Labwork in Science Education

(Séré et al. 1998) är en omfattande europeisk undersökning, utförd under åren 1996-98. Deltagande länder var Danmark, Frankrike, Tyskland, England, Grekland, Italien och Spanien, men alla länder deltog inte i undersökningens alla moment. Det övergripande syftet för studien var att finna nya, bättre och gemensamma undervisningsmetoder inom

37

naturvetenskaplig utbildning samt att bilda forskargrupper för att utveckla europeiskt samarbete. För att uppnå syftet valde man att studera en företeelse som är specifik för naturvetenskap, nämligen experimentets roll i undervisningen. Den slutliga rapporten är en omfattande beskrivning av hela studien, där även den använda forskningsmetodiken diskuteras. Jag väljer att ge en ganska utförlig sammanfattning av uppläggningen och de viktigaste resultaten beträffande laborationsverksamhet, men utelämnar forsknings- metodiska frågor, eftersom det ligger utanför min frågeställning.

Hela undersökningen bestod av följande fem moment: 1) kartläggning av olika typer av laborationsverksamhet, 2) aktuell laborationspraxis,

3) elevers föreställningar av naturvetenskap, 4) lärares föreställningar av naturvetenskap, 5) lärares motiv för laborationsverksamhet.

Utöver detta utfördes 23 fallstudier beträffande laborationspraxis, tillsammans med en analys av huruvida laborationer främjar lärandet. Samtliga undersökningar gjordes på gymnasie- och inledande universitetsnivå. Elevernas beteenden under en laboration påverkas av vilka föreställningar de har om naturvetenskap och om sitt lärande. På samma sätt påverkas lärarna av sina föreställningar i utformandet av laborationer. Därför gjordes undersökningarna av elevers och lärares föreställningar om och kring naturvetenskap och lärande.

I studiet av aktuell laboratoriepraxis ville man göra en överblick över situationen i de deltagande länderna. Man studerade både laborationers uppläggning och innehåll. Det finns stora skillnader mellan de olika länderna i fråga om laborationsverksamhetens omfattning, i varje fall på gymnasienivå. I vissa länder förekommer regelbundna labor- ationer, i andra beror det på lärarens intresse, och i åter andra förekommer laborationer sällan eller aldrig. Å andra sidan förekommer av läraren utförda demonstrationer i alla deltagarländer. Öppna (open-ended) projektarbeten förekommer sällan. Laborationer bedöms genom betygsättning av rapporter, i vilka försökets innehåll, utförande och resultat beskrivs och eventuellt diskuteras. På gymnasienivå är laborationerna i allmän- het hårt styrda. Eleverna uppmanas inte att göra eller pröva något eget, inte heller att

38

undersöka samband eller att välja mellan olika alternativa förklaringar. Den typiska laborationen tycks bestå av ett fåtal likartade aktiviteter.

I studiet av elevers föreställningar om naturvetenskap kunde följande tre riktningar urskiljas.

1) Fokusering på data. Eleverna ansåg att insamlandet och tolkningen av data mer eller mindre automatiskt ger en tillförlitlig beskrivning av verkligheten.

2) Radikal relativism. Här ansåg eleverna att tolkningen av data och slutsatserna därav är så problematiska att det aldrig går att göra ett experimentellt väl underbyggt val mellan olika förklaringsalternativ.

3) Samband mellan teori och praktik. I denna syn antas teori och metodval växelverka i laboratoriearbetet, med möjlighet till ömsesidig påverkan.

Eleverna tycks ha svårigheter att se samband mellan å ena sidan teorier, å andra sidan utformningen, utförandet och tolkningen av experiment. Följden kan bli, att eleverna inte kan tillgodogöra sig laborativ verksamhet på ett effektivt och konstruktivt sätt i sitt lärande. Eleverna kan därigenom också få svårt att bedöma kvaliteten hos insamlade data och vilka slutsatser som kan, eller inte kan, dras av dessa.

Skolundervisningen bör ge en rimligt god allmän föreställning om naturvetenskap. Här har lärarna en stor uppgift och ett stort ansvar. Därför undersöktes även lärares syn på naturvetenskap. Totalt 145 lärare från två länder tillfrågades. Svaren från gymnasie- och universitetslärare visade sig vara ganska likartade. Lärarna anser följande:

1) Naturvetenskaplig forskning grundar sig på kontrollerbara experiment och genom- tänkta observationer.

2) Forskare tolkar resultat från experiment med ledning av teorier.

3) Det krävs empiriska undersökningar för att underbygga vetenskapliga teorier.

4) Tolkningen av insamlade data påverkas av experimentets utformning, av teoretiska preferenser och av metoden för dataanalys.

I undersökningen om lärares motiv för att inkludera laborationer i undervisningen, ombads lärarna att rangordna följande påståenden om målet med laborationer:

1) Knyta ihop teori och praktik. 2) Utveckla experimentell skicklighet.

39 3) Få inblick i vetenskapligt tänkande.

4) Stimulera motivation, personlig utveckling och social kompetens. 5) Utvärdera elevernas kunskaper.

Mer än 40% av lärarna ansåg påstående 1) vara laborationens viktigaste mål. Fysik- lärare ansåg det vara viktigare än kemi- och biologilärare. I övrigt var ordningen så som den presenteras ovan. Skillnaden mellan länderna var liten.

I fråga om laboratoriearbetets utformning, ansåg lärarna generellt att experiment som utförs av eleverna själva fungerar bäst för att stödja lärandet i alla bemärkelser. Öppet (open-ended) arbete ansågs också vara nyttigt, men inte i alla hänseenden. Även experiment som involverar modern teknik samt hårt styrt laboratoriearbete ansågs vara bra i vissa hänseenden. Undersökarna menar att dessa resultat bör kunna användas för att finna och fokusera på de motiv som många lärare anser vara viktiga. De borde också kunna användas i framtida studier om hur effektivt lärarnas avsikter förverkligas i elevernas laboratoriearbete.

I fallstudierna tittade man på olika typer av laborationer. Man intresserade sig inte bara för den effekt laborationer har på elevers lärande, utan också för elevernas intellektuella och praktiska aktiviteter under själva laborationen. Laborationerna delades in i tre typer. 1) Små grupper och handgripliga (hands-on) experiment, 2) integrerad användning av modern teknik, och 3) öppet (open-ended) arbetssätt. Dessutom studerades fall där man antingen fokuserade på enstaka moment i arbetet, eller på hur laborationer presenteras i litteraturen. Resultaten visar bl.a. att elever genomgående har svårt för att koppla ihop teori med praktik, dvs. de kan inte tillämpa sina teoretiska kunskaper i sina praktiska aktiviteter. Datorer och datorprogram för simuleringar och presentation av data stimulerar, mer än något annat, eleverna till diskussioner om den begreppsliga bak- grunden till en försökssituation. I öppna arbetssätt finns många implicita mål, som inte lätt kan synliggöras, men som kan uppnås under arbetets gång. Man konstaterar också att ett öppet arbetssätt ställer speciella krav på lärarna. Ytterligare en slutsats är, att instruktioner för utförandet av laborationer samt presentationer av laborationsförsök i litteraturen bör utformas utifrån en konkret försökssituation.

Med ledning av dessa resultat föreslår undersökarna tre huvudmotiv för laborationer. Dels de traditionella målen, att främja begreppslig förståelse och utveckla praktisk

40

skicklighet, dels de mindre vanliga målen , att behandla olika undersöknings- och data- bearbetningsmetoder samt visa på betydelsen av experimentets utformning. Alla dessa faktorer påverkar varandra inbördes. Var man vill lägga tonvikten beror på vad man vill uppnå med laborationen.

En sammanfattning av hela undersökningen mynnar ut i följande rekommendationer: 1) Laborationer i naturvetenskaplig undervisning borde kunna ha en större bredd ifråga om mål för lärande, än vad som är fallet för närvarande.

2) Laborationer borde vara bättre utformade och ha tydligare pedagogiska mål. Färre försöksmoment per laboration och en mer sammanhängande uppläggning (av hela undervisningen) hade varit en fördel.

3) Det är angeläget att utveckla bättre metoder för bedömningen av laborationer.

4) Lärarna är viktiga för att laborationsarbete skall vara effektivt. Därför bör lärarna få utbildning och stöd, både i fråga om utformning och handledning av laborations- verksamhet.

10.3 TIMSS 2003

(Martin et al. 2004), Trends in International Mathematics and Science Study är en inter- nationell undersökning som utförs vart 4:e år. Syftet är att samla information om och kartlägga de sammanhang i vilka matematisk och naturvetenskaplig undervisning be- drivs. I undersökningen ingår även att bedöma färdigheter hos elever i årskurserna 4 och 8. I slutrapporten finns en hel del intressant statistik, t.ex. vilken utbildning lärare i naturvetenskap har, hur undervisningen är upplagd och vad eleverna förväntas göra på lektionerna. Jag har inte explicit använt undersökningen i mitt arbete, eftersom jag främst inriktar mig på gymnasienivå. Icke desto mindre vill jag omnämna den, eftersom det är synnerligen intressant och tänkvärd läsning, även för en gymnasielärare.

10.4 PISA 2000

(Lemke et al. 2001), Program for International Student Assessment är regelbundna (vart 3:e år) utvärderingar av 15-åringars "reading, mathematics and science literacy" i OECD-länder. Här definieras science literacy som förmågan att tillämpa naturveten- skapliga principer och tankesätt i en mängd olika situationer. PISA-undersökningarna är inte i sig relevanta för mitt arbete. Jag nämner dem ändå, dels därför att det har varit svårt att hitta internationella undersökningar som inte bara omfattar barn, dels därför att

41

de ger en uppfattning om ungdomars naturvetenskapliga förmåga och kunskap. I kom- bination med andra typer av undersökningar, t.ex. om undervisningens omfattning och uppläggning, skulle man kunna utläsa effekten av olika slags undervisning. Därav skulle man kanske kunna bilda sig en uppfattning om experimentets betydelse i naturveten- skaplig undervisning.