bli en experimenterande vetenskap. Dock utnytt-jade redan tidigt den del av fysiken som kallas astronomi systematiska observationer. Fysiken har genomgått två tydliga paradigmskiften. Dels när den geocentriska världsbilden raserades och ersattes med den heliocentriska under början av 1600-talet dels när den klassiska fysi-ken utvidgas med kvantfysifysi-ken i början av 1900-talet. I det förra fallet ersattes en världsbild med en annan. Bilderna var helt oförenliga. I det senare fallet snarare utvidgas perspektivet. Den klassiska fysiken är ett specialfall av kvantfysiken. Så har fysiken utvecklats under hela det senaste århundradet. Fysikens domäner vidgas och det gamla kan här-ledas ur det nya.
Ordningen mellan klassisk fysik och modern fysik eller kvantfysik där den klassiska alltid studeras före kvantfysiken kan kanske sägas ha uppstått av historiska skäl. Men motiveringen kan lika gärna sägas vara att den klassiska fysiken ger grunden för kvantfysiken (den goda
grundens emfas).2 Motiveringen för att läsa den klassiska fysikens
olika delar i en bestämd ordning är likartad. De föregående områdena krävs för att kunna tillgodogöra sig områden som kommer senare. Mekanikens redskap används i modeller inom värmelära och ellära etc. Men kan man då t.ex. inte läsa de delar av mekaniken som krävs för att förstå värmeläran när behovet uppstår? Kan inte denna metod till och med skapa motivation och intresse för fysikämnet?
Ett område som ofta studeras utan att andra ”grundläggande” om-råden inhämtats är elektronik. Begrepp som krävs inhämtas efter hand. Kan man studera andra fysikområden där begrepp från olika områden behandlas parallellt efter hand som de behövs? Detta synsätt skulle kunna vara ett sätt att förändra fysikundervisningen på grundskolan.
Man kan ifrågasätta det rimliga i att fysiken på grundskola och gymnasium studeras med den beskrivna områdesindelning som grund.
Ger den goda grundens emfas2 den bästa kunskapen och motivationen
för en 13-åring?
Fysiken består av en logisk struktur och ett sätt att tänka som gör det möjligt att ställa hypoteser om utfall och ”förstå” varför en hän-delse inträffar. Hur stor del av detta ska undervisningen i det obligato-riska skolväsendet arbeta med?
Eftersom den naturvetenskapliga principen innefattar att vem som helst ska kunna undersöka sanningshalten i ett påstående genom att själv utföra ett kontrollexperiment är laborationen en omistlig del av fysikens kanon (och alla naturvetenskapliga ämnens kanon). Labora-tionen kan varieras så att en mängd olika arbetssätt med en stegrande
grad av självständighet och upptäckarstimulans kan åstadkommas3.
Den skriftliga laborationsrapporten är också ett viktigt inlärningsred-skap. Fysikens kanon kan alltså sägas innehålla också det sätt fysik studeras på. Förutom de traditionella arbetsmetoderna i dagens skola (genomgång, grupparbeten, förhör, diskussioner, redovisningar etc.) används laborationer och problemlösning enskilt, som demonstration och ibland i grupp.
I detta arbete är det ett speciellt perspektiv av fysikens kanon som behandlas. Det kan benämnas lärarutbildningsämnets kanon och fysik-didaktikens kanon. Men båda dessa perspektiv är vidare än det som studeras här. I lärarutbildningsämnets kanon måste alltid fi nnas ett stort mått av ämnesperspektiv och i fysikdidaktikens kanon har alltid åldersperspektivet en stor roll – ämnesdidaktik för vem? Här är fokus inriktat på grundskolans senare år.
1.2 Syfte och frågeställningar
Undersökningen fokuserar på den fysikdidaktiska tradition som repre-senteras av grundskolans fysikläroböcker och fysikundervisning i de senare årskurserna men även på den fysikdidaktik som förmedlas av de ämnesdidaktiska kurserna inom lärarutbildningen vid Högskolan i Gävle. Eftersom undersökningen utförs i mitten av lärarutbildningen och inte när den är slut är det rimligt att anta att de studerandes syn på fysik också är starkt färgad av den undervisning de fått i gymnasium och komvux. Om utbildningen i fysik för lärare vid HiG lever upp till kraven på en forskningsanknuten ämnesdidaktisk utbildning där nya forskningsrön tas till vara och används kan lärarutbildningen innehålla delar och idéer som grundskolans fysikutbildning ännu inte börjat arbeta med.
Studien undersöker hur lärarstuderande ser på två vitt skilda om-råden av fysikämnet. Den viljeinriktning som kommer till uttryck i en planering som görs på lärarhögskolan kommer att ställas mot den verksamhet som möter den lärarstuderande när hon arbetar som lärare. Undersökningens syftar alltså till att studera lärarstuderandes kanonuppfattning och hur den relateras till den verksamma lärarens uppfattning. Studien undersöker eventuella förändringar i kanon. När man talar om begreppet kanon får det lätt en aura av oföränderlighet över sig. Men kanon har utvecklats under tidens gång allteftersom nya
forskningsreslutat har framkommit och allteftersom nya pedagogiska rön har anammats. Är nyutexaminerade lärare förändringsagenter vad gäller kanon? Kan en lärare som är ny på en skola arbeta i enlighet med sin egen ämnesuppfattning. Den lokala skolkanon har ofta
fram-ställts som stark4? Har arbetslaget kanske en konserverande effekt?
Analysen av avsnittsplaneringarna används som grund för att karakterisera den kanonsyn som den lärarstuderande uppvisar inom lärarutbildning. Tanken är alltså att följa de lärarstuderande ut på ar-betsplatsen efter avslutad utbildning och försöka undersöka om och i så fall hur synen på fysikämnet har förändrats. Detta är alltså första delen av en longitudinell studie.
Ett indirekt syfte med undersökningen är att genom återkoppling-en från nyutexaminerade fysiklärare utveckla undervisningåterkoppling-en i fysik-didaktik så att nya forskningsrön får en tydlig plats. Målet är därför också att försöka fi nna metoder för lärarundervisning så att nya lärare bättre ska kunna motivera sina didaktiska val och kunna använda sina kunskaper från lärarhögskolan.
2. Metod
2.1 Att studera fysikens kanon.
Ett ämnes tradition eller kanon, dess kärna, kan undersökas på många sätt. Ett sätt som antytts ovan är att studera läroböcker och hur de struktureras. Det man kommer åt då blir kanon som ämnets struktur när det undervisas. Analyser av läroplaner borde ge en komplet-terande bild, eftersom läroböcker har läroplaner som grund. Man skulle också kunna studera hur professurer benämnts eller titta på den historiska utvecklingen av ämnet. Det borde kunna säga något om hur forskningskanon utvecklats. För att mer direkt komma åt praktikerns undervisningskanon skulle man kunna följa några fysiklärare under en undervisningsperiod intervjua dem och deras elever.
För att få reda på hur blivande lärare upplever fysikens kanon har jag valt att studera hur lärarstuderande planerar arbetet i fysik under en längre tidsperiod Min hypotes är alltså att man genom att studera hur lärarstuderande planerar fysik kan komma åt hur den blivande läraren tänker om fysik och också vilka arbetsmetoder som hon, för det är oftast en hon, vill använda och därmed den fysikkanon hon upp-lever under sin lärarutbildning. Den blivande läraren får alltså göra en utförlig skriftlig avsnittsplanering och också motivera varför hon vill arbeta på det sätt hon anger.
2.2 Undervisningsplanering
Finns det någon anledning att planera sin undervisning? Planerar er-farna lärare sin undervisning? Bör man inom undervisning av lärare öva planering av undervisning?
En lärares arbete består av tre huvudfaser. Planering, genomför-ande och uppföljning. En mindre lyckosam undervisning märks i genomförandet, men orsaken till det undermåliga genomförandet kan ofta spåras i en bristande planering och eventuellt en dålig uppfölj-ning. Uppföljningens syfte är dubbelt. Dels diagnostisera och testa elevens kunskaper och dels att undersöka hur väl undervisningen har utfallit. För att kunna förbättra undervisningen måste läraren göra medvetna uppföljningar som i sin tur får påverka planeringen. På så sätt kan lärarens arbete beskrivas som ett iterativt förfarande mot
för-hoppningsvis bättre och mer medveten undervisning5.
Staffan Stukát diskuterar i sin avhandling6 olika undersökningar
som studerat hur lärare planerar. En noggrant strukturerad planering
med tydliga mål7, en mer öppen modell med ett bollande av fl era
un-dervisningsaspekter8 eller ett mer cykliskt betrakelsesätt910 diskuteras.
I avhandlingen belyses också ramfaktorer som läroplaner och lokala
arbetsplaner. Den mest styrande ramfaktorn konstateras vara
lärobo-ken11.
Skillnaden i planering mellan olika ämnen berörs kortfattat i
Stukát6. För en lärare i ett naturvetenskapligt ämne fi nns det
ramfak-torer som måste komma in i planeringen om undervisningen skall vara framgångsrik. Ett naturvetenskapligt ämne karakteriseras av sin nära koppling till den naturvetenskapliga metoden och det kontrol-lerade experimentet. Experimentet används både i elevlaborationer i speciella laborationslokaler, i smålaborationer i helklass och som de-monstrationslaborationer. Detta ställer speciella krav på en planering som också innefattar ett samarbete med kollegor inom ämnet eftersom materieltillgången är begränsad. Om en laboration utnyttjas i en un-dervisningssekvens brukar den föregås av en behandling av samma område som laborationen om laborationens syfte är att demonstrera behandlade begrepp. På högskolenivå har traditionellt använts en an-nan typ av laborativ verksamhet där laborationerna inte kopplats direkt till den övriga kursen och där det ofta är olika lärare som har hand om laborerande och den övriga undervisningen.
En lärare i grundskolan eller gymnasiet måste planera sin verksam-het så att den laboration som utförs, ofta varannan vecka i halvgrupp och vid ett bestämt lektionstillfälle i en bestämd laborationslokal, passar in i den övriga verksamheten. I annat fall tenderar laborationen
att bli något löst påhängt utanför helheten, på samma sätt som hög-skolelaborationen. Hon måste dessutom planera rent handfast för att all materiel skall fi nnas på plats och fungera vid laborationstillfället. En fysiklärare måste dessutom testa och pröva utrustningen innan laborationstillfället. Detta gäller kanske speciellt om hon vill utföra en demonstration där klassen ska kunna följa vad som händer. En erfaren lärare har också i sin planering funderat över när, var och hur ett expe-riment kan gå fel. ”Det roligaste på fysiktimmarna var ju när magis-tern misslyckades med sina experiment” är en vanlig kommentar från lärarstuderande. Ju fl era misslyckade experiment läraren gjort ju bättre förberedd är hon inför nästa. En lärare i ett naturvetenskapligt ämne kan, om hon vill använda sig av experimentet i sin undervisning, inte avstå från en noggrann planering. Däremot kan hon som många andra
lärare ha en stor del av sin lektionsplanering som en mental karta6.
En erfaren lärare har efter fl era verksamma år ett helt batteri av laborationer som passar in till olika delar av kursen. Hon kan alltså va-riera sitt kursinnehåll med hänsyn till det schema hon har det aktuella året och behöver inte ägna så mycket energi åt att anpassa lektions-grupp-undervisning till en viss laboration. Stora krav på planering ställs då större sammanhängande projekt ska utföras om laborationslo-kaler och materiel ska kunna utnyttjas effektivt.
Denna undersökning fokuserar planering inom ett enda ämne – fysik, och gör inga anspråk på att belysa andra ämnen med andra undervisningsstrukturer. Många gemensamma drag torde dock fi nnas för undervisningsplanering inom alla naturvetenskapliga ämnen. De naturvetenskapliga ämnena försöker koppla teori och en logisk tan-kebyggnad till handfast laborerande där experimenterandet ska kunna ge ökad förståelse för ämnet. Ett laborerande arbetssätt bör alltså innebära ett annat sätt att planera än vad som gäller för icke laborativa ämnen. Staffan Stukát hävdar att en lärares planering huvudsakligen handlar om tänkande inte handfast plockande. Det är tveksamt om en fysiklärare är beredd att hålla med om det, framförallt inte den oer-farne läraren. För fysik liksom alla naturvetenskapliga ämnen gäller det att utföra ett stort mått av praktiskt förberedelsearbete.
En viktig del av alla lärares förberedelsearbete handlar om att läsa in och tänka igenom ämnesstoff. Detta förberedelsearbete tar of-tast den längsta tiden för en oerfaren lärare, men även erfarna lärare måste ständigt komplettera sina kunskaper och fräscha upp ämnet. Att helt bortse från den del av planeringsarbetet som handlar om kun-skapsinhämtning och repetition av ämnesinnehåll, vilket skett i fl era undersökningar, är inte rimligt. För matematikläraren, fysikläraren
och kemiläraren tillkommer också att lösa exempel och konstruera problem vilket för en oerfaren lärare kan ta mycket tid i anspråk.
Lärares viktigaste planeringshorisont är enligt Clark o Yinger12
avsnittsplaneringen. Funderingar kring denna typ av planering bör då ha väckts under lärarutbildningen, trots att det är en komplex upp-gift. Den typ av planering som vanligen övas inom lärarutbildningen, lektionsplaneringen, utgör åtminstone för den erfarne läraren ofta av mentala kartor. Få lärare använder sig av skriftliga detaljplaneringar för lektioner. Däremot brukar lärare använda skriftliga avsnittsplane-ringar för att strukturera stoffet över en längre tid.
Avsikten med planeringen i detta arbete har inte varit att lärarstu-denten ska pröva den i en klassrumssituation. Detta är inte önskvärt eftersom uppgiften att under en praktikperiod pröva en planering gjord
som en undervisningsuppgift har visat sig vara alltför orealistisk13
och inte ens möjligt eftersom de planeringar som gjorts är avsnittspla-neringar som löper över stora delar av ett läsår. Samtliga studerande har gjort planeringar över samma område utan att kontrollera var praktikskolan befi nner sig i fysikkursen. Handledare och praktikskolor har utnyttjats indirekt genom att fl era lärarstuderande använt sig av skolans tidsplanering av det studerade fysikavsnittet.. De lärarstude-rande har nämligen uppmanats att tidsplanera området. Tidsåtgången har varit en av de svårare delarna att uppskatta. Läroplanen i fysik ger inget stöd för en tidsplanering. Förutom partnerskolor har den lärobok som använts vid planeringsarbetet kunnat ge vägledning.
Uppgiften att utföra en avsnittsplanering har valts av två skäl. Dels för att det har bedömts vara en rimligt omfattande uppgift om studien ska syfta till att studera hur den lärarstuderande tänker om det valda området i fysik. Dels för att avsnittsplaneringar har visat sig vara den typ av planering som läraren lägger störst vikt vid och som därför sannolikt också kommer att utföras även när den lärarstuderande har börjat arbeta som lärare. Helårsplaneringar blir alltför schematiska och lektionsplaneringar alltför speciella. Uppgiften har omfattat en veckas
arbete inom kursen Fysik II3. I en avsnittsplanering tvingas studenten
ta med sådana saker som hur avsnittet ska inledas, vad målet för av-snittet ska vara, hur de olika undervisningsmomenten ska kopplas till varandra etc. För ett naturvetenskapligt ämne är den undersökande/ laborativa verksamheten väsentlig. Det är därför av intresse att studera hur denna verksamhet integreras i helheten. I en avsnittsplanering bör detta framgå.
Uppgiften är alltså teoretisk, med en del givna ramar som ges i
instruktionen till uppgiften14. De studerande bör rimligen i planeringen
skoltid både i grundskola och gymnasium, dels av den kanon som drygt två år av lärarutbildning gett dem och dels av den kanon som läroboken som de använder i planeringen förmedlar.
2.3 Läroboksval
I fl era undersökningar av lärares planering framgår att det inte är läro-planen som är den huvudsakliga utgångspunkten i planeringsarbetet.
Läraren utgår oftast från lärobokens uppläggning15. De lärarstuderande
har därför haft tillgång till en valfri lärobok. Den ursprungliga tanken