Att bygga en naturorienterande undervisning på elevernas frågor kräver naturligtvis i första hand att eleverna ställer frågor - sådana frågor som kan rymmas inom ramen för dessa ämnen. Det är också viktigt att de frågor som ställs går att besvara på ett vettigt sätt o ch att de har en viss kvalitet, d v s att de kan bidra till elevernas förståelse av sammanhang eller helhetsuppfattning av ett större område. Frågornas kognitiva innehåll är således av betydelse för hur undervisningen kan utvecklas.
Idéerna om att eleverna skall lära genom att själva ställa frågor och sedan besvara dem genom egna undersökningar eller experiment antyder att en annan typ av inlärning kan komma att ske och att andra resultat skall kun
na uppnås än genom en mera traditionell typ av undervisning. Redan när dessa tankar vann inträde i kursplanerna gjordes försök både att teoretiskt och genom experiment beskriva olika typer av inlärning. Taxonomier f ör beskrivning av olika kunskapsmål av vilka den mest kända är Biooms (1956), skapades. Klopfer (1974) beskriver en taxonomi speciellt avsedd för naturvetenskapliga ämnen. Den har två dimensioner - en för det ämnesmässiga innehållet oc h en för kognitiva processer. Genom att un
dersöka vilka typer av uppgifter en elev löser ansågs man kunna avgöra på vilken nivå en elev befinner sig. Svårighe terna var att kunna veta vilken typ av kunskap som ligger bakom ett korrekt svar på en viss uppgift. Om en elev exempelvis löser e n uppgift som klassificerats som "förståelse av principer" så kan ju eleven utan vidare ha lärt sig svaret utantill, dvs pres
tationen ligger på en faktakunskapsnivå.
För att undvika svårigheterna att avgöra vilken typ av kunskap som ligger bakom ett visst svar kan man i stället inrikta sig mot undervisningssituatio
nen eller själva inlärandet. En beskrivning av tre undervisningsmodeller med olika inriktning ges av Schleffler (1965). Modellerna är hierarkiskt ord
nade och det kognitiva innehållet är avpassat för att ge möjlighet att be
skriva målsättningarna för de nyare kursplanerna i naturvetenskapliga äm
nen som utvecklades i USA under slutet av 50-talet och början av 60-talet.
Det nya i dessa kursplaner var, som tidigare nämnts (se sid 8 och 11), att eleverna skulle få insikt i fundamentala naturvetenskapliga principer som byggdes upp genom experiment.
I "The impression model" tillägnar sig eleven grundläggande fakta och teo
rier som presenteras för honom. Det är viktigt att läraren optimerar urvalet och organisationen av det material som presenteras. Experiment används för att visa att det som presenteras är korrekt.
"The insight model" beskriver en inlärningsprocess med bestämda krav på aktivitet. Kunskap ses som en vision eller en helhetsuppfattning som ic ke kan delas upp och presenteras i småbitar. Visionen definierar och organiserar olika erfarenheter och pekar ut deras betydelse. Det är denna meningsfulla insikt som utgör den avgörande skillnaden mellan att kunna reproducera inlärda fakta och att ha verkliga kunskaper. Att kunna det som uttrycks i ett påstående är mera än att ha hört påståendet, förstått dess in
nebörd och accepterat det. Det är att genom eget aktivt bearbetande kun
na garantera sanningshalten i påståendet. Ny information kan m a o över
föras genom påståenden, ny kunskap kan det icke. Det är det egna aktiva bearbetandet som är centralt i undervisingen.
Den tredje modellen, "The rule model", är ännu mera utvecklad. För att kunna nå en meningsfull insikt och kunna garantera sanningshalten i ett påstående måste bedömningar göras efter vissa principer. För att få säker
het och självförtroende i sitt arbete med att nå meningsfulla kunskaper måste man således ha kännedom om dessa principer. Det är inte tillräck
ligt att kunna återge principerna utan man måste ha fått en meningsfull in
sikt även i dem. Detta kan uppnås genom träning. Det är att märka att mo
dellen inte förutsätter att dessa principer är givna, de kan mycket väl vara olika i olika epoker.
Likaväl som att lärare kan ha olika inriktning i sin undervisning så antas elever kunna vara disponerade för olika sätt att lära eller kanske snarare för olika kognitivt innehåll. Det finns en rad undersökningar som går ut på att beskriva och kategorisera de strategier som olika personer använder sig av i en inlärningssituation. Vissa sådana bes krivningar anknyter starkt till de två första av de ovan nämnda beskrivningarna av olika under
visningsmetoder. Att den tredje modellen utelämnas kan bero på att den är speciellt knuten till naturvetenskapliga ämnen.
Ett exempel på sådan forskning är en undersökning av Siegel och Siegel (1965) där elever karakteriser ats som antingen "factually set learners" eller
"conceptually set learners". En "factually set learner" definieras som dispo
nerad för att lära in faktainnehåll. En sådan person inlemmar faktainforma
tion i sin kognitiva struktur utan att relatera den till något sammanhang.
För honom har fakta ett egenvärde. En "conceptually set learner" föredrar att lära in begrepp och principer. Han avfärdar faktainformation som inte är relaterad till andra fakta och/eller insatt i ett sammanhang.
Ett annat exempel är en undersökning av studerandes studievanor och studiemönster som genomfördes av Marton et al (1977). De redovisar två olika inriktningar av uppmärksamheten i studierna nämligen ytinriktning och djupinriktning. Personer med ytinriktning är mera koncentrerade på
texten i sig än på textens innehåll. En djupinriktad person försöker förstå vad författaren vill säga med texten, han/hon är mera inriktad mot det som beskrivs i texten. Nära kopplat till ytinriktning är en atomistisk inriktning, d v s en inriktning mot detaljer. Till djupinriktningen hör oftast en holistisk syn som innebär att man gärna vill få en överblick och se det som stude
ras i ett sammanhang. Genom att utsätta studenter fö r test där frågorna ges den ena eller den andra inriktningen, kan deras sätt att studera påver
kas mot den valda inriktningen.
Pask (1Ò76) gör en indelning av elever i holister och serialister. Holister verkar ägna sig åt djupinlärning och serialisterna är mera benägna att syssla med ytinlärning.
En av de fundamentala idéerna i de nya naturvetenskapliga kurserna som tidigare nämnts var att eleverna genom experiment skulle få en djupare in
sikt i grundläggande principer. Experimenterandet skulle således påverka eleverna mot en djupinlärning. Schlefflers ovannämnda modell - 'The rule model" - tillkom som tidigare nämnts för att möjliggöra beskrivandet av målsättningen med de modernare kursplanerna. När de nya kurserna skul
le utvärderas var det inte längre frågan om att enbart se till resultaten av kunskapsprov. Nya metoder måste utvecklas för att man skulle kunna se i vilken utsträckning de nya målen uppfylldes.
I det tidigare nämnda arbetet av Siegel och Siegel (1965) redovisas hur ett test byggs upp för att kunna mäta graden av djupinriktning. I varje uppgift beskrivs tre olika saker som man kan lära sig. Av alternativen är ett djupin-riktat, ett ytinriktat och ett neutralt. Eleverna får t a ställning till vilket som intresserar dem mest respektive minst. G enom en enkel analys av svaret beräknas en poäng för uppgiften. Testet består av 31 sådana uppgifter och den sammanlagda poängsumman ger information om elevens grad av djupinriktning.
Vid Educational Testing Service (ETS ) i USA utvecklade Heath en ny typ av test, s k Cognitive Preference Tests (CPT) och utnyttjade ett sådant för att undersöka om det förelåg skillnader i inriktning mellan elever som läst en PSSC-kurs i fysik och de som gått en traditionell kurs (Heath, 1964).
Uppgifterna i testet bestod av ett inledande påstående eller diagram följt av fyra indicerade kommentarer, alla korrekta. Eleverna skulle välja ut den kommentar som tilltalade dem mest. En uppgift var tex
Trycket i en gas är direkt proportionellt mot gasens absoluta temperatur.
A) Påståendet, som det ges härovan, tar ej hänsyn till volymförändringar eller tillstånds
ändringar.
B) Påståendet kallas Charles' eller Gay-Lussac's lag.
C) Av påståendet följer att det finns en lägsta gräns för temperaturen.
D) Denna princip har att göra med att överhettade bildäck kan explodera.
En person som väljer kommentar A antas ge uttryck för ett kritiskt och ifrågasättande förhållningssätt. Väljer man kommentar B är man intresse
rad av faktainlärning, C tyder på en vilja att förstå principer och D sägs in
dikera en önskan att kunna tillämpa sina kunskaper. Utöver yt- resp. djup
inriktningen har här tillkommit två andra aspekter nämligen den kritiska och ifrågasättande inriktningen samt den praktiska inriktningen.
I den ovan nämnda undersökningen av Heath erhölls signifikanta skillna
der mellan de båda grupperna bl a i det att PSSC-elever visade större in
tresse för fundamentala principer och ifrågasättande medan icke PSSC-elever i högre grad föredrog faktakunskaper och praktiska tillämpningar.
Heaths undersökning kom att bli vägledande för flera andra forskare. Cog
nitive Preference Tests (CPT i fortsättningen) utvecklades i flera andra län
der. I många fall användes dessa test för att utvärdera nya kursplaner.
Intresset var i hög grad knutet till att kunna påvisa att de nya kursplanerna gav annorlunda (och bättre) resultat än sina föregångare.
Marks (1967) utvecklade ett CPT med kemiinnehåll för att jämföra elever som följt den s k CBA-kursen i kemi (Chemical Bond Approach project) med elever som följt den traditionella kursen för high school. Det visade sig bl a att signifikanta skillnader förelåg beträffande preferenser för fakta
inlärning (högst för traditionell kurs) samt för ifrågasättande (högst för CBA-kursen).
Kritik av forskningen kring kognitiva preferenser har ej saknats. Brown (1975) gör en genomgång av en rad undersökningar och ställer sig skep
tisk till användandet av CPT. Hon anser att validitetsundersökningar sak
nas och att reliabiliteten är för låg. Höga test-retest korrelationer avfärdar hon med ett hypotetiskt men sannolikt exempel på tankegångar som leder fram till samma val vid olika tillfällen utan att därför på något sätt vara rela
terat till valen på andra frågor. Detta leder till låg "internal consistency"
men hög test-retest reliabilitet. Hon menar också att likaväl som en elevs uttryckta preferens kan vara ett tecken på en kognitiv inriktning eller aktivi
tet så kan den tyda på ett intresse för ett visst innehåll eller en dragning till vissa språkliga karakteristika.
Jungwirth har ifrågasatt resultaten från användandet av CPT utifrån två oli
ka perspektiv (Jungwirth, 1978,1980). Genom att utsätta elever för samma test två gånger med tre veckors mellanrum och vid båda tillfällena låta ele
verna göra både en ipsativ och en normativ bedömning av alternativen kan han visa på hur andelen elever med svårigheter att välja ut ett bästa alter
nativ påverkar test-retest korrelationen. Han har även låtit grupper av ele
ver svara på ett CPT och därefter med frågeformulär och intervjuer försökt få veta vilka rationaler som ligger bakom elevernas svar. Det visade sig att innehållet hade stor betydelse. Speciellt kunde a lltför välbekanta eller tri
viala påståenden dömas ut till förmån för mera obekanta eller aktuella.
Trots de invändningar som finns mot denna forskning verkar det dock klart att det föreligger skilda sätt att närma sig inlärning eller att förhålla sig till
sin omvärld. Enligt flera av de forskare som utnyttjat CPT i sina undersök
ningar så går detta förhållningssätt att ändra. Ämmneskurser som PSSC, BSCS och CHEM-STUDY, där tonvikten ligger mycket på experiment och behandlingen av de experimentella resultaten för att kunna dra slutsatser och generalisera till lagar och principer, påverkar tydligt elevernas tänkan
de. Dessa elever uppvisar i sina preferenser en större dragning till princi
per och kritiskt tänkande. Man skall dock vara medveten om att de allra flesta undersökningarna har genomförts med elever på stadier som i Sveri
ge skulle motsvaras av de sista årskurserna på grundskolans högstadium eller gymnasiestadiet.
Frågan om yt- eller djupin lärning kommer också till uttryck i en utbredd forskningsansats där man försöker beskriva elevers olika uppfattningar om centrala naturvetenskapliga begrepp. I Sverige representeras den ansat
sen av EKNA-gruppen i Göteborg. Arbeten har publicerats angående ele
vers uppfattningar om bl a ljus (Andersson, och Kärrqvist, 1985), elektrici
tet (Kärrqvist, 1985) och materia (Renström, 1988). I matematik har Lybeck (1981) undersökt elevers uppfattning om proportionalitetsbegreppet. Även i England och Australien är denna ty p av forskning relativt vanlig och ett flertal arbeten finns tillgängliga i litteraturen (se exempelvis: Osborne, 1980;
Stead and Osborne 1981; Nussbaum, 1979; Klein, 1982; Erickson, 1979;
Stavy, 1988).
De kanske mest påtagliga resultaten från denna typ av forskning är att många elever tappar bort den kunskap som skolan försöker förmedla och återgår till sådana vardagsuppfattningar som de hade innan de utsattes för skolans undervisning. Ett exempel är att många elever uppfattar att vårt seende tillgår så att ögat sänder u t ljusstrålar som på något sätt talar om för oss hur omgivningen ser ut, när det i själva verket är så att ögat mottar ljus från omgivningen (Andersson och Kärrqvist, 1985).
Dessa resultat kan tyda p å att vardagsuppfattningarna erhållits genom en form av djupinlärning, medan inlärningen i skolan har varit mera ytinriktad.
Man kan tänka sig att skolkunskaperna skulle få en ökad karaktär av djup
inriktning om eleverna fick arbeta mera med egna frågeställningar.