Malmö högskola
Lärarutbildningen Skolutveckling och ledarskapExamensarbete
10 poängExperimentets art och roll
i naturvetenskaplig undervisning
Exempel ur forskningslitteraturen
The Nature and Role of Experiment in Science Education
Eva Mezey
Lärarexamen 60 poäng Handledare: Mats Areskoug
Matematik & Fysik
3
Sammanfattning
Experimentets art och roll i naturvetenskaplig undervisning är ett fundamentalt och omfattande ämne. I föreliggande litteraturstudie görs ett försök att sätta in frågan i ett historiskt, pedagogiskt och vetenskapligt sammanhang. Innan experimentets roll diskut-eras, ställs dock frågan vad naturvetenskap är, varför och hur det skall undervisas, och vad som kännetecknar praktiskt arbete och experimentell verksamhet i skolan. Med denna bakgrund refereras några forskares och lärares erfarenheter och åsikter. Det visar sig, föga överraskande, att formerna för och avsikterna med experiment i undervis-ningen är skiftande. Studien får därför ses som ett försök till kartläggning av frågeställ-ningen, med avsikten att lyfta fram några representativa exempel. Slutsatsen måste bli, att titelns fråga har många möjliga svar. Den gemensamma nämnaren förefaller vara, att praktiskt arbete och experiment är önskvärda inslag i naturvetenskaplig undervisning, trots oenighet och osäkerhet beträffande deras mål och effektivitet.
Nyckelord: experiment, fysik, gymnasium, laboration, naturvetenskap, observation, skola, undervisning, utbildning
5
Innehållsförteckning
1. Bakgrund 7
2. Frågeställning 8
3. Metod 9
4. En ideologisk och historisk överblick 12
5. Vad är naturvetenskap? 16
6. Behöver vi naturvetenskap och experiment? 19
7. Exempel på och åsikter om praktiskt arbete i skolan 25
8. Sammanfattning och slutsatser 30
9. Referenser 33
6
We should be unwise to trust scientific inference
very far when it becomes divorced from
opportunity for observational test.
It is also a good rule not to put overmuch confidence
in the observational results that are put forward
until they have been confirmed by theory.
Sir Arthur Eddington
The Internal Constitution of the Stars (Chapter I) New Pathways in Science (p. 211)
7
1. Bakgrund
Undersökningar visar att såväl skolungdomar som människor i allmänhet har dålig kunskap om, och ännu sämre förståelse av, naturvetenskap. Vilken roll har naturveten-skap och naturvetennaturveten-skaplig (ut)bildning i vårt samhälle? Varför betonas vikten av natur-vetenskaplig bildning? Om den anses vara önskvärd, hur gör vi den då tillgänglig för så många som möjligt? Praktisk och vardaglig anknytning anses vara en god inkörsport för att främja naturvetenskapligt intresse och förståelse. Här kommer experiment och labor-ationer naturligt in. Experimenterande är en aktivitet och kräver deltagande och engage-mang. I dess öppna former tillåter experimenterandet egna tankar och handlingar, och egna resultat. Det kan dock vara värt att hålla i minnet, att det som uppfattas som en rolig upplevelse inte automatiskt leder till större intresse eller bättre förståelse.
Mitt intresse för laborationer inom naturvetenskaplig utbildning är gammalt, och med åren har jag fått en hel del egen erfarenhet. Under nästan hela min skoltid, från realskola till universitet, har jag regelbundet utfört laborationer, inklusive förarbete och rapport-skrivning. På universitetet kom jag att handleda många laborationer (i astronomi) och fick även möjlighet att utveckla nya. Eftersom laborationer i regel utförs i små grupper, ges goda tillfällen att diskutera med studenterna och få deras syn på experiment som undervisningsform. Under min praktiktid på ett gymnasium fick jag för första gången uppleva att laborationer inte betraktas som en naturlig och nödvändig del av fysikunder-visningen. Varken läraren eller eleverna var särskilt angelägna att göra laborationer. Jag måste erkänna att jag aldrig tidigare hade reflekterat över laborationers roll i undervis-ningen, kanske därför att själva laborerandet alltid har framstått som roligt, både för mig, mina lärare och mina studiekamrater. Däremot har ingen av parterna ansett det vara ett nödvändigt underlag för betygsättning. Laborationerna betygsattes visserligen, och kunde i tveksamma fall påverka kursbetyget, men knappast någonsin negativt. En sådan inställning påverkar naturligtvis laborationernas status i undervisningen.
8
2. Frågeställning
Syftet med detta arbete är att göra en litteraturstudie för att utröna vilka erfarenheter och åsikter som finns beträffande praktiskt arbete och experiment inom naturvetenskaplig skolundervisning. I en litteraturstudie måste man hålla tillgodo med det som finns skrivet, och välja bland det som är tillgängligt inom den tid som står till förfogande. Det betyder att frågeställningen i någon mån måste anpassas efter möjligheterna. I ett försök att konkretisera den allmänt hållna frågan om experiments art och roll i naturveten-skaplig undervisning, vill jag lägga tonvikten på följande:
• I vilken form förekommer praktiskt arbete och experiment? • I vilket syfte förekommer praktiskt arbete och experiment?
9
3. Metod
Ursprungligen tänkte jag göra en enkät bland några lärare angående den avsikt de har med att låta sina elever utföra laborationer. Dessutom ville jag göra en enkät i två gymnasieklasser för att utröna elevernas avsikt med att laborera. Under arbetets gång ändrade jag mig emellertid, främst av praktiska skäl. Det finns en omfattande litteratur i ämnet, både undersökningar och teoretiska diskussioner, därför beslutade jag att göra min undersökning i litteraturen i stället.
3.1 Litteratursökning
Jag sökte litteratur i bibliotek, databaser, på Internet och genom att fråga lärare och kurskamrater. Det lättast åtkomliga, och kanske mest utbredda, sättet att hitta information i dag, är att använda sökmotorer i olika typer av databaser och på Internet. Exempel på sökmotorer, kombinationer av sökord och resultat ges i det följande.
Sökmotorer: Google, avancerad sökning, med "alla dessa ord", på olika språk. Sökmotorer i databaser och på hemsidor.
Förlag: Springer; Elsevier;
Sökord, svenska: pedagogik naturvetenskap laboration; experiment undervisning fysik; Sökord, engelska: science search engines; education search engines; scientific
publishers; education publishers; science search index; education search index; pedagogic science education laboratory; labwork physics education; science teaching; Sökord, tyska: pädagogik unterricht naturwissenschaft; schule gymnasium experiment physik;
Exempel på relevanta hemsidor som hittades. En del är fritt tillgängliga, andra kräver auktoriserad inloggning.
Electronic Journal of Science Education
American Association for the Advancement of Science ERIC, Education Resources Information Center
WISE, Web-based Inquiry Science Environment Physics Education Research Papers on the Web
The National Research Center of the Gifted and Talented Naturwissenschaften und Allgemeinbildung
10 TIMSS & PIRLS International Study Center Myndigheten för skolutveckling
Gesellschaft zur Förderung Pädagogischer Forschung
Deutsches Institut für Internationale Pädagogische Forschung Deutscher Bildungsserver
PISA – OECD
Nat´s Academic Press, America´s Lab Report Investigations in High School Science SpringerLink (inloggning med namn och lösenord från Lärarhögskolans bibliotekssidor) WorldSciNet
Education in the Yahoo Science in the Yahoo
Federal Resources for Educational Excellence Library in the Sky
Education Publishers The AcqWeb Directory Fachportal Pädagogik
Science Education Review ScienceResearch Portal Nature
University of Plymouth, Pedagogic Research and Development Database Folkbildningsrådet
H.W. Wilson, Education Full Text Länkar från ovanstående hemsidor.
11
3.2 Litteraturval
Vid mitt litteraturval har jag påverkats av litteraturens tillgänglighet, men inte bara av bekvämlighet. Jag har även tagit intryck av Carlgren & Marton (2000, kap 3). De ger några glimtar ur lärarutbildningens historia och hur synen på lärarens roll har varierat, och om förhållandet mellan lärarens praktik och forskningens teorier. För att närma forskare och lärare till varandra, måste kommunikationen mellan dem fungera. Det innebär bl.a. att forskningens resultat måste vara lättillgängliga. Liknande tankar framförs i en diskussion ledd av Christer Isaksson (2003) mellan några svenska skol-forskare. Isaksson skriver i inledningen att "skolutvecklingens absoluta uppgift, och skolforskningens indirekta, är att förse skolan och ytterst lärarna med metoder och red-skap som möjliggör optimal förmedling och omvandling av information".
3.3 Översikt
Den följande presentationen inleds med några historiska glimtar av de ideologiska förutsättningarna för naturstudium och praktiskt arbete inom skolundervisning. Därefter söker jag svar på frågorna "vad är naturvetenskap" och "varför och hur skall vi under-visa naturvetenskap". Eftersom experiment generellt anses vara en väsentlig del av naturvetenskaplig verksamhet, tar jag även upp frågan "vad är en laboration". Sedan följer några exempel på verkliga undervisningssituationer, särskilt sådana där praktiska moment och öppna arbetssätt har använts. I det sammanhanget tas även åsikter om experimentets syfte och effektivitet upp. I den avslutande sammanfattningen försöker jag finna svar till min frågeställning om experimentets art och roll i naturvetenskaplig undervisning.
12
4. En ideologisk och historisk överblick
All experimentell lärverksamhet kan ses som ett led i en pedagogisk tradition som syftar till att fostra självständigt tänkande och handlande människor. Även den mest tillrätta-lagda och styrda laboration tillåter en viss handlingsfrihet. Ett experiment är ett försök, men det är också ett vågspel, i det att utgången inte är given. Man kan förutsäga ett tänkbart resultat från förutsättningarna, men man kan inte säkert förutse utförandets komplikationer. Här gäller det att pröva sig fram och våga riskera att misslyckas. Där-igenom kan man hitta en framkomligare väg, samtidigt som man skaffar sig kunskap och erfarenhet.
Lärande genom handling, eller genom växelverkan mellan teori och praktik, är en tanke som kan följas genom pedagogikens historia. En sådan uppfattning innefattar oftast också krav på människans delaktighet i och ansvar för sitt lärande. Här följer några exempel ur Egidius (2003), Pedagogik för 2000-talet:
En öppen och individanpassad undervisningsmetod förordas av Jean Jacques Rousseau (1712-1778) i hans tankar om människans utveckling genom självreglering. Hand-ledaren har en viktig roll för att åstadkomma problemsituationer som passar för elevens mognad och erfarenhet, men eleven skall ges frihet att pröva sig fram. Rousseau menar att eleven skall lära sig respektera naturlagarna, men han kräver även respekt för de olika mognadsstadierna i människans utveckling.
Samma tankegång hyllades av Friedrich Fröbel (1782-1852). Han var intresserad av matematik och naturvetenskap, och han grundade år 1817 en s.k. livsgemenskapsskola, där elever i olika åldrar skulle få möjlighet att förverkliga sig själv genom allsidig ut-veckling och delaktighet. Leken skulle vara en central pedagogisk metod.
En vanlig uppfattning i brittisk och fransk filosofi under upplysningstiden var att all kunskap kommer via sinnesintrycken. Detta samt Rousseaus och Fröbels tankar gjorde stort intryck på Maria Montessori (1870-1952), italiensk läkare och pedagog. Barnens yttre och inre värld hänger ihop och måste hjälpas till samordning genom arrangerade
13
aktiviteter. Barn skulle lära sig och utvecklas genom självvalda aktiviteter. Detta kan tolkas som elevens experimenterande med sig själv och sina förmågor.
Frigörelse var det viktiga för Celestin Freinet (1896-1966). Han bröt radikalt med den traditionella pedagogiken och lät sina elever lära genom att kritiskt prövande undersöka sin omvärld och dokumentera sina iakttagelser. Läraren skall fungera som handledare och vägledare. Metoden kan sägas vara ett tidigt försök att tillämpa case-metodik och problembaserat lärande.
En syntes mellan teori och verklighet söktes av John Dewey (1859-1952). Vi måste utföra eller genomföra något för att lära känna oss själva. Kunskap uppstår när vi prövar oss fram i arbete och handling. I slagordet ”learning by doing” sammanfattade Dewey sin teori om lärandet och kunskapen. Praktiskt arbete i skolan skall leda till vetenskaplig insikt. Utan praktik blir teorin obegriplig och utan teori förstår man inte det praktiska. Det handlar återigen om självstyrning och uppgiftsbaserat lärande. Dewey utformade även ett naturvetenskapligt inspirerat schema för dynamiskt lärande, som bl.a. säger att de lärande skall stöta på problem, samla fakta, formulera hypoteser utifrån sin befintliga kunskap samt efterhand kunna skissera teorier om sammanhangen och öva sig att genom observationer eller experiment verifiera teorierna. Ett sådant arbetssätt kan tränas i laborativ verksamhet.
Samhällstillvändhet och materialism är utmärkande för Karl Marxs (1818-1883) peda-gogiska teorier. Några av hans teser är att människors själsliv påverkas av förhållanden i samhället och att produktionsmedlen bestämmer relationer och utveckling i samhället. Vi möter också tankar på självstyrning, livslångt lärande och allsidigt bildning. Skolan är en del av samhället och det vi lär oss där skall vi använda till att förändra samhället. Det är ett handfast synsätt, som omsatt i undervisningsmetodik stöder uppfattningen att elever skall experimentera.
Människans psykiska utveckling genom olika åldrar och sambandet med lärande stod i centrum för Lev Vygotskij (1896-1934). ”Med hjälp av imitation i kollektiv aktivitet, under vuxen ledning, gör barnet mycket mer än det kan göra med förståelse, obero-ende.” (Hydén 1981, s.165-166, citat i Egidius 2003). Lärare har stor betydelse som handledare av elevers lärande. Vygotskij betonar det dialektiska samspelet mellan
14
delaktighet i ett kollektiv och individens självstyrning. Detta samspel sker genom att lärare ”lägger upp aktiviteterna på sådant sätt, att de utförs med gradvis mindre insats från den vuxne och motsvarande större insats från barnet själv”. (Bråten 1996, s.24, citat i Egidius 2003). En sådan målsättning skulle kunna förverkligas i ett uppgiftsbaserat lärande.
Levande varelser registrerar inte, utan konstruerar verkligheten sådan som de uppfattar den, var Jean Piagets (1896-1980) teoretiska utgångspunkt. Genom att agera i sin om-värld begriper individen hur om-världen är beskaffad. Enligt Piaget är tänkande en form av handling. Från den konkreta verkligheten skall vi göra abstraktioner. Studier skall börja där man befinner sig, därför behöver vi tillfällen att handskas aktivt med såväl nya fakta som nya sätt att sammanställa dem. Detta kan sägas förebåda ett självstyrt, uppgifts-baserat lärande där eleverna skall vara delaktiga i planeringen av sitt lärande.
Livsfrågor stod i centrum för Paulo Freire (1921-1997). Hans pedagogik handlar inte främst om undervisningsmetoder, utan om människans personliga utveckling. Dessutom gäller för honom att vi inte bara skall utforska världen, vi skall också förändra den. Vi skall erövra politisk frihet genom utbildning. ”En aktiv utbildningsmetod hjälper en person att bli medveten om sitt sammanhang och om sig själv” (Freire 1967, s.99 i den svenska upplagan, citat i Egidius 2003).
Marx, Dewey, Piaget och Freire var alla övertygade anhängare av filosofisk prag-matism, en uppfattning som säger att handling och medvetande ömsesidigt förstärker varandra. Detta är en tanke som ligger till grund för vår egen tids krav på uppgifts-baserat lärande. Det är också en tanke som stöder experimentell verksamhet i under-visningen.
Kurt Lewin (1890-1947) gjorde en modell (inlärningscirkel, Egidius 2003, s.117) för erfarenhets- och upplevelseförankrat lärande. Denna modell refereras av David Kolb (Kolb 1984, referens i Egidius 2003) såsom att allt lärande som har sin grund i konkreta upplevelser är effektivare än inläsning av texter. Den pedagogiska konsekvensen är, att man skall se till att de lärande befinner sig i ett här och nu, i en konkret situation som de skall bemästra intellektuellt och praktiskt. Donald Schön talar om den reflekterande praktikern. Han menar att det är en platonsk felsyn i modern forskning, att teorierna
15
säger hela sanningen om verkligheten och att praktik endast är en tillämpning av teorier. I själva verket befruktar teori och praktik varandra. Ingenting är så praktiskt som en god teori, och nya idéer föds i själva arbetet med ett problem. Den reflekterande praktikern kan variera sitt sätt att angripa problemen genom sitt experimenterande förhållningssätt.
Så långt Egidius (2003) Pedagogik för 2000-talet. Utbildningens samhällsnytta har alltmer tonats ner till förmån för individens nytta och behov, vilket bl.a. kan ses i läroplanernas förändring (Läroplan för gymnasiet, Skolöverstyrelsen 1965), (Läroplan för de frivilliga skolformerna, Lpf 94, Lärarförbundet 2004). Detta har lett till en alltmer differentierad och individanpassad skola (i varje fall på pappret och i retoriken), en utveckling på gott och ont. Det är inte alltid lätt för individen att i stunden inse vad hon kommer att ha glädje och nytta av, och det försummade är inte alltid så lätt att ta igen. Det gäller i synnerhet inom kunskapsområden som kräver en successiv påbyggnad och träning, och dit får matematik och naturvetenskap räknas. Å andra sidan läggs allt större vikt vid verklighets- och vardagsanknytning, vilket gynnar problembaserad och experimentell verksamhet. Det borde också gynna strävan efter en naturvetenskaplig bildning för alla elever, oavsett vilken inriktning de väljer.
En jämförelse mellan läroplaner för gymnasiet från åren 1965 och 1994 visar också att anvisningarna har blivit mycket mindre detaljerade och ändrat karaktär från innehålls-styrning till målinnehålls-styrning. 1994 års läroplan låter skolan och lärarna finna olika vägar till samma mål, utförandet blir en tolkningsfråga. De övergripande målen torde dock vara desamma, såväl de uttalade som de underförstådda. Skolan skall ge allsidig (ut)bildning och fostran, och därigenom erbjuda eleverna möjlighet till såväl individuell utveckling som fullvärdig delaktighet i samhället.
I 1965 års läroplan sägs under rubriken "Mål och riktlinjer" att "det är betydelsefullt att samtliga elever i gymnasiet oberoende av studieinriktning får en teknisk och natur-vetenskaplig orientering". I 1994 års läroplan nämns naturvetenskap och teknik inte explicit. Där nöjer man sig med att kräva att eleverna skall "tillägna sig goda kunskaper i de kurser som ingår i deras studieprogram" samt att "kunna formulera, analysera och lösa matematiska problem av betydelse för yrkes- och vardagsliv". Det är anmärknings-värt, med tanke på att vårt samhälle har blivit alltmer beroende av modern teknik och dennas naturvetenskapliga grundvalar.
16
5. Vad är naturvetenskap?
Naturvetenskap är den sammanfattande benämningen på de vetenskaper som studerar naturen, dess delar eller verkningar. Från 1600-talet renodlades naturvetenskapernas metodiska egenart. De fick väsentligen en kvantitativ inriktning och metoderna för observation och experiment tog allt fastare form. Den mest dynamiska utvecklingen har naturvetenskapen genomgått inom den europeiska och europeiskt inspirerade kulturen (Nationalencyklopedin, 1993).
Med frågan "Vad är naturvetenskap" vill Ekstig (2002, s.22) framhålla, att det är skill-nad mellan natur och naturvetenskap. Naturvetenskap är en mänsklig konstruktion, en process som producerar kunskap. Denna kunskap är varaktig även om den är föränder-lig. Naturvetenskapen måste underordna sig naturens villkor, och är en vetenskap som bygger på observationer, experiment, hypoteser, teorier, bevis och logisk slutledning.
Strömdahl (2002) talar om "naturen i naturvetenskapens dräkt". Naturvetenskapen be-skriver fenomen och objekt genom regelstyrd benämning och modellering. Han menar också, att det är ett tankefel att påstå, att naturvetenskap är studium av naturen. I stället handlar det om att göra de studerande delaktiga i en tradition och det sätt att beskriva naturen, som sker inom samtida naturvetenskap. Det vi kallar naturvetenskap är en upp-sättning föreställningar om världen som bygger på historisk utveckling. Även erfaren-heter av de fenomen och objekt i naturen som skall studeras är av avgörande betydelse. Därför är det en självklarhet att knyta de naturvetenskapliga texterna till laborativ verksamhet. Det är dock naivt att tro att man kan låta eleverna lära sig naturvetenskap genom egna experiment, utan att dessa är explicit förankrade i den vetenskapliga disciplinens diskurs. Tolkningsverktygen och tolkningarna av de naturvetenskapliga be-skrivningarna av världen borde få långt större uppmärksamhet i undervisningen än de vanligtvis har.
Vilken syn på naturvetenskap har då de som undervisar och de som undervisas i skolan? Olika undersökningar försöker finna svar på bl.a. dessa frågor. I en stor europeisk undersökning, Labwork in Science Education (Séré et al. 1998), tillfrågades både lärare och elever om sina föreställningar om naturvetenskap. Undersökningen är fokuserad på
17
experimentell verksamhet, därmed är även frågorna angående synen på naturvetenskap knutna till experiment. De tillfrågade är lärare och elever i naturvetenskaplig under-visning på gymnasiet och på inledande universitetsnivå. Svaren speglar således uppfatt-ningen av experimentell naturvetenskap inom professionen, men ger ingen uppfattning om den allmänna synen på naturvetenskap i stort. Mycket summariskt sammanfattat kan sägas, att såväl lärare som elever förknippar naturvetenskap med experiment. Experi-ment i sin tur förknippas med datainsamling och därpå följande tolkning, som sker med ledning av teorier. Tolkningen påverkas av experimentets utformning och av metodval. Lärarna anser att experiment är en väsentlig del av naturvetenskaplig forskning. I sin egen undervisning använder lärarna experiment huvudsakligen i syfte att knyta ihop teori och praktik. Elevernas syn är mest inriktad på experimentens utförande och utfall.
Den svenska undersökningen Mer formler än verklighet (Skolverket & Högskoleverket 1997) ger en uppfattning om gymnasieelevers och blivande gymnasieelevers allmänna föreställningar om naturvetenskap och naturvetenskapliga studier. De flesta tillfrågade var även i detta fall naturvetare eller presumtiva naturvetare, men det fanns även mindre jämförelsegrupper. Det visar sig att naturvetenskap har hög status, dels därför att det anses vara svårt, dels därför att det anses ge de bästa möjligheterna för högre studier och jobb. Ungdomarna har dock dålig kunskap om, och är osäkra på, vad naturvetenskap är, vad naturvetenskapliga studier innebär och vad naturvetare konkret arbetar med. Vad som också framkommer är, att naturvetenskap förknippas med laboratorier och dessa ger associationer till något gammalt och tråkigt.
Vi ser alltså att synen på naturvetenskap är mycket skiftande, beroende på hur frågan ställs och till vem. Av de olika svaren drar jag följande slutsats: Naturvetenskap är en mänsklig aktivitet, det är beteckningen på människans olika sätt att studera naturen. Det är en vetenskap som måste bygga på observationer och experiment, och dessa måste genomföras på naturens villkor. Insamlade data kan tolkas på olika sätt. Hur det görs är betingat av vetenskapliga teorier, men även av historiska och sociala faktorer. Tolk-ningen måste emellertid alltid vara saklig och redovisas öppet. Naturvetenskapliga teorier och experiment skall vara reproducerbara och kunna ifrågasättas. I lärares och elevers (inom naturvetenskap) syn på naturvetenskap intar experiment och tolkningen av experiment en dominerande ställning. Man får nästan intrycket att naturvetenskaplig forskning uteslutande betraktas som experimentell verksamhet. Det framkommer också,
18
att elevers uppfattning av naturvetenskap och hur det utövas professionellt, präglas av stor osäkerhet.
Så långt har jag försökt att ge skolans naturvetenskap en historisk, vetenskaplig och pedagogisk bakgrund, och sätta in den i ett vidare sammanhang. Frågor som 'varför skall vi lära oss det här' och 'vad är det för nytta med det' är alltför vanliga för att ignoreras. Vem behöver egentligen naturvetenskap, och i vilken form? Hur kan natur-vetenskapens tanke- och arbetsmetoder, och särskilt experimentell verksamhet, göras meningsfulla och användbara för eleverna? I följande avsnitt skall jag söka svar på dessa frågor.
19
6. Behöver vi naturvetenskap och experiment?
6.1 Varför naturvetenskap och varför experiment?
Frågan om experimentets roll i naturvetenskaplig undervisning handlar om hur denna undervisning skall vara utformad. Innan vi kan diskutera hur vi skall undervisa natur-vetenskap, måste vi emellertid fråga oss varför vi skall göra det. Ett inlägg i den debatten är R. N. Carson´s (1998) artikel Science and the Ideals of Liberal Education. Carson framför åsikten att vår moderna världsbild och vår kultursyn har formats av matematik och naturvetenskap. I en fri demokrati bör människor utbildas till självstän-digt tänkande. Det kan endast uppnås genom en allsidig (ut)bildning, som med nöd-vändighet måste inkludera naturvetenskap. Omvänt kan intresset för naturvetenskap stimuleras genom att framhålla dess kulturella aspekter. Visserligen borde den uppen-bara nyttan av matematik och naturvetenskap vara nog för att motivera deras plats i undervisningen, men i verkligheten är det inte så. Vi borde under alla omständigheter sträva efter större helhet i undervisningen, vilket skulle kunna uppnås genom större bredd i ämnesvalet, men också genom att ge en historisk, kulturell och samhällelig anknytning till lärostoffet. Naturvetenskap skiljer sig från andra kulturyttringar genom sin ständiga strävan efter sanning i beskrivningen av den observerade naturen. Detta tänkesätt är användbart och fruktbart i många olika sammanhang och bör komma alla till del.
Robin Millars (1996) artikel Towards a Science Curriculum for Public Understanding uttrycker liknande tankar. Med utgångspunkt från undersökningar angående förståelsen av naturvetenskapliga begrepp och fenomen, ställs frågan hur vi skall utforma naturvetenskaplig undervisning för att den skall vara meningsfull för alla. Endast en liten minoritet av alla skolelever kommer att ägna sig åt naturvetenskap professionellt. Hur kan skolan både ge en meningsfull naturvetenskaplig allmänbildning till majoriteten, samtidigt som den tillfredsställer och stimulerar minoriteten? I ett försök att besvara frågan, betonas vikten av helhet och sammanhang. Här framhålls även betyd-elsen av praktiska moment och vardagsanknytning, vilken emellertid ingalunda är intuitiv eller trivial. Det påpekas dessutom, att eleverna bör få framföra sina egna tankar
20
och att de bör ges tillfällen att pröva dem. Uttryckt med andra ord förespråkas således allsidigt, självständigt arbete under god ledning, och insatt i ett sammanhang.
Såväl Carson som Millar framhåller vikten av helhet och sammanhang, men också naturvetenskapens allmännytta. Millar betonar dessutom betydelsen av praktiskt arbete. Förmodligen anser de flesta naturvetare, att observationer och experiment har en given plats inom forskning och undervisning, och då borde laborationer vara en naturlig del av skolarbetet. Det är det oftast också, men i varierande omfattning och i olika former, vilket jag skall ge exempel på i det följande.
6.2 Vad är en laboration?
I Nationalencyklopedin (1993) definieras "laboration" som "praktiskt naturvetenskapligt arbete, experiment, vanligen i undervisningssyfte. För ämnet fysik sägs i 1965 års läro-plan (Skolöverstyrelsen 1965), att demonstrationer och laborationer bör ingå i under-visningen, och att målet för laborationer skall vara såväl kunskapsinhämtning som mät-tekniska färdigheter. Vidare sägs att "specialarbete i fysik bör till sin centrala del ut-göras av en experimentell undersökning, vid vilken den självständiga bedömningen tränas". Vid betygsättningen i fysik skall hänsyn tas även till elevernas "sätt att utföra och redovisa laborationerna". Av dessa formuleringar kan man dra slutsatsen att praktiska moment, i synnerhet laborationer, anses vara en naturlig och självklar del av fysikundervisningen.
I 1994 års läroplan (Lärarförbundet 2004) sägs ingenting om enskilda ämnen. För att hitta något jämförbart måste man därför gå till kursplanerna i fysik (Skolverket 2000). Där finner man bland "Mål att sträva mot", att skolan i sin undervisning i fysik bl.a. skall sträva efter att eleverna "utvecklar sin förmåga att föreslå, planera och genomföra experiment för att undersöka olika fenomen samt beskriva och tolka vad som händer genom att använda fysikaliska begrepp och modeller" samt att de "utvecklar sin förmåga att med hjälp av moderna tekniska hjälpmedel samla in och analysera data samt simulera fysikaliska fenomen och skeenden". Praktiska moment i fysikundervisningen förordas alltså även i de moderna kursplanerna.
Laborativa inslag har förekommit i naturvetenskaplig undervisning sedan början av 1800-talet. Från tidigt 1900-tal förespråkas ett undersökande arbetssätt, och manualer
21
och anvisningar blir mer tillämpningsorienterade. Mot mitten av 1900-talet förändras synsättet till att laborationer mestadels används för att illustrera och bekräfta det som står i läroböckerna. På 1960-talet uppkommer både i England och USA en strävan att engagera eleverna i ett undersökande arbetssätt, som en central del av naturvetenskap-liga studier. Laborationer (eng. practical activities eller am. laboratory experiments) omfattar många skilda aktiviteter. Normalt definieras de dock som att "elever växel-verkar med material och utrustning för att observera och förstå naturen". Det kan inne-bära allt från att verifiera en påstådd princip till induktiva aktiviteter. Lärarens roll på-verkas givetvis också, och sättet att instruera eleverna förändras från sträng styrning till vägledning (Lunetta 1998).
Ovanstående speglar engelska och amerikanska förhållanden, men laborationer har en viktig funktion i naturvetenskaplig undervisning i många länder, dock inte alla (se t.ex. Séré et al. 1998). Praktiska aktiviteter kan vara av mångahanda slag och ha många avsikter. I ett försök att få grepp om verksamheten har Millar et al. (1999) gjort en klassifikation av laborationer och laborationers innehåll. Det ger kanske inget svar på rubrikens fråga, men det visar mångfalden och möjligheterna. Millar et al. är inte de första att klassificera laborationer, de hänvisar till flera tidigare arbeten. Exempelvis Woolnough & Allsop (referens i Millar et al. 1999), som föreslår en indelning i fyra grupper, nämligen övningar, praktik eller upplevelse, undersökningar samt illustration av teori. Ett annat exempel är Kirschner & Meester (referens i Millar et al. 1999), som föreslår en annan indelning i fyra grupper. Dessa är formell, experimentell, diver-gerande och handgriplig. Millar et al. anser, att den huvudsakliga anledningen till praktiska aktiviteter i undervisningen, är att hjälpa eleven att hitta länkar mellan obser-verbara objekt och idéer. De definierar praktiska aktiviteter som: "All those teaching and learning activities in science which involve students at some point in handling or observing the objects or materials they are studying". Definitionen inkluderar såväl begreppsliga som praktiska moment och ställer inga krav på var aktiviteterna äger rum. Den kan omfatta egna aktiviteter, arbete med datorsimuleringar och videoinspelningar, men även demonstrationer. Det är således en mycket vid definition, som strängt taget inte kräver någon aktivitet från elevernas sida. Praktiska aktiviteter skiljer sig då från annan undervisning endast därigenom att någon utför något, och inte bara talar om det. Millar et al. (1999) gör en mycket detaljerad kartläggning av en laborations möjliga moment och möjliga syften. Detta faller utanför ämnet för mitt arbete, jag hänvisar
22
därför den intresserade till deras artikel. Det egentliga syftet med deras kartläggning är att bättre kunna studera vad som faktiskt görs under en laboration och hur effektivt av-sikten förverkligas. Det i mitt sammanhang mest relevanta är, att Millar et al.´s kartläggning även ger en uppfattning om hur skiftande laborationer kan vara utformade.
Sjöberg (2000, s.392) ger en mycket snarlik definition av praktiskt arbete i skolan. "Praktiskt arbete i naturvetenskapliga ämnen kan vara så mycket; den enda gemen-samma nämnaren är att elever inhämtar egna erfarenheter via material och utrustning – de studerar objekten direkt, inte bara genom böcker och andra skriftliga källor". Han fortsätter med att säga, att praktiskt arbete kan äga rum på olika platser och ha olika mål. Sjöberg diskuterar också skolexperimentets utformning, pedagogiska syfte och huruvida det är effektivt. En del av detta återkommer jag till i det följande.
En något annan infallsvinkel ger Kärrqvist (2002): "Till ett experimentellt natur-vetenskapligt arbetssätt burkar man räkna färdigheter att avgränsa sitt system, ställa hypoteser, utforma egna experiment, identifiera och kontrollera variabler, dra slutsatser och på detta sätt utveckla sina tankemodeller och teorier". Det säger kanske inte vad en laboration är, men ger en god bild av vilken roll experimentet har i undervisningen.
I LSE-undersökningen (Séré et al. 1998) konstateras att gränsen mellan laborationer och andra metoder inom naturvetenskaplig undervisning är oklar och något godtycklig. Emellertid förekommer i nästan alla länder undervisningsmoment, där elever och lärare arbetar tillsammans i laboratorier eller på fältet. Begreppet laboration (eng. labwork) kan då omfatta "alla naturvetenskapliga läraktiviteter där elever utför, eller ser någon utföra, en praktisk uppgift, i laboratoriet eller någon annanstans" samt "läraktiviteter i syfte att förbereda elever för praktiska uppgifter".
Efter dessa allmängiltiga definitioner på praktiskt arbete i skolundervisningen skulle jag, i egenskap av praktiker, vilja ge min specifika syn på vad en laboration är. Först vill jag tydligt skilja mellan observation och experiment, enligt följande:
• En observation är ett mer eller mindre passivt iakttagande. Observatörens möjlighet att påverka eller manipulera sitt studieobjektet är obefintlig. Den möjliga aktiviteten
23
består i att studera olika egenskaper och att hitta olika sätt att genomföra observ-ationen. Det som kan påverkas är observationens medel och metoder.
• Ett experiment är en aktiv försöksverksamhet. Experimentatorn kan själv bestämma villkoren och utformandet. Undersökningsobjektet kan manipuleras och effekterna därav kan studeras.
• En laboration är en observation eller ett experiment som utförs inom skolunder-visning. Den behöver inte omfatta ett experiments alla faser och är oftast tillrättalagt i ett visst syfte för ett mer eller mindre bestämt mål.
Samtliga former av försöks- och iakttagelseverksamhet kräver god dokumentation för att kunna tjäna i utbildnings- eller vetenskapligt syfte, eller för att kunna belysa den vetenskapliga metoden. I alla former skall det finnas möjlighet att upprepa försöket för att kontrollera resultatet. För- och efterarbetet är en väsentlig del av aktiviteten. En genomtänkt planering av utförandet och en genomarbetat presentation av förloppet och resultatet är nödvändiga, för att aktiviteten skall kunna sättas in i ett sammanhang och bli meningsfull. Facklitteraturen (t.ex. LSE-undersökningen, Séré et al. 1998) nämner nästan alltid för- och efterarbete som viktiga faktorer för att laborativ verksamhet skall vara meningsfull och framgångsrik, men diskussionen handlar ändå mest om labor-ationers praktiska fas. Min egen erfarenhet säger också, att för- och efterarbetet är av-görande för att en laboration skall kommas ihåg. Därför skulle jag önska att de tydligare inkluderas i begreppet laboration.
24
6.3 Sammanfattning
Vårt samhälle och vår kultur vilar på en naturvetenskaplig grund. För att vi alla skall kunna vara delaktiga i detta, måste vi därför ha ett rimligt mått av naturvetenskaplig bildning. Det finns olika åsikter om hur och i vilken grad detta kan uppnås, men det är ofrånkomligt skolans uppgift att lägga grunden till en sådan bildning. Svårigheten är att hitta lämpliga undervisningsformer, som tillfredsställer både dem som vill fördjupa sig i naturvetenskap och dem som nöjer sig med en orientering. Praktiskt arbete, bl.a. i form av laborationer, anses kunna främja intresset och förståelsen för naturvetenskap, och även ge allmänt nyttiga kunskaper och erfarenheter.
Trots de något olika formuleringarna i litteraturen, är enigheten om vad en laboration är tämligen stor. Det finns ingen konflikt mellan olika författares definitioner, snarare kompletterar och förtydligar de varandra. Det karakteristiska för en laboration är att den är en (utförd eller observerad) aktivitet, i vilken material eller utrustning hanteras. För-beredelserna till och resultaten från aktiviteten är en del av laborationen.
25
7. Exempel på och åsikter om praktiskt arbete i skolan
I detta avsnitt refereras några exempel på praktiskt arbete i skolan och några åsikter om utformningen av, syftet och målet för detta. Exemplen skall visa något av det praktiska arbetets mångfald i såväl avsikt som utförande.Ntombela (1999) redogör i A Marriage of Inconvenience? för ett Sydafrikanskt projekt som började år 1976 i syfte att ändra undervisningen i naturvetenskap från auktoritativt lärarstyrt till elevcentrerat. Detta kom att medföra att praktiskt arbete fick en central roll i undervisningen. Ideologin bakom detta var övertygelsen att eleverna lär sig natur-vetenskap bäst om deras arbetsmetoder speglar natur-vetenskapens. Författaren menar att praktiskt arbete, som onekligen har många pedagogiska förtjänster, ofta förfelar att förstärka elevers förståelse för naturvetenskapens väsen. Praktiskt arbete kan visserligen underlätta förståelsen av begrepp och tillvägagångssätt, men därmed inte nödvändigtvis av naturvetenskapens väsen. Han argumenterar vidare, att vetenskapligt arbete inte alls är något förutsättningslöst upptäckande. Eleverna bör självklart få undersöka problem som intresserar dem, men de bör göra det under vägledning. Då kan de förhoppningsvis inse, att arbetsmetoderna måste väljas efter problemens art, och att resultaten även beror på metoderna. I ett sådant arbetssätt är laborationens mål inte att komma fram till ett på förhand givet resultat.
Molyneux-Hodgson et al. (1999) ställer frågan Is Authentic Appropriate? Artikeln handlar om att yrkesutbildningar i England innehåller många praktiska aktiviteter, som skall ge inblick i yrkeslivet. Motiveringen är, att eleverna sannolikt kommer att lära och uppskatta naturvetenskap när de deltar i samma slags aktiviteter som professionella vetenskapsmän. Men är detta bäst för eleverna, och hur ser verkligheten ut i klass-rummen? Författarna har undersökt hur elever hanterar problemlösning i laborationer och i praktiskt arbete med verklighetsanknytning. De konstaterar att eleverna inte alltid uppfattar eller tar hänsyn till verklighetsanknytningen, utan genomför experimenten utan sammanhang. Möjligen ges eleverna mer ansvar och frihet än deras kunskap tillåter dem att bruka. Lärarens handledning tenderar å andra sidan att begränsa eleverna och göra deras egen planering överflödig. En annan slutsats är, att eleverna gärna själva vill komma underfund med saker, i stället för att få dem omtalade för sig. Det anses också
26
vara osannolikt, att eleverna får insikter om de inte vägleds i vad de skall beakta. Slutligen kvarstår frågan, vad eleverna egentligen lär sig. En i mitt tycke egendomlig anmärkning är, att det faktum att eleverna utför en mängd vetenskapsliknande arbete, inte garanterar att de lär sig det föreskrivna naturvetenskapliga innehållet. Författarna konstaterar dessutom, att en yrkes- och verklighetsanknuten naturvetenskap i ut-bildningen inte automatiskt ger den önskvärda inskolningen i yrkes- och vetenskaps-samhällets praxis.
Bhattacharjee (2005), diskuterar i artikeln New Curricula Aim to Make High School Labs Less Boring nya former för laborationsverksamhet i skolan. Författaren refererar till en rapport från National Academies i USA, enligt vilken de flesta laborationer handlar om att mekaniskt genomföra ett antal handgrepp, i stället för att behandla veten-skapliga spörsmål. Hon citerar även V. Lunetta, forskare vid Pennsylvania State University, som säger att "för många elever innebär laborationer ett manipulerande av utrustning, inte av idéer" samt M. Linn vid University of California, som säger att "målet är att få eleverna att genomgå en process som speglar det som vetenskapsmän gör". Detta försöker man åstadkomma genom att låta eleverna pröva ett öppet, under-sökande arbetssätt i laborationer. De får arbeta med autentiska problem och uppmanas att hitta egna lösningar. Arbetssättet skall också visa att experimentets utformning kan påverka eller vara avgörande för resultatet, och skall hjälpa eleverna att förstå den vetenskapliga metoden. Nytt instruktionsmaterial utvecklas för att underlätta för lärare och elever att tillämpa öppna arbetsformer. Några lärare som har prövat metoden, vittnar om att eleverna tycker att arbetet blir mycket roligare om de får ta egna initiativ. Det finns emellertid problem också. Alla lärare har inte den utbildning de skulle behöva för att tillämpa undersökande arbetsmetoder, och tiden räcker sällan till. Ett bedöm-ningssystem, som lägger tonvikten på faktakunskaper i stället för vetenskapliga resone-mang, anses också bidra till att skolorna inte visar någon större entusiasm för att införa undersökande arbetssätt i undervisningen. Dessutom finns en del praktiska problem, exempelvis hanteringen av laborationsmateriel, som kräver både ekonomiska och pers-onella resurser. Trots allt finns det skolor som tycks göra framsteg, vilket inger hopp om ett paradigmskifte i fråga om sättet att använda laborationer i undervisningen.
Tischler & Pätzig (1998) ger i sin rapport Projekt Atommodelle en god inblick i den öppna undervisningsmetodens glädjeämnen och vedermödor. De båda lärarna
genom-27
förde sitt projekt i en gymnasieklass i Berlin. Eleverna fick i uppgift att använda IT-teknik för att skaffa sig kunskap om ett ur kursplanen i fysik valt tema, och presentera resultatet på Internet samt muntligt för sina klasskamrater. Elevernas arbeten, deras ut-värderingar och lärarnas slutrapport finns publicerat på Internet. Detta var således ingen laboration, men det var praktiskt och självständigt arbete. Den omfattande utvärder-ingen, där såväl lärare som elever kommer till tals, är värdefull därför att den förmedlar synpunkter och erfarenheter från dem som har lyckats genomföra ett arbete trots många svårigheter. För deltagarna oprövad teknik och nya arbetsmetoder medförde frustration och tidsspillan. Om tillräcklig tid kan avsättas och om elever och lärare håller ut, lär de sig dock mycket och känner i efterhand stor tillfredsställelse.
Sjöberg (2000, s.392) diskuterar skolexperimentets (= laborationens) uppläggning och syfte. Det läggs ofta upp så att eleverna gör några få, väl tillrättalagda försök, vilket kan vara pedagogiskt välmotiverat. Undervisningsmetoderna måste inte vara någon spegel-bild av vetenskapens metoder, men man skall göra klart för eleverna vad som gäller. Skolexperiment kan också användas för att visa hur fruktbart, eller rätt, ett teoretiskt samband är. Förhoppningen är att eleven bättre kommer ihåg stoffet när det är bekräftat i praktiken. Laborationer kan också upprepa klassiska försök, träna användningen av teori i praktiska tillämpningar samt träna förmågan att använda mätapparatur och utrust-ning. Praktiskt arbete kan emellertid ha andra mål än enbart att förmedla kunskaper och träna färdigheter inom naturvetenskap. Sjöberg ställer också frågan "är praktiskt arbete mer effektivt än vanlig undervisning?" och säger att svaret beror på undervisningens syfte och mål samt på sättet att bedöma elevernas prestationer. För att få en uppfattning om betydelsen av experimentellt arbete måste även bedömningen innehålla praktiska moment, vilket sällan eller aldrig är fallet.
Enligt Areskoug (2006, kap 15) är det nödvändigt att konkretisera undervisningen med experiment och studiebesök. Experimentet är en del i en process, där eleven i samarbete med kamrater och lärare skapar sin kunskap. Ett experiment kan ha en rad olika syften: • Väcka nyfikenhet.
• Stärka begreppsförståelsen. • Pröva lagar och teorier. • Söka samband och lagar.
28
• Kontrollera teoretiska förutsägelser och bestämningar. • Visa klassiska och historiska försök.
• Öva experimentellt arbete och användning av mätapparatur. • Öva kreativitet och problemlösningsförmåga.
• Göra fria undersökningar.
Areskoug menar att det kanske allra viktigaste syftet är att stärka begreppsförståelsen.
Donovan & Bransford (2005) talar i artikeln Scientific Inquiry and How People Learn inte explicit om laborationer, utan allmänt om hur elever lär. De betonar vikten av goda undervisningsstrategier, som låter eleverna erfara den undersökande processen. Denna process omfattar skapandet av hypoteser, modellering, användandet av verktyg samt socialt samarbete. Undervisningen måste utgå från elevernas vardagsföreställningar, men också visa att naturlagar inte är intuitivt fattbara. För att förstå naturvetenskapliga principer krävs ofta att vi reviderar våra vardagliga tolkningar av naturfenomen. Författarna ger några exempel på resultat från undersökningar, som visar att elever inte nödvändigtvis uppfattar experiment som en metod att testa idéer, utan snarare som en metod att testa saker eller att uppnå ett förutbestämt resultat. Elever i alla åldrar tenderar att förbise vikten av att i ett experiment hålla alla variabler utom en konstant. Modeller betraktas typiskt som fysiska kopior av verkligheten. Eleverna kan inte skilja mellan korrelation och kausalitet, och de förstår sällan att enstaka resultat inte behöver vara representativa. De flesta elever inser inte heller vilken betydelse populationens storlek har i en undersökning. Författarna föreslår undervisningsmetoder där inlärningen av ämnesinnehållet integreras med undersökande arbete. Sådan undervisning innehåller observationer, föreställningar och resonemang kring de fenomen som studeras, sam-tidigt som användningen av metoder och verktyg kan tränas.
Säljö et al. (1999) presenterar under titeln Artefakter som tankestötta en studie om vad barn förstår av vissa grundläggande astronomiska begrepp, och hur de kan resonera när de får tillgång till tankestöd i form av en artefakt, i detta fall en jordglob. Barn i åldrarna 7, 8 och 11 år intervjuades. Resultaten visar bl.a. att samma fråga ställd i två olika intervjuer kan betyda mycket olika saker. Undersökarna hävdar också att jordgloben, genom de associationer den ger, skapar en referensram för tolkningen av de frågor som ställs. Det finns ingen neutral kontext i vilken barns begreppsbildning, kunskaper,
före-29
ställningar eller mentala modeller i sig kan testas. Kommunikation och kognition är i alla sammanhang situerad. Betyder detta något i samband med laborationers roll? Jag skulle vilja påstå att även laborationer, med den utrustning och de metoder som där kommer till användning, och de erfarenheter de ger, kan vara en form av tankestötta i lärandet av naturvetenskap.
Aufschnaiter, C. et al. (1999) presenterar i The Influence of Student´s Individual Experi-ences of Physics Learning Environments on Cognitive Processes sin undersökning bland 16-17-åriga elever beträffande sambandet mellan deras individuella erfarenheter och deras kognitiva utveckling. Till undersökningen inbjöds 30 elever till det universitet där undersökarna var verksamma, för att där utföra laborationer vid tre tillfällen. Ämnet för laborationerna var elektrostatik, och eleverna skulle laborera i grupper om tre. De fick en låda med materiel samt ett antal kort med uppgifter, som mestadels bestod av experiment. Under arbetets gång ingrep läraren vid specifika tillfällen och gav eleverna kort med frågor och tankeexperiment. Eleverna videofilmades under laborationerna och fick även svara på en enkät. Resultatet visar bl.a. att eleverna tycker om att utveckla rutiner samt att de anser det vara intressant att lära sig nya saker och tänka ut nya förklaringar. Sammantaget ger det eleverna en känsla av kompetens. Just känslan av kompetens är viktig för att eleverna skall tycka att en uppgift har varit intressant och rolig. Det framkommer också, att lönen för mödan måste komma snabbt, men inte för snabbt. Eleverna måste under sitt arbete uppnå det önskade resultatet inom ungefär fem minuter, annars känner de sig inte kompetenta. De bör också ha möjlighet att agera självständigt. En god lärmiljö måste vara anpassad till elevernas förmåga och tillåta dem alternativa tankemönster. För att främja intresset för naturvetenskap måste de positiva erfarenheterna överväga. Därför skall undervisningen vara sådan, att den får eleverna att känna lust, intresse och kompetens.
I en stor europeisk undersökning, Labwork in Science Education (Séré et al. 1998) redovisas bl.a. olika typer av och olika motiv för laborationsverksamhet. En samman-fattning av undersökningen ges i avsnitt 10.
30
8. Sammanfattning och slutsatser
Från exemplen i föregående avsnitt framkommer följande angående utformningen av och syftet med praktiskt arbete och laborationer i naturvetenskaplig undervisning:
8.1 Formen för praktiskt arbete och laborationer
Laborationer bör spegla vetenskapens arbetsmetoder, som inte är något förutsättnings-löst upptäckande. Eleverna bör få undersöka problem som intresserar dem, men de skall göra det under lärares vägledning (Ntombela 1999). Praktiska aktiviteter skall ha verklighetsanknytning och ge inblick i yrkeslivet. Eleverna skall lära sig att själva planera experiment, men lärarens handledning tenderar att begränsa dem (Molyneux-Hodgson et al. 1999).
För närvarande handlar de flesta laborationer om att mekaniskt genomföra ett antal handgrepp, det är snarare ett manipulerande av utrustning än av idéer. Nya former för laborationsverksamhet utvecklas, vilka strävar efter ett öppet undersökande arbetssätt och autentiska problem. Arbetet omfattar även utveckling av nytt instruktionsmaterial (Bhattacharjee 2005). Den öppna undervisningsmetoden kan även tillämpas i projekt-arbeten, där eleverna uppmuntras till egna initiativ och tillåts göra egna erfarenheter. Till elevernas uppgifter hör också redovisningen av arbetets förlopp (Tischler & Pätzig 1998).
Laborationer består ofta av några få, väl tillrättalagda försök. De kan t.ex. utformas som en upprepning av klassiska försök, eller träna användningen av mätapparatur och utrustning (Sjöberg 2000). Laborationer kan även vara en del av en undervisnings-strategi, där inlärningen av ämnesinnehållet integreras med undersökande arbete. Därigenom får eleverna även erfara den undersökande processen (Donovan & Bransford 2005). Elever kan också utföra experiment i ett självständigt, men lärarlett grupparbete, där de tilldelas ett antal uppgifter och har en uppsättning materiel till sitt förfogande (Aufschnaiter, C. et al. 1999).
Undersökningar (Séré et al. 1998) visar, att laborationer i allmänhet är hårt styrda, medan öppna projektarbeten sällan förekommer. Den typiska laborationen tycks bestå
31
av ett fåtal liknande aktiviteter. Lärare anser, att experiment som eleverna själva utför är bättre än demonstrationer. Öppet arbete anses vara nyttigt, men inte i alla hänseenden. Experiment som involverar modern teknik anses också vara bra. Undersökarna delar in laborationer i följande tre typer: små grupper med hands-on experiment, integrerad användning av modern teknik samt öppet arbetssätt.
8.2 Syftet med praktiskt arbete och laborationer
Laborationer kan göra undervisningen mindre lärarstyrd och mer elevcentrerad samt underlätta förståelsen av begrepp och tillvägagångssätt. Strävan är då inte att eleverna i laborationen skall uppnå ett på förhand givet resultat (Ntombela 1999). Andra förhopp-ningar med praktiskt arbete är, att eleverna skall lära och uppskatta naturvetenskap bättre, och att deras inskolning i yrkes- och vetenskapssamhällets praxis underlättas (Molyneyx-Hodgson et al. 1999).
Experimentell verksamhet skall spegla det som vetenskapsmän gör och skapa förståelse för den vetenskapliga metoden (Bhattacharjee 2005). Den kan även visa hur fruktbart eller rätt ett teoretiskt samband är (Sjöberg 2000), men viktigast är att stärka begreppsförståelsen (Areskoug 2006).
I laborationer kan eleverna erfara den undersökande processen, de kan träna använd-ningen av metoder och verktyg, och de kan lära sig att inte bara testa saker, utan även idéer (Donovan & Bransford).
Praktiskt arbete kan även ha andra mål än att förmedla kunskaper och träna färdigheter inom naturvetenskap (Sjöberg 2000). Genom att studera hur elever laborerar kan man undersöka sambandet mellan deras individuella erfarenheter och deras kognitiva utveckling (Aufschnaiter, C. et al. 1999).
I en undersökning framkommer, att lärare har flera mål med laborationer, varav det viktigaste anses vara att knyta ihop teori och praktik. I undersökningens resultat föreslås dessa tre huvudmotiv för laborationer: främja begreppslig förståelse, utveckla praktisk skicklighet samt visa på betydelsen av experimentets utformning (Séré et al. 1998).
32
8.3 Övrigt
En del andra åsikter och tankar framförs också, främst beträffande laborations-resultatens beroende av design och metoder samt bedömningens betydelse. Ntombela (1999), Bhattacharjee (2005) och Séré et al. (1998) framhåller att experimentets utformning kan påverka eller vara avgörande för resultatet, vilket eleverna sällan eller aldrig inser. Ett bedömningssystem som inte inkluderar praktiskt arbete utgör ett hinder för utvecklingen av laborativ verksamhet (Bhattacharjee 2005) och gör det svårt att uppskatta dess betydelse i undervisningen (Sjöberg 2000). Undersökningar och ut-värderingar ger värdefull kunskap om hur praktiskt arbete uppfattas av lärare och elever samt vari problemen och vinsten kan bestå (Donovan & Bransford 2005, Séré et al. 1998, Tischler & Pätzig 1998).
8.4 Slutsatser
Gemensamt för exemplen i avsnitt 7 är, att det hos myndigheter, forskare och lärare tycks finnas en strävan att inkludera praktiskt arbete i naturvetenskaplig undervisning, trots en viss oenighet och osäkerhet ifråga om dess mål och effektivitet. Det tycks inte finnas någon önskan att avskaffa laborationerna, däremot finns en del åsikter om att och hur de borde förbättras.
Utformningen av experimentellt arbete kan vara mycket skiftande. Kritikerna hävdar, med stöd av undersökningar, att laborationer ofta bara är ett simpelt och hårt styrt mani-pulerande. Det tycks emellertid finnas en allmän strävan att övergå till mer under-sökande och självständiga arbetsformer. Införandet av sådana arbetsformer fortskrider dock långsamt, på grund av skolsystemens tröghet, allmänt bristande resurser och be-dömningsmetoder, som inte beaktar praktiskt arbete.
33
9. Referenser
Aufschnaiter, Claudia von et al. (1999), The Influence of Student´s Individual Experiences of Physics Learning Environments on Cognitive Processes. I John Leach & Albert Chr. Paulsen (red.), Practical Work in Science Education, Roskilde University Press
Areskoug, Mats (2006), Miljöfysik, Studentlitteratur
Bhattacharjee, Yudhijit (2005), New Curricula Aim to Make High School Labs Less Boring, Science, 310, 224
Carlgren, Ingrid & Marton, Ference (2000), Lärare av i morgon, Lärarförbundet
Carson, Robert N. (1998), Science and the Ideals of Liberal Education. I Barry J. Fraser, & Kenneth G. Tobin (red.), International Handbook of Science Education, Kluwer Academic Publishers
Donovan, M. Suzanne & Bransford, John D. (2005), Scientific Inquiry and How People Learn. I Suzanne M. Donovan & John D. Bransford (red.), How Students Learn, The National Academic Press, Washington D.C.
Egidius, Henry (2003), Pedagogik för 2000-talet, Natur och Kultur
Ekstig, Börje (2002), Naturen, naturvetenskapen och lärandet, Studentlitteratur
Isaksson, Christer (2003), Skolutveckling för samhällsutveckling – ur ett videoinspelat samtal mellan forskarna om perspektiven på skolutveckling. I Gunnar Berg & Hans-Åke Scherp (red.), Skolutvecklingens många ansikten, Myndigheten för skolutveckling, Liber
Johansson, Bo & Svedner, Per Olov (2001), Examensarbetet i lärarutbildningen, Kunskapsföretaget i Uppsala AB
Kärrqvist, Christina (2002), Problemlösande färdigheter – motorn i tillägnandet av naturvetenskap. I Helge Strömdahl (red.) Kommunicera naturvetenskap, Studentlitteratur
Lemke, Mariann et al. (2001), Outcomes of Learning, Results from PISA 2000, National Center for Education Statistics, USA
Lunetta, Vincent N. (1998), The School Science Laboratory: Historical Perspectives and Contexts for Contemporary Teaching. I Barry J. Fraser, & Kenneth G. Tobin (red.), International Handbook of Science Education, Kluwer Academic Publishers Lärarförbundet (2004), Lärarens handbok
34
Martin, Michael O. et al. (2004), TIMSS 2003 International Science Report,
International Association for the Evaluation of Educational Achievement, USA Millar, Robin (1996), Towards a Science Curriculum for Public Understanding, School
Science Review, 77, 280
Millar, Robin et al. (1999), Mapping the domain. I John Leach & Albert Chr. Paulsen (red.), Practical Work in Science Education, Roskilde University Press
Molyneux-Hodgson, Susan et al. (1999), Is Authentic Appropriate? I John Leach & Albert Chr. Paulsen (red.), Practical Work in Science Education, Roskilde University Press
Nationalencyklopedin (1993), Bra Böcker
Ntombela, G. M. (1999), A Marriage of Inconvenience? I John Leach & Albert Chr. Paulsen (red.), Practical Work in Science Education, Roskilde University Press Séré, Marie-Geneviève et al. (1998), Labwork in Science Education, Project funded by
the European Comission under the Targeted Socio-Economic Research Programme,
www.pjb.co.uk/npl/bp4.htm (hämtad i mars 2006)
Sjöberg, Svein (2000), Naturvetenskap som allmänbildning, Studentlitteratur
Skolverket & Högskoleverket (1997), Mer formler än verklighet, ungdomars attityder till naturvetenskap och teknik, Nothäfte 9/1997, ISSN 1104-8050
Skolverket (2000), Skolverkets föreskrifter om kursplaner och betygskriterier för kurser i ämnet fysik i gymnasieskolan, SKOLFS 2000:49, www.skolverket.se (hämtad i mars 2006)
Skolöverstyrelsen (1965), Läroplan för gymnasiet, Skolöverstyrelsens skriftserie 80, SÖ-förlaget
Strömdahl, Helge (2002), Avgränsa, idealisera, modellera. I Helge Strömdahl (red.) Kommunicera naturvetenskap, Studentlitteratur
Svenska språknämnden (2000), Svenska skrivregler, Liber
Säljö, Roger et al. (1999), Artefakter som tankestötta. I Ingrid Carlgren (red.), Miljöer för lärande, Studentlitteratur
Tischler, Frank & Pätzig, Dirk (1998), Abschlussbericht des Projektes "Atommodelle", Georg Forster Oberschule, Berlin, home.germany.net/101-92989/atom/absan.htm
35
10. Bilaga:
Referat av några undersökningar och ett skolprojekt
Följande referat bifogas för min egen dokumentation och för läsarens bekvämlighet. Jag har försökt att göra en saklig sammanfattning av det (för mitt arbete) mest väsentliga. Av nödvändighet blir bedömningen av vad som är väsentligt delvis min, och formul-eringarna är oftast mina egna.
10.1 Mer formler än verklighet
(Skolverket & Högskoleverket 1997). Studien, vars syfte är att undersöka ungdomars attityder till naturvetenskap, är ett beställningsverk av NOT-projektet (Myndigheten för skolutveckling och Högskoleverket), SAF (Svenska arbetsgivareföreningen), Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademin, NUTEK (Verket för näringslivsutveckling) och Civil-ingenjörsförbundet. Undersökningen gjordes bland högstadie- och gymnasieelever från olika delar av Sverige. Mer specifikt ville man ha svar på frågorna varför ungdomar väljer naturvetenskaplig och teknisk inriktning på gymnasiet samt varför de inte gör det. Ungdomarna intervjuades i gruppdiskussioner. Grupperna bestod av 6-8 elever, varav två från grundskolans nionde klass, gymnasieelever från första årskursen på NV-programmet samt minst en gymnasieelev från SP-NV-programmet. Eleverna valdes från Stockholm, Växjö, Haparanda och Hällefors. Sistnämnda ort har endast gymnasium med yrkesförberedande program. Anledningen till att jag refererar denna undersökning, som inte alls handlar om laborationer, är att den ger en bakgrund till de förutsättningar och villkor inom vilka naturvetenskaplig undervisning bedrivs.
Förutom gruppdiskussionerna förekom även associationsövningar, där ungdomarna fick tänka sig in i en situation där de besökte två olika rum, naturvetenskapsrummet och teknikrummet. NV-rummet väcker associationer till något gammalt och tråkigt. Människor som laborerar uppfattas som koncentrerade, tysta och trötta. Även i teknik-rummet ser man experimenterande människor, men där upplevs de som mera levande och deras arbete som roligare. Överhuvudtaget uppfattas teknik som lättare och roligare än naturvetenskap.
Föräldrar, syskon, kompisar, SYO-konsulenter och lärare påverkar elevernas föreställ-ningar och val. Kunskapen om de olika utbildföreställ-ningarna är inte alltid så stor, fördomar,
36
myter och rykten kan spela en stor roll. Man vet dessutom sällan vad ett visst yrke egentligen innebär. Genomgående önskas mer och bättre information. Studiebesök och besök av personer med konkret erfarenhet uppskattas. NV-programmet väljs därför att det ger behörighet till många typer av högre studier och för att det har hög status. Den höga statusen förklaras med att det anses vara svårt att förstå matematik och natur-vetenskap, och att man måste förstå, inte bara plugga. Yrken som läkare, civilingenjör och forskare upplevs som tjusiga och välavlönade, ofta utan att eleverna vet vad dessa yrkesutövare konkret sysslar med. En förmodad avigsida av NV-programmets höga status är, att den kan utgöra en press för icke-motiverade elever att ändå söka dit.
Lärarnas inflytande är stort. De kan inspirera eller avskräcka, ge positiva eller negativa omdömen, skapa goda eller dåliga förväntningar och slutligen hjälpa eller stjälpa elever-nas egna ambitioner och farhågor. Omgivningens, inte minst kompisarelever-nas, attityder kan underlätta eller försvåra valet av inriktning och genomförandet av studierna. NV-elever anses nämligen av många vara ambitiösare och duktigare än andra, men kanske också mera inskränkta i sina intressen. Det kan därför vara en social nackdel i umgänges-kretsen att gå på NV-programmet.
Bland undersökarnas slutsatserna finner man, att ungdomars attityder till matematik, naturvetenskap och teknik präglas av osäkerhet och okunskap. Valet av gymnasie-program grundar sig på många andra skäl än enbart intresse för ämnena. I många fall sker valet snarare trots ett relativt ointresse, därför att det anses ge en rimlig möjlighet att skjuta upp ett definitivt studie- eller yrkesval. NV-programmet anses vara brett, därför att det ger behörighet till många utbildnings- och yrkesvägar. Den rådande upp-fattningen är också, att NV-programmet, till skillnad från andra gymnasieprogram, kräver förståelse, inte bara inlärningsförmåga. Vetskapen om en hård arbetsmarknad föder en önskan att skaffa sig goda förutsättningar och kvalifikationer, men ofta utan en realistisk insikt i de egna personliga förutsättningarna.
10.2 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.
