Examensarbete i Teknik
15 högskolepoäng, grundnivå
Företag som pedagoger – hur gestaltas
företagens didaktiska val i
utbildningspaketen
Companies as Educators
Claes Schrewelius
Kompletterande Pedagogisk Utbildning 90hp Datum för slutseminarium (2021-01-11)
Examinator: Nils Ekelund Handledare: Hanna Hofverberg
1 Blank sida
2
1 Förord
Tack till …
… mina VFU-handledare Henrik och Ulf, kunniga både på bredden och djupet, som kanske kommer känna igen sig i några av miljöerna och diskussionerna jag målat upp i denna uppsats.
… övriga lärare och personal på Hedda Andersson-gymnasiet i Lund, där jag hade privilegiet att uppleva en pionjäranda under min VFU-praktik som jag hoppas att ni kan bibehålla.
… lärarstudentkollegor. Inspirerande och nyttiga diskussioner, som övergick från IRL till mess-appar och zoom under det märkliga pandemiåret 2020.
… Hanna och Nils, som både hjälpt mig att höja blicken och svingat med förstoringsglaset.
3 Blank sida
4
2 Sammanfattning/Abstract
Syftet med detta examensarbete är att få en förståelse för den didaktiska kopplingen mellan marknadsförda ”laborations-kit”/utbildningspaket, framtagna av Education Technology-företag, och det meningsskapande som dessa erbjuder. Med hjälp av syftesrelaterad textanalys, och begrepp från Lars Lindströms didaktiska läroprocesser och mer klassiska laborationsbegrepp, analyseras ”laborations-kit”/utbildningspaketens innehåll och inramning samt hur utbildningspaketen är gestaltade didaktiskt genom mål och medel.
Resultatet av studien visar att den modifierade Lindström-fyrfältaren är ett användbart komplement till s.k. laborations-frihetsgrader. Tanken med ökade frihetsgrader är att succesivt ge eleven mer utmaningar. Denna tanke finns även med i Lindströms fyrfältare, men här tillkommer att ett läromål kan vara att behärska medie under kontrollerade former, dvs i teknik-världen olika instrument, apparatur, verktyg och specifika material. Med hjälp av fyrfältaren kan man som pedagog även välja att laborera ämnesfokuserat eller ämnesövergripande för att täcka andra läromål eller åstadkomma nya kreativa effekter, s.k. divergerande läromål. Det är det kreativa skapandet i kombination med behärskandet av hantverket som är det egentliga målet med laborationer och denna insikt väcks när man använder fyrfältaren. Som pedagog, vare sig man är inom skolvärlden eller på ett EdTech-företag, bör man få förståelse för vad som särskiljer de olika läroprocesserna och hur de sinsemellan kan samverka.
Undersökningen har identifierat ett antal för svenskt vidkommande ”vita områden” inom teknisk-pedagogisk laborationsverksamhet, bl. a kreativa områden och ”soft skills”, alltså övningar och simulationsspel av teknikutveckling och koppling samhälle-teknik. Dessutom finns det skäl att följa utvecklingen närmaste åren inom 3D Hologram-tekniken.
Nyckelord: divergent, frihetsgrader, gymnasiet, konvergent, laboration, medieneutral, mediespecifik, simulering, STEM, teknik, teknikprogrammet.
5 Blank sida
6
3 Innehållsförteckning
1 Förord ... 2
2 Sammanfattning/Abstract ... 4
4 Inledning... 8
4.1 Syfte och frågeställningar ... 10
4.2 Antaganden och avgränsningar ... 10
4.3 Studiens allmänna och yrkesmässiga relevans ... 11
4.3.1 Aktuell debatt ... 11
4.3.2 Styrdokument ... 11
4.3.3 Existerande läromedel i Teknikämnet ... 13
5 Tidigare forskning på området ... 14
5.1 Forskningens syn på mål och syfte med laborationer ... 14
5.2 Historik runt ”laborations-ämnet” ... 14
5.3 Instrumentering ... 16
5.4 Kritik av pedagogisk laborationsverksamhet ... 16
5.5 Orsaker till att både slutna och öppna laborationer kan fallera ... 17
5.6 EdTech – definition och branschforskning ... 18
5.7 Framtiden – 3D Hologram? ... 19
6 Teoretisk utgångspunkt ... 21
7 Metod och genomförande... 26
7.1 Val av metod och urval ... 26
7.2 Analysförfarandet ... 26
7.3 Forskningsetik ... 27
7.4 Undersökningens tillförlitlighet ... 28
8 Resultat, analys och teoretisk tolkning ... 30
8.1 Fallstudier – resultat och analys per företag ... 30
8.1.1 Festo Didactics ... 30
8.1.2 AB Zenitab ... 31
8.1.3 Alega AB, Heraco AB och Fruhmann NTL ... 31
8.1.4 Sagitta AB ... 32
8.1.5 Elektrokit AB ... 33
8.1.6 Arduino och Tinkercad ... 33
8.1.7 PhET och Labster ... 35
8.1.8 Mjukvaruutveckling (Open P-tech (IBM) och SimSE) ... 36
7
8.2 Analys av helheten ... 39
9 Diskussion och slutsats... 43
9.1 Diskussion ... 43
9.2 Slutsats ... 44
10 Referenser ... 46
11 Bilagor ... 52
8
4 Inledning
I samband med min lärarutbildning (KPU, Kompletterande Pedagogisk Utbildning) med inriktning mot teknik, så har jag under VFU-perioderna (Verksamhetsförlagd utbildning, alltså praktikperioder) kommit i kontakt med laborationer i samband med teknikundervisningen. Jag insåg tidigt, både när jag observerade mina VFU-handledare och när jag själv skulle planera lektioner, att det inte fanns några ”färdiga laborationspaket” att plocka fram utan att det var upp till mig som lärare att själv fundera och planera hur laborationen skall genomföras och få det att hänga ihop med övrig undervisning. Basil Bernstein (1973), som vi kommer att möta senare i kapitel 6 Teoretisk utgångspunkt hade kategoriserat detta som en ”weak framing”, vilket innebär att ansvaret läggs över eller delegeras i mycket hög grad.
Bakgrunden hos KPU-utbildad tekniklärare är per definition mycket blandad, i princip har man genomgått en civilingenjörsutbildning någon gång i tiden. Hur denna varit upplagd (exempelvis hur mycket laborativa element som ingått i utbildningen eller vilka ämnen man gått igenom) kan skilja sig mycket från lärosäte till lärosäte. Dessutom är erfarenheterna från näringslivet (innan man valt lärarbanan) vitt skilda. En civilingenjör har kanske tillbringat flera år nere i ett telekom-labb, och bara där, och en annan har kanske hamnat i marknadsförar-skrået (dvs långt från ”klassiskt” ingenjörsarbete). I och med detta ser synen på ingenjörs/teknik-ämnet väldigt olika ut från tekniklärare till tekniklärare. Att då få ihop ett mer detaljerat ”teknik-kanon” som alla är både nöjda och bekväma med låter sig svårligen göras.
I just teknikämnet finns det en förväntan att man som elev skall få ”labba” och ”experimentera”, det kan bero på att teknikämnet på grundskolan är utformat på detta vis (bygga glasspinne-broar) och blivande teknikprogram-elever extrapolerar sina förväntningar när de börjar på gymnasiet. För många ”teknis”-elever kan det kännas som en välbehövlig paus från teorin att få jobba med händerna och för andra att få den där ”aha”-känslan när täckelset faller från den abstrakta teorin. Jag har själv observerat elever som haft en lagom uttråkad blick när de räknat på hållfasthetsfall, men där deras blick snarare fått en närmast eldfängd glans när de kopplat el-kretsar och försöker få dessa att samverka med en trilskande programkod. Samtidigt kan lärareuforin dämpas något när andra elever har hastat sig igenom laborations-checklistan utan reflektion och kanske till och med förstår ännu mindre efter laborationen än efter teori-passet.
9
En generell utmaning för en nybliven gymnasielärare i teknik är att det saknas ett brett urval av läroböcker och läromedel i teknikämnena (Gymnasiets Teknik 1, Teknik 2 och Teknik specialisering). Med detta menas att idealt hade man haft en uppsättning läroböcker både för själva huvudämnet (allmänt om teknik-området) och de ingående delämnena (mekanik, hållfasthetslära, ellära o.s.v.) där man har teori, räkneuppgifter och förslag på lämpliga laborationer/experiment samlade på ett ställe. Laborationerna hade varit väl beskrivna med inledande teori, laborationens syfte, problemställning och mål, utrustningslista eller en utmaning utan allt för mycket ledning (för att ge eleven en rimlig intellektuell stimulans). För läraren skulle det ha funnits en handlednings-manual, där man får såväl allmänna råd för undervisningsplaneringen samt svar, lösningar och tips kopplade till räkneuppgifter och laborationer (i viss mån finns just detta i No-ämnena, fysik, kemi, biologi) (Widström, 2012).
Bristen på läromedel leder till att teknik-lärare på gymnasiet får sätta ihop läromedel, presentationer, faktatext, uppgifter, lösningar, laborationer etc. själva i flera av/alla delkurserna. Det innebär också att man får ge sig ut och leta på nätet eller prata med andra skolor för att hitta läromedel eller inspiration till läromedel. Nackdelen är naturligtvis att detta är resurskrävande och kanske till och med ineffektivt, men uppsidan är naturligtvis den stimulerande utmaning det ger att skapa sitt eget material.
Det brukar argumenteras att just i teknik-ämnet/området sker utvecklingen ”så fruktansvärt snabbt” att det inte går att motivera en långsiktig produktion av fysiska (eller digitala) läromedel. Till viss del stämmer detta givetvis. Samtidigt finns det många delar av ”teknik” som är orubbliga naturlagar och fundamentala principer (Ohms lag, Kirchhoffs lagar, Hookes lag mm) och därmed ”långsiktig kunskap”. Ett annat exempel är transistorn (inklusive Moors ”lag”) som har funnits som central elektrokomponent i flera decennier.
I och med att tillräckligt med läromedel saknas får laborations-kit/lådor framtagna av företag en betydande roll. dvs tas tacksamt emot av lärare, givet att de har budget för inköp. Därför blir det intressant att studera laborations-kiten och syfte, mål och medel med dessa.
10
4.1 Syfte och frågeställningar
Syftet med detta examensarbete är att få en förståelse för den didaktiska kopplingen mellan marknadsförda ”laborations-kit”/utbildningspaket och det meningsskapande som dessa erbjuder.
Specifikt studeras innehåll, inramning och hur materialen är gestaltade didaktiskt i relation till mål och medel. För att studera detta har följande frågor formulerats:
1. Vad är det för utbildningspaket/laborations-kit som företagen tagit fram, med avseende på innehåll och inramning, inom teknik-ämnena?
2. Hur är materialen gestaltade didaktiskt, genom mål och medel?
4.2 Antaganden och avgränsningar
Företagsprodukterna har granskats ur en begränsad didaktisk synvinkel. Detta innebär att endast det som kan ses på produktblad, white papers, filmer eller andra web-uppgifter kan bedömas. Produkterna har inte granskats ur kostnads-, funktionell eller kvalitetssynvinkel. Studien gör heller inte anspråk på att vara heltäckande vad gäller valet av företag, de baseras på eget sökande samt förfrågan hos VFU-handledare.
På grund av svårigheten att hitta forskningsmaterial fokuserat på kombinationen gymnasieprogram, teknik och laborationer, så har jag även tittat på No (Naturorienterande ämnen) generellt och fysikämnet/fysiklaborationer specifikt. Detta för att fysik-ämnet har en lång historik, bred applikation och inte minst för att det är närbesläktat med Teknik-ämnet.
Med ”Teknik” i texten avses huvudsakligen Teknik 1 och 2 samt Teknik – specialisering på gymnasiets teknikprogram. Denna text behandlar alltså inte grundskolans teknik-ämne, som i mycket har andra mål och syften.
I texten kommer begrepp som laborations-kit/låda/paket användas omväxlande, men avser i sammanhanget samma sak.
Viss vikt har lagts på att inledningsvis beskriva området i ett vidare perspektiv för att ge en kontext både inom/utanför skolans värld samt historiskt/akademiskt och även ur företagens synvinkel.
11
4.3 Studiens allmänna och yrkesmässiga relevans
4.3.1 Aktuell debatt
I den offentliga debatten syns teknikämnet (eller för den delen diskussioner runt laborationer) väldigt lite. I sin bok ”Ingenjörerna”, släppt hösten 2020, nämner dock Gunnar Wetterberg att en av förklaringarna till att svensk teknik under 1900-talet legat i världsklass är att ingenjörsstudenterna tidigare fick vara mycket mer praktiska under sin utbildning till skillnad mot dagens utbildning som har fått en mer teoretisk tyngd (Wetterberg, 2020). Wetterberg menar att dåtidens ingenjör mer orädd kunde gå och svetsa ihop sin konstruktion själv eller åtminstone hade förståelse för de praktiska parametrarna/förtretligheterna i samband med utvecklingsprocessen.
I den No-didaktiskt akademiska världen i synnerhet globalt hittar man betydligt fler debatt-exempel. Det verkar dessutom som att det är debatter som pågått mer eller mindre oavbrutet sedan 1800-talet. En debatt berör ”kokboksrecept”-laborationer kontra mer fria/kreativa laborationer upp till frihetsgrad 3, där både problem, genomförande och mål är lämnat till eleven. En annan debatt ifrågasätter laborationer som företeelse helt kontra att laborationer måste bli mer centrala i undervisningen (Hult, 2000). Med ”kokboksrecept” menas att man har problem, genomförande och svar angivna i detalj – kallas också ”frihetsgrad 0”. Något som är intressant för just den här uppsatsen är att det över tiden svängt mellan centralt styrda curriculum och mer fritt laborations-skapande och framför allt om företag skall producera färdiga laborations-kit baserat på centrala riktlinjer eller låta lärarna själva plocka materiel. I nutida akademisk debatt har ”anti-kokboksrecepten haft övertaget under några decennier. Hur det överlag i verkligheten ser ut just i teknik-klassrummen/laborationssalarna går inte att säga eftersom forskningen just här är minimal/obefintlig.
4.3.2 Styrdokument
Vad säger Skolverkets styrdokument om teknik-laborationer? Under ”ämnets syfte” anges att ” Undervisningen ska ge eleverna möjlighet att utveckla tekniska kunskaper genom att arbeta med mätningar, observationer, experiment, tekniska beräkningar, matematiska modelleringar samt risk- och rimlighetsbedömningar. Undervisningen ska också leda till att eleverna utvecklar förmåga till analys och värdering. Eleverna ska också ges möjlighet att arbeta i projekt” (Skolverket, 2011). Vi gör antagandet att laborationer omfattar ”… arbeta med mätningar, observationer, experiment …”, men det behöver
12
uttryckligen inte vara så. Under målen för Teknik 2 anges att ”Planering och genomförande av experimentella undersökningar samt hur mätdata inhämtas, analyseras och redovisas” (ibid). Bland de allmänna riktlinjerna nämns att ”Skolan ska stimulera elevernas kreativitet, nyfikenhet och självförtroende samt vilja att pröva och omsätta idéer i handling och att lösa problem” (ibid). Utöver den totala timplanen i teknikämnena anges inte hur den enskilde läraren skall eller bör fördela dessa mellan teori, räkneuppgifter eller praktik/laborationer. De delämnen som skall gås igenom under ämnet Teknik 2 är mekanik, pneumatik, hydraulik och elektriska system (ibid). Det är upp till läraren att lösa uppgiften inom givna ramar. Samtidigt nämns det inget i ämnesplanerna om vilka tekniska begrepp som skall behärskas inom respektive delämne. Så om delämnet ”Elektriska system” skall omfatta Ohms eller Kirchhoffs lagar eller om man skall fokusera på telekommunikation är helt upp till läraren att avgöra. Vidare nämns i styrdokumenten att eleverna skall få kunskap om teknikutvecklingsprocessen, hållbart samhälle, teknisk problemlösning, samspel mellan teknik och samhälle, befintlig teknik och aktuell teknikutveckling, etiska perspektiv, genus-perspektiv samt teknik-kommunikationsaspekter. Om dessa faktorer behandlas enskilt eller vävs in i varandra eller hur det skall viktas är upp till respektive lärare att själv bedöma.
Skall man som lärare lyckas uppfylla alla läromål krävs, oavsett vilket ämne det handlar om, att tillräcklig tid, tillräckliga resurser och tillräckliga förkunskaper hos eleverna finns tillhanda. Högskoleförberedande gymnasieprogram har totalt 2180 timmar att fördela. Hur dessa fördelas på respektive ämne är upp till lokal skolhuvudman att avgöra. Tidigare var det så att antal poäng direkt motsvarade antalet timmar. Teknik 1 - 150 poäng, Teknik 2 - 100 poäng och Teknik specialisering 100 poäng skulle ha medfört 350 timmar fördelat på tre år (Skolverket, 2015). En redogörelse för ekonomiska resurser och erforderliga förkunskaper skulle vara intressant i sammanhanget för att ge en meta-förståelse, men är inte i fokus för denna uppsats.
Givet friheten att planera ämnet relativt fritt och att dessutom väva ihop det med angränsande ämnesområden, gör att det finns argument för att placera Teknik-ämnet i ”Lärande Med”-rutan i Lindströms lärprocesser (Lindström, 2008), se Figur 4. Detta eftersom läromålen är konvergenta (givna på förhand, om än tolkbara) och ”medie-neutralt”. Ämnesplanen stipulerar inte i detalj vad som skall läras ut utan handlar mer om förmågor att förstå tekniska begrepp och perspektiv på tekniken i samhället. Man kan även argumentera för att ”lärande Om”-rutan är applicerbar (en lärare kan tolka ämnesplanen som att fokus ändå bör ligga på att eleven skall bygga upp en trygghet inom
13
teknikdomänen utan att sväva ut allt för mycket. En annan lärare kan välja det mer divergenta spåret. Där kommer denne att trycka på att det mer kreativa skapandet ur ett samhällsperspektiv är målet och att släppa något, men inte helt på kraven att kunna hantera tekniska formler och teknisk apparatur (lärande I respektive lärande Genom, enligt Lindströms taxonomi).
4.3.3 Existerande läromedel i Teknikämnet
Idag existerar egentligen bara två läroböcker i Teknik 1 som gör anspråk på att vara heltäckande. Gleerups och Liber marknadsför var sin bok och båda har fått ett blandat mottagande bland gymnasietekniklärarna (Widström, 2012). Som information saknar Teknik 1-böckerna laborationer. I ämnena Teknik 2 och Teknik – specialisering saknas heltäckande läromedel. Dessvärre saknas ytterligare forskning inom detta område, vilket är anmärkningsvärt givet att teknikutbildning är centralt för vårt samhälles utveckling.
14
5 Tidigare forskning på området
5.1 Forskningens syn på mål och syfte med laborationer
Målet med en laboration kan vara att visualisera exempelvis Ohms lag (en del av Elläran). En lärare kan ha ett visst syfte med att hålla en viss typ av laboration för en klass. Dessa syften eller pedagogiska avsikter är främst hur laborationen knyts till övrig undervisning och hur den anpassas efter klassens förutsättningar (Hart, Mulhall, Berry, Loughran, & Gunstone, 2000). Ytterligare mål med laborationer kan exempelvis vara att utveckla förmåga till problemlösning (Leite & Dourado, 2013). Andra syften är att skapa motivation (alltså att skapa ett intresse hos eleverna), vetenskaplig attityd (kritiskt tänkande, probabilistiskt tänkande, objektivitet, uthållighet), vetenskaplig process (hypotes, planering, observation, dra slutsatser), fackkunskap (förståelse för ämnet, lagar, teorier), vetenskapliga metoder (problemlösning, datahantering), laborativt kunnande (behärska verktyg och material inklusive hantera risker dessa kan medföra) (Leite, 2002). Ett annat syfte kan vara att förstå vetenskaplig utveckling (där även teknik ingår). Här hävdar vissa forskare att det då istället skulle vara mer givande och effektivt att studera historiken runt vetenskaplig utveckling (Hodson, 2009). Då skapas en förståelse för hur faktorer utanför själva vetenskapen/tekniken inverkar och samverkar (historiska, politiska, sociala etc.). Andra forskare hävdar att en kombination av kreativitet, fantasi, insikter, besvikelser, svårigheter, framgång och motgång krävs för vetenskapligt arbete och då krävs praktiska laborationer för att berika den förståelsen.
”Huvudsakliga syftet med laborationer är att hjälpa elever överbrygga mellan verklighetens objekt-domän och idé-domänen” (Millar, Tiberghien, & Maréchal, 2002).
5.2 Historik runt ”laborations-ämnet”
Laborationer har haft ett vetenskapligt syfte sedan 1600-talet och för undervisning sedan 1800-talet. 1847 genomfördes den första kemilaborationen vid Yale University, USA. I samband med detta fick läraren betala hyra till universitetet och bekostade själv utrustningen. Detta var vid en tid då eleverna förväntades fokusera på faktarecitation och på sin höjd åskåda en laborationsdemonstration (Singer, Hilton, & (Editors), 2006). Det som fick fart på laborationsutvecklingen var Tyskland och deras modell anammades så småningom av andra länder. Ett intressant faktum är att Harvard University 1889 utvecklade 40 typexperiment inom fysik. Genomförande av dessa krävdes för att få bli
15
antagen till Harvard, vilket naturligtvis hade stor påverkan på amerikansk High School-undervisning. Detta i sin tur drev företag att producera kompletta laborationssatser, vilket är intressant i detta sammanhang. Ungefär 1890–1910 ökade intagningarna till amerikanska High Schools vilket i sin tur ändrade kraven på undervisningen. De tidigare fysikexperimenten ansågs nu av yngre lärare som gammalmodiga och irrelevanta (dvs saknade koppling till elevernas vardag) för de nya eleverna. Eleverna uppmuntrades nu att själva designa sina experiment och koppla dessa till vardagliga företeelser (intressant att jämföra med dagens betoning på ”teknik i vardagen”, både i Sverige (Lindahl, 2003) och internationellt (Pasman & Mulder, 2010). Från 1920-talet började pedagoger att ånyo leta efter standardiserade laborationslistor och företag som kunde tillgodose detta. Detta eftersom elevantalet ökade ännu mer och kraven på vetenskaplighet från statsmakterna ökade, vilket i sin tur pressade lärarna (Singer, Hilton, & (Editors), 2006).
Henry Edward Armstrong argumenterade för att eleverna själva skulle laborera (Heuristisk modell) och inte bara observera lärarens demonstration vid katedern. Experimenten skulle dessutom vara öppna till sin karaktär, dvs resultatet skulle inte vara känt på förhand (1918). Kritiker av detta system argumenterade i sin tur för att laborationerna skulle vara mer strukturerade och att det var viktigt att koppla teori till praktik, dvs ”se teorin fungera” (Thomson-rapporten 1918) (ibid).
Efter andra världskriget, med bland annat ett stort antal ”babyboomers”, och i synnerhet efter uppskjutningen av Sputnik skedde ytterligare förändringar inom den naturvetenskapliga/tekniska undervisningen. För att kunna möta ett behov av dels fler vetenskapsmän dels behov av en ”vetenskapligt skolad” elit, så skulle läroplaner tas fram som satte naturvetenskapen i första rummet.
Från 1975, då bl. a rymdkapplöpningen hade avslutats eller åtminstone börjat tappa fart, skedde ett fokusskifte mot mer humanistiska kunskaper. Under 1980–2010 har oron ånyo ökat för att påfyllningen av nya vetenskapligt skolade forskare och ingenjörer minskat samtidigt som pensionsavgångarna ökat.
Från 1990-talet har datorerna gjort insteg även i laborationsmiljön. Laborationer blir i ökande grad ”torra”, dvs simuleringar utan kontakt med kemikalier, elkablar eller blodiga djurkadaver. De skäl som anförts för ”torra” laborationer är 1) ekonomiska skäl 2) säkerhet 3) teknikkomplexitet och 4) tid (ibid). Skälen mot är bl. a att kunskaper runt det manuella handhavandet blir lidande (Hult, 2000). Debatten i laborations-pedagogvärlden rör sig fortfarande runt för och emot ”torra” laborationer (Singer, Hilton, & (Editors), 2006).
16
Vilken historia som kommer att återupprepas kan diskuteras, men att historien återupprepar sig är ett faktum (Trompf, 1979). Givet den ökande mängden elever i svenska skolor, så är det inte omöjligt att detta kommer medföra ett ökat behov av mer detaljerade riktlinjer, exempelvis centralt styrda laborations-anvisningar och därmed ett incitament för företag att erbjuda likartade laborations-kit.
Tidigare nämndes kreativitetsskapande som ett delsyfte med laborationer. Det kan dock nämnas att Terkowsky & Haertel (2013) har studerat detta. Det generella problemet med att utbildning inte fostrar kreativitet har belysts av Fasko (2001).
5.3 Instrumentering
Laborationer anses viktiga inom ingenjörs och naturvetenskaplig undervisning. Dock saknas det tillräcklig forskning runt instrument, alltså utrustning/verktyg, som används i den laborativa miljön (Bernhard & Carstensen, 2015). Enligt Bernhard & Carstensen har instrument stor betydelse i en laboration då ”rätt” instrument kan möjliggöra för laboranten att fokusera på ämnet utan att störas av instrumentet – dvs hjälper till att fokusera och urskilja. Samtidigt kan det också vara av vikt att behärska instrumentet, dvs detta blir huvudsyftet för laborationen. En Oscillator-lektion för civilingenjörsstudenter (årskurs 1) syftar främst till att göra sig bekant med utrustningen. Sistaårs-studenterna kan med hjälp av ett Oscilloskop mer fokusera på förståelse av studerade kretsar. Bernhard & Carstensen avråder från att helt ersätta instrument med simulator-verktyg, men ser däremot att de kan komplettera verkliga instrument (ibid).
5.4 Kritik av pedagogisk laborationsverksamhet
Flera studier pekar på att de pedagogiska resultaten från laborationer är spretiga, dvs att målen inte helt uppfylls. Främst kan det handla om att elever inte förstår syftet med laborationen utöver att det skall bevisa något som de redan läst i sin teoribok. Många elever är främst fokuserade på att slutföra laborationen så snart det går, snarare än att lära sig något av den (Berry, Mulhall, Gunstone, & Loughran, 1999). Ett begrepp som förekommer i artiklar är att eleverna är ”hands on rather than minds on”. En typisk tendens i en ”stängd” laboration är att eleverna slaviskt följer laborations-instruktionerna på samma sätt som man följer ett detaljerat kokboks-recept. Om eleverna upptäcker ”outliers” (alltså oönskade resultat, som inte bekräftar hypotesen) bland sina resultat, så bortser man helst från dessa istället för att lära sig något av detta eller ifrågasätta. Under
17
en ”öppen” laboration uppstår fortfarande många av fenomenen enligt ovan, förvånande nog. Typiskt kan vara att eleven ändå vill återgå till ett tryggt ”kokboks”-förfarande, trots de erbjudna fria tyglarna. Ett annat beteende är att eleven, som initialt kanske ändå känner ett större intresse och ägarskap för laborationen, tappar engagemanget när motgångar börjar dyka upp (ibid).
Demonstrationer vid tavlan anses som gammalmodigt. I vissa länder har detta förfarande hängt kvar och i andra inte. Argument har ändå framförts för att det kan ha ett syfte för yngre elever och/eller på annat sätt ovana elever (Millar, Tiberghien, & Maréchal, 2002).
En laboration består inte bara av själva laborationen. En ”klassisk” laboration inleds med någon form av teori som mer eller mindre avslöjar vad laborationsresultatet kommer att bli, planering av laborationen som kan vara utförlig eller kortfattad, involvera eller exkludera elevernas egna idéer. Efter laborationen kan ett efterarbete i form av en laborations-rapport följa. Denna kan förstås vara mer eller mindre utmanande, antingen klaras den av i en hast och utan större eftertanke under lektionen eller så måste den skrivas som ett hemarbete (Millar, Tiberghien, & Maréchal, 2002).
5.5 Orsaker till att både slutna och öppna laborationer
kan fallera
Förkunskaper – det gäller för läraren att hitta en balans för hur mycket teori som eleverna måste känna till innan en laboration. För lite kunskaper gör att de kommer att missa poängen och för mycket kunskaper gör att de ifrågasätter syftet med laborationen. För att en mer öppen laboration skall lyckas krävs att eleven ges ett utökat ägarskap för laborationen, alltså för såväl design som implementering. Samtidigt måste eleven få mer tid till förfogande för att både kunna planera och utföra laborationen, jämfört med en mer ”traditionell” elevlaboration. Detta i sin tur medför att mindre tid blir tillgängligt för andra moment i ämnesplanen, på gott och ont. Givetvis måste eleverna också vara medvetna om det övergripande syftet med laborationen för att förstå hur de skall angripa planeringen (Hult, 2000). Begreppet ”problembaserat lärande” har blivit populärt under de senaste decennierna, inte minst i laborativ verksamhet. Samtidigt kräver problembaserat lärande att eleverna har domänkunskap innan detta provas (Leite & Dourado, 2013).
18
5.6 EdTech – definition och branschforskning
Det finns flera definitioner på Educational Technology (EdTech, EduTech). I stora drag handlar det om att med hjälp av olika teknologier (både hård- och mjukvara) och forskning förbättra och effektivisera undervisning (Kurt, 2015). Det kan handla om så skilda saker som att använda kamerainspelning i samband med Flipped Classroom, skapa en nationell läroplattform, distansundervisning, skapa en web-board, en matte-app, laborations-utrustning mm. I framtiden kan artificiell intelligens (AI) medföra att man kan följa upp elevers individuella inlärning på ett effektivare (ibid).
Utvecklingen inom Education Technology, EdTech, har varit snabb de senaste decennierna. Samtidigt brottas denna bransch med sina utmaningar. En amerikansk rapport beskriver en omogen bransch där behovsanalyser lyser med sin frånvaro. Pilot-försöken är alldeles för små, skolmyndigheter tar inte tillräckligt med referenser innan inköp och samverkan mellan skolor/huvudmän sker inte i tillräcklig grad. Problem som lyfts fram är att inköpsvalen är för många och att det saknas centrala riktlinjer för en effektiv EdTech-inköpsprocess (Morrison, Ross, & Cheung, 2019). Skillnaden mot USA, för svensk del, är att hos oss är lärarna mer involverade i processen, vilket dock har sina utmaningar, även på vår sida (Hedman, 2017). Williamson (2020) är starkt kritisk till en, i hans tycke, bransch som är fokuserad på kortsiktig profit, vilket återigen går tillbaka till grundproblemet med en svag inköparsida.
Investeringar i EdTech-branschen globalt har ökat drastiskt; 2018 16,34 miljarder US$, 2019 18,66 miljarder US$ (Metaari Advanced Learning Technology Research, 2020). Dock är detta relativt lite jämfört med de 120 miljarder US$ som Smart Mobility-klustret dragit in under en tvåårs-period (McKinsey, 2019).
Självförtroendet i EdTech-branschen är starkt, så till vida att företagen anser att de utvecklar sina produkter i linje med den didaktiska forskningen. Men forskning har visat att detta inte har bäring på verkligheten (Hulleman, Burke, May, Daniel, & Charania, 2017). Endast 7% av de som hävdade att de hade högkvalitativ forskning kunde visa upp bevis på detta.
Det totala antalet EdTech-företag verksamma på den svenska marknaden är runt 25 000. Ideland (2020) belyser problemet när en krissektor (med förmodat lågt självförtroende), som det svenska utbildningssystemet är stämplat som, skall agera inköpar-motpart. Om säljarsidan dessutom agerar från en position präglad av starkt (men
19
kanske inte alltid befogat) självförtroende, så har vi en problematisk obalans i kombination med ovannämnda faktorer.
Skulle utvecklingen gå emot ökad centralisering på den inköpande sidan, så blir det samtidigt en utmaning att synkronisera verkliga behov på den operativa nivån (skolor, lärare) med en centraliserad myndighet. Som professionell inköpar-organisation skall man heller inte passivt invänta produktutveckling från EdTech-branschen utan även överväga att lägga egna beställningar eller ta initiativ till Joint Ventures.
5.7 Framtiden – 3D Hologram?
Taktil 3D Hologram-teknik kan vara nästa stora steg inom naturvetenskaplig och teknisk utbildning. Faktum är att det redan används inom medicinsk utbildning (dock utan taktil teknik än så länge). I en hologram-laboration skulle man kunna förena fördelarna hos en ”våt” respektive ”torr” laboration och eliminera nackdelarna. I den”torra” simulationen blir allt per definition två-dimensionellt och kliniskt, men en väl implementerad hologram-laborationen skulle kunna ge ett mer levande och verkligt intryck, se Figur 1. Tanken är alltså att eleverna skall kunna hantera och uppleva hologrammen med flera av sina sinnen. Utmaningen ligger i kostnaderna, både utveckling och drift. Utvecklingskostnaderna medför att företag och institutioner måste ha finansiella och operativa muskler. Driftskostnaderna beror framför allt på väl tilltagen bandbredd (Mavrikiosa, o.a., 2019), (Katsioloudis & Jones, 2018), (Xu, Pan, Lwin, Liang, & Liang, 2011).
20
21
6 Teoretisk utgångspunkt
För att förstå vilket meningsskapande som laborations-kiten erbjuder behöver vi också förstå den kontext inom vilken de verkar. För att göra det kommer jag här beskriva Basil Bernsteins (1973)teori om hur olika ämnen både är kodade och inramade. Jag kommer sedan att med utgångspunkt i detta beskriva både vad (mål) och hur (medel) för ett laborations-kit kan förstås i en undervisningspraktik med hjälp av Lindströms modell (2008), se Figur 3. Jag kommer också lägga till en teknikdidaktisk modell som ytterligare fångar några aspekter av tekniklaboration genom att fokusera på ”våt” och ”torr”.
Basil Bernstein arbetade med sociolingvistiska teorier runt språkkoder som han tog fram i relation till utbildningssystemets utveckling i efterkrigstidens Storbritannien. Bernstein teoriserar runt två specifika språkkoder – begränsad (restricted code) som han knyter till arbetarklassen och utvecklad (elaborated code) till medelklassen (Lundgren, 2017).
Vidare utvecklade han ett två-dimensionellt ramverk (Bernstein, 1973) där ena axeln benämns klassificering (classification) och den andra inramning (framing), som var för sig har olika gradskillnader (C++, C+, C-, C-- respektive F++, F+, F-, F--), se Figur 2.
Figur 2 – Bernstein Framing & Classification som åskådliggör inramning och klassificering (Poutney, 2015)
En lärare som undervisar enligt ”F++” korrigerar eleven systematiskt, tydligt och detaljerat, medan ”weak framing”-läraren (F--) accepterar elevens artefakter och ställer bara frågor med syfte att förstå meningen bakom elevens framställan. Stark inramning innebär också att läraren har stark kontroll över undervisningen (dvs vad som lärs ut, i
22
vilken ordning det lärs ut och hur inlärningsgraden skall bedömas). Svag inramning lägger över ansvaret (urval, sekvens, takt, kriterier) på eleven. De regler som föreligger är osynliga eller implicita (Bernstein, 2000)
Klassificering i detta sammanhang rör istället hur själva undervisningsämnet begränsas. Stark klassificering (C++) innebär att man strikt håller sig inom ämnet utan att snegla på andra ämnen. Svag klassificering (C--) å andra sidan innebär att dessa gränser är mer suddiga och vi har närmast med ”tema-undervisning att göra”.
Om Bernstein hade observerat undervisning inom Teknik-ämnet bedrivna av olika enskilda lärare, så hade han kanske upptäckt att klassificeringen varit högst varierande. Förstår vi dagens teknikämne m.h.a. Bernstein, så kan vi ur ett meta-perspektiv se att ämnet har en (medvetet) svag styrning. Ämnet (och även hur laborationer bedrivs) styrs även av mer eller mindre oskrivna traditioner, vilket samtidigt ger en starkare inramning. Kritik av Bernsteins teori förekommer, men är främst inriktad på hans språkkodning. Dels att den saknar tillräcklig empiri, dels att han är alldeles för kategorisk vad gäller klass och språk. Detta har alltså inte direkt med klassificering/inramning att göra, däremot ansåg Bernstein att det fanns en indirekt koppling mellan språkkodningen och nämnda klassificering/inramning (Sadovnik, 2001). Min egen uppfattning om denna teori och många andra pedagogiska/didaktiska teser är att de inte kopplas till mognad och erfarenheter i tillräcklig grad. I situationsbaserat ledarskap och lärande baseras hanteringen av en grupp på deras mognad och tidigare erfarenheter. Detta menar Murphy, Elliott, Goldring, & Porter (2007) borde vägas in i högre grad i pedagogisk forskning, annars riskerar den att bli alldeles för absolutistisk och som även nämnts tidigare av Leite och Dourado (2013), så är domänkunskap en förutsättning innan man kan prova högre frihetsgrader och friare inramning.Om domänkunskap är en förutsättning för att uppnå kreativa resultat, så kan man även vända på resonemanget och säga att kreativa övningar motiverar elever att ta ett steg extra gentemot djupare domänkunskap. Helt enkelt för att de vinner insikt om de luckor de har för att fullfölja sina kreativa projekt, vilket även Davis (2018) konstaterar.
Lars Lindström (2008) har designat en fyrfälts matris för att åskådliggöra olika estetiska lärprocesser. Han gör åtskillnad mellan mål och medel i lärprocessen. Mål delar han upp i konvergent och divergent och medie i specifika och neutrala. Om målet med lärprocessen är given på förhand, så är det konvergent annars divergent. I det senare fallet har vi därmed med kreativt skapande att göra. Vad gäller medie, så innebär mediespecifikt att mediet är centralt medan det motsatta gäller för medieneutralt.
23
Det finns ett släktskap mellan Lindströms fyrfältare, se Figur 3, och Bernsteins dito (ovan), vad gäller just tvådimensionella frihetsgrader. I Lindströms fyrfältare finns en outtalad tanke med mognad och erfarenhet, som besvarar resonemanget ovan. Med det menas att i ”Om”-rutan handlar elevens lärande om att i första hand lära sig behärska medie och verktyg inom givna ramar. I de övriga rutorna ges större frihet, inte nödvändigtvis för att lära sig behärska den rambundna materien men för att medvetet ge kreativiteten mer utrymme.
Figur 3 – Lindströms fyrfältare som åskådliggör estetiska lärprocesser (Lindström, 2008)
Om vi anpassar Lindströms lärprocesser till den tekniskt laborativa världen, så skulle konvergent kunna innebära att målet är att visa att exempelvis en given brobalk-konstruktion brister vid en viss belastning vid en given punkt. En divergent laboration skulle kunna vara att konstruera en bro-liknande förbindelse mellan två punkter men själv avgöra vad som är viktigt att mäta/uppnå/förstå. En medie-specifik laboration anger att materialet skall vara molybdenstål och givna balkmått samt vilken mätapparatur som skall användas medan en medieneutral laboration ger fria händer att bestämma material och design och metod att bedöma laborationsmålet.
24
Mål/Strategi
(vilket lärande eftersträvas?)
Konvergent • Lärandet givet på förhand • Levandegör vad vi redan vet Divergent • Lärandet oförutsägbart på förhand • Kreativt Medie/ medel Mediespecifika • Material/verktyg viktiga Lärande OM • Baskunskaper Lärande I • Experimenterande med mtrl/teknik för att åstadkomma något nytt
Medieneutrala • Material/verktyg inte centrala Lärande MED • Integration med andra ämnen Lärande GENOM • Mångfacetterat Figur 4 – En modifierad version av Lindströms didaktiska lärprocesser
Enligt tidigare resonemang, se 5.5 Orsaker till att både slutna och öppna laborationer kan fallera (Baer, 2015) är behärskande av OM och MED en förutsättning för att lyckas med I och GENOM, i synnerhet i teknik-sammanhang.
För att ytterligare förstå innehållet i laborationer, så används begrepp som ”våta” och ”torra” laborationer, se Tabell 1. Dessa begrepp kommer att nyttjas i samband med kapitlet 9.2 Slutsats, men återkommer också under analysen. Nedan ses förklaringar av dessa två begrepp i Tabell 1:
Våt, innebär att eleven … Torr, innebär att eleven …
Definition … får ta på, känna lukten av och manipulera något i verkligheten.
… jobbar med digitala hjälpmedel
Exempel … jobbar med kemikalier, maskiner,
och växter … jobbar med simulering
Kännetecken
Mänskliga faktorer inblandade En kortslutning händer på riktigt med rök och eld, en slarvig koppling kommer glappa
En odiskad E-kolv inverkar på resultatet
Frikopplad från mänskliga faktorer
En kortslutning indikeras med felsignal, en koppling kan inte glappa
E-kolven är alltid väldiskad Tabell 1 – Definition av våta och torra laborationer (Hult, 2000)
Vidare talar man inom laborations-utbildning även om frihetsgrader respektive öppna och givna (ibland slutna) laborationer. Där ”öppet” avser att eleven själv får komma fram till detta och slutna/givna att detta är bestämt på förhand, se Tabell 2.
25
Frihetsgrad Problem Genomförande Svar
0 Givet Givet Givet
1 Givet Givet Öppet
2 Givet Öppet Öppet
3 Öppet Öppet Öppet
Tabell 2 – Frihetsgrader enligt Andersson (2011) ursprungligen från (Schwab, 1962)
Det går inte att generellt likställa Lindströms fyrfältare med frihetsgrads-begreppen. Val av medie ingår inte i frihetsgradsmodellen och frihetsgradens svar/lösning är inte samma sak som läromål. Ett läromål kan till och med vara konvergent, trots att svar/lösning är öppet. Exempelvis kan målet vara att lära sig ett specifikt tekniskt fenomen med given apparatur, men hur man definierar problem, använder apparatur och löser uppgift är upp till eleven (ovanlig/hypotetisk didaktik dock). Därför används båda teorierna kopplade till frågeställningarnaom didaktiska mål och medel.
Sammanfattningsvis kommer teorierna som jag presenterat att användas på följande sätt i analysen: För att studera innehållet i ”laborations-kit”/utbildningspaket, vilket svarar upp mot forskningsfråga 1, används begreppen våt/torr laboration (Hult, 2000) samt inramning vilket jag studerar som olika grad av öppenhet (Andersson, 2011). För att studera hur ”laborations-kit”/utbildningspaket, är gestaltade didaktisk, vilket svarar på forskningsfråga 2, studeras mål och medel (Lindström, 2008). Tillsammans ger detta möjlighet att få en förståelse för den didaktiska kopplingen mellan marknadsförda ”laborations-kit”/utbildningspaket och det meningsskapande som dessa erbjuder, vilket är uppsatsens syfte.
26
7 Metod och genomförande
7.1 Val av metod och urval
De två mest förekommande vetenskapliga metoderna är kvantitativa respektive kvalitativa. Den kvantitativa handlar om antal, mängder - hur många, hur ofta – vilket gör att indata lämpligen behandlas med statistiska metoder. Givet att kvantitativa indata skall landa i en statistisk analys, så är det viktigt att indata är jämförbara och då underlättar det att svaren på ställda frågor är jämförbara mellan olika respondenter. Man brukar säga att man drar slutsatser om det specifika genom generella frågor (Kvale & Brinkmann, 2009). I en kvalitativ undersökning däremot kan man dra slutsatser om generella skeenden genom att studera de specifika. Ett annat sätt att beskriva skillnaden gentemot kvantitativ metod är att i den kvalitativa går man mer på djupet med frågorna i sin forskning (ibid).
De frågor som valts ut, se kapitel 4.1 Frågeställningar, är i första hand ämnade för att kunna göra dokumentanalys på web-sidor på internet, dvs kunna studera företagens öppna information. Utifall ovannämnda dokumentanalys inte skulle ge tillräckligt med underlag, så är kompletterande åtgärd att intervjua företagsrepresentanter (kvalitativa intervjuer). Sökningen på akademiska artiklar och andra publikationer har skett med hjälp av de nyckelord som nämns i kapitel 2 i olika kombinationer. Ett exempel är att kombinera gymnasium AND teknik AND laboration och i förekommande fall även engelska motsvarigheter för att få ett större internationellt urval.
Vad gäller urvalet av företag och produkter, så baseras urvalet av företag på 1) sådana som över tiden använts av två gymnasieskolor i samma kommun (huvudsakligen mindre läromedelsgrossister i Sverige) 2) de som dykt upp i sökningar och 3) de som är underleverantörer till läromedelsgrossisterna i Sverige. Produkturvalet har styrts av att välja ett så brett urval att det representerar vad som typiskt behövs för de olika delämnen som förekommer i teknik-ämnena (ellära, mekanik, pneumatik etc. – se Styrdokument). I de fall produkterna/laborationerna haft olika frihetsgrader etc., så har denna bredd tagits till vara i samband med analysen.
7.2 Analysförfarandet
Som metod har jag valt att göra det Säfström och Östman (1999) kallar för en syftesrelaterad textanalys. Det innebär innehållsanalys, där forskningsfrågorna på ett
27
konkret sätt styr analysen. För mig har det inneburit analys av vad det är för material (utbildningspaket/laborations-kit) som de undersökta företagen tagit fram, studie med avseende på innehåll (vilket jag förstår i relation till våt/torr laboration) och inramning (vilket jag förstår i relation till olika grad av öppenhet). För att studera innehållet om hur är materialen gestaltade didaktiskt, studeras utifrån mål och medel. På detta sätt har innehållet i textanalysen drivits av mina forskningsfrågor, och de teorier som bygger upp forskningsfrågorna.
Konkret har analysen gjorts enligt följande: Först har ett antal EdTech-företag valts ut samt deras produkter (se ovan). Därefter har tillämpbara och tillgängliga produktbeskrivningar och laborations-anvisningar lästs igenom för de utvalda produkterna (laborations-kiten) och bedömts i de olika beskrivningar, matriser etc. Detta medför att Lindströms begrepp runt (läro)mål och medie (konvergent, divergent, medieneutral, mediespecifik) har markerats i texten i kombination med mer etablerade laborationsundervisningsbegrepp som ”våt”/”torr” och frihetsgrader. Mer specifikt innebär detta om läromålet är givet på förhand och mediet (material och/eller instrument) är i fokus, så kategoriseras produkten i Lindströms ”Om”-ruta. Om läromålet fortfarande är givet (eller konvergent), men medie inte är i fokus (dvs man kunde löst laborationen med andra verktyg, instrument och/eller material), så hamnar vi i ”Med”-rutan. Har vi ett mer öppet läromål (men medie i fokus), så blir det ”I”-rutan, och om läromålet är öppet och mediet är neutralt följaktligen ”Genom”-rutan. Därefter har resultaten hanterats i en pivottabell för att få fram grafer, för att belysa helheten. Analysen av ”våt” och ”torr” beskrevs under kapitel 6 Teoretisk utgångspunkt och frihetsgrads-kategoriseringen kopplas till huruvida problem, genomförande och svar/lösning är givna eller öppna enligt samma Teori-avsnitt. Efter den mer detaljerade analysen övergår jag till att se mer på helheten med hjälp av jämförelser mellan antalet identifierade produkter i respektive kategori och tvärs kombinerade kategorier. Vilket innebär att vi exempelvis jämför antalet ”Om”, ”frihetsgrad 1” och ”torr” o.s.v. i olika kombinationer för att utröna olika mönster.
7.3 Forskningsetik
Vetenskapsrådet anger fyra huvudkrav som skall uppfyllas för att skydda deltagande individer inom vetenskaplig forskning. Dessa är informationskravet, samtyckeskravet, konfidentialitetskravet och nyttjandekravet (Vetenskapsrådet, 2017).
28
Informations-och samtyckeskraven – i och med att all studerad information från företagen varit öppen, så har flertalet företag inte informerats om studien. I början av studien var det två av företagen som informerades i samband med påbörjade intervjutillfällen. Samtidigt visade det sig att all information fanns tillgänglig, varför intervjuerna sågs som överflödiga och ingår inte i detta material. Att ge några företag möjlighet att kommentera och andra inte, är inte rättvist, vilket är ytterligare ett skäl att inte ta med enskilda intervjuer. Informations- och samtyckeskraven är därför inte relevanta för denna studie. Konfidentialitetskravet – inga individer eller individuppgifter förekommer i studien. De företag som nämns i studien är identifierbara med både företagsnamn och weblänkar. Företagen har inte givits möjlighet att kommentera resultaten eftersom informationen varit öppen.
Nyttjandekravet – är ej tillämpbart då inga individer och individuppgifter förekommer i studien.
7.4 Undersökningens tillförlitlighet
Denna undersökning är en kvalitativt inriktad fallstudie. En kvalitativt inriktad fallstudie har fyra huvudsakliga kännetecken - partikularistiska, deskriptiva, heuristiska och induktiva (Merriam, 1994).
Partikularistisk innebär att den lägger fokus på en viss företeelse eller person. Vilket medför att frågeställningen blir viktig. Frågorna har varit tydligt didaktiska och enkla. Men i det enkla ligger också faran att det blir banalt eller att svaren blir komplexa.
Deskriptiv innebär att resultatet av det man har studerat är omfattande och tätt. Målet för denna undersökning (givet en relativt kort undersökningstid) har varit att den skall vara småskalig och problemcentrerad. Ambitionen är att nå en fullskalig beskrivning av den studerade företeelsen. Självklart finns risken att den lilla skalan också medför att företeelser har missats. Antalet undersökta objekt är under 30, vilket anses vara en god tumregel för statistiskt urval, men samtidigt över 14 vilket medför att det är tillräckligt antal (Glen, 2013).
Tanken med heuristisk innebär att den ska förbättra läsarens förståelse av en företeelse som studeras och vidga läsarens vyer. Detta är tanken med kapitlen 4.3 Studiens allmänna och yrkesmässiga relevans och 5 Tidigare forskning på områdetsom tillsammans med själva undersökningen ger läsaren en holistisk bild av området och problematiken.
29
Induktiv innebär att den grundar sig på empiriska resonemang och slutsatser. Ambitionen har varit att inte börja med en hypotes utan att låta denna växa fram i takt med empirin.
30
8 Resultat, analys och teoretisk tolkning
8.1 Fallstudier – resultat och analys per företag
8.1.1 Festo Didactics
Ursprungligen skapades Festo material för den tyska motsvarigheten till vår grundskola, men har omarbetats till bl. a gymnasieprogrammets Teknik 1 och Teknik 2-kurser. Förutom grundskole- och gymnasieundervisning används plattformen för att utbilda ny produktionspersonal i den nya Batterifabriken i Skellefteå (För dokumentation, se 11.1). Festo Didactics är dotterbolag inom Festo Group-koncernen, som utvecklar och marknadsför en mängd olika läromedel inriktad på industriautomation.
När den interaktiva läroplattformen FluidSIM studeras, som är en digital plattform (”torr”) där man samlat olika digitala läromedel, framkommer en mängd olika innehåll. Det kan handla om pneumatik, hydraulik, grundläggande ellära (Ohms lag), räkneuppgifter eller quiz kopplade till teorin, simuleringsverktyg eller laborations-instruktioner (alltså både ”torra” och ”våta”). Som elev rör man sig från frihetsgrad 1 och med ökande mognad/domänkunskap mot frihetsgrad 2. Som lärare går det att själv modifiera eller lägga till övningar. Man har även tagit fram laborationssatser för pneumatik-undervisning.
I analysen av den didaktiska utformningen i pneumatik-laborationsfallet (Fallmagasin) beskrivs laborationen som en så kallad ”våt” laboration där en problembeskrivning finns specificerad, genomförandet är också angivet men svaren får eleven själv lista ut. Utifrån Lindströms modell blir det tydligt att målet med att använda laborationen är konvergent, då det fokuserar på att lära sig pneumatik eller ellära på ett redan förutbestämt sätt. Mediet för att göra detta är mediespecifikt, vilket framgår av följande citat:
”viktigt att känna till de olika komponenternas funktion samt att känna igen dem” och ” Utöka kopplingen så att stationens cylinder kan styras. Testa att det fungerar. Utöka schemat med symbolen för multipolfördelaren och lägg in magnetspolen i den punkt där den faktiskt är inkopplad” för att ta några exempel (Festo Didactics, 2020). Vi hamnar därmed i ”Om”-rutan, eftersom läromålet är konvergent och vi både rör oss över det medie-specifika och medie-neutrala.
31
8.1.2 AB Zenitab
Zenitab marknadsför bland annat produkter från amerikanska Vernier. Till skillnad mot de svenska websidorna, så kan man hos Vernier enklare filtrera på olika årskurser (Vernier, 2020).
Här finns möjlighet att konstruera en temperaturgivare (Vernier, 2020), där man först får en enklare steg-för-steg uppgift och därefter kan försöka en ”utmaning” (Challenge) där bara problembeskrivningen finns angiven. Vi har här med att göra med stegrande frihetsgrader (0-2) och ”våt” laboration. Vi ser i exemplen nedan att det är specifika komponenttyper som skall undersökas (mediespecifikt). I och med att det är baskomponenter och behärskande av dessa som betonas, samt att målen är konvergenta (exempelvis att konstruera en temperaturgivare) så hamnar vi i Lindström-ruta ”Om”. Detta exemplifieras av citatet nedan:
”build and calibrate a temperature sensor. First, you will construct a voltage divider circuit using a thermistor. Then you will write a LabVIEW program to convert …”
8.1.3 Alega AB, Heraco AB och Fruhmann NTL
Alega anger att de har utrustning för ”Teknikprogrammet”. Men frågan är hur de uttolkar premisserna för detta? Det finns ingen utförligare information som anger vilken specifik teknik-kurs de riktar in sig på eller på vilket sätt man riktar in sig på ”Teknikprogrammet”. Jag har ändå valt att studera dem, och har valt ut några exempel. De har exempelvis en liten Stirlingmotor (Alega, 2020) som syftar till katederdemonstration, ingen laboration eller uppgift är angiven. Laborationen/katederdemonstrationen kan kategoriseras som ”våt” och oklar frihetsgrad eftersom det inte är angivet vad syfte och mål samt metod är. Stirlingmotorn möjliggör knappast någon mer möjlighet än just demonstration av att fenomenet fungerar, men inget kreativt eller oväntat utöver detta. Vi får därför anta att målet ändå är att illustrera både fenomenet och den mediespecifika komponenten Stirlingmotor vilket medför Lindström-ruta ”Om”.
Fruhmann (Fruhmann GmbH, 2020) är ett österrikiskt företag som tar fram och säljer undervisningsmaterial, både Alega och Heraco förmedlar dessa via sina hemsidor.
Fruhmanns laborationssats för mekaniskt vridmoment är studerad och ser ut att vara genomtänkt, men samtidigt är instruktionerna detaljerade (frihetsgrad 0) vilket dock
32
kanske krävs för att lyckas använda den. Det som är i fokus är alltså mekanikfenomenet vridmoment och inte komponenter eller dylikt i sig, se Figur 5. Detta ger ett konvergent mål och en medieneutral laboration (man hade ju kunnat använda en enklare illustration av just vridmoment med andra komponenter, exempelvis en vardaglig egentillverkad ”gungbräde-inspirerad” konstruktion), vilket gör att vi hamnar i Lindström-ruta ”Med” i denna ”våta” laboration. Detta kan studeras i figur och citat nedan.
Figur 5 – Vridmoment-laboration från NTL Fruhmann, med vikter, linjal och Newton-skala
”Now load one of the holders for slotted weights with an additional weight of 20 g. What can be noticed? The turntable starts to turn according to the acting torque.” (NTL Fruhmann, 2020).
Fruhmann har även en mängd andra former av laborations-utrustning, både enskilda instrument och material och laborationssatser. De har bl. a demonstrationssatser för att exempelvis förevisa mekaniska lagar framme vid katedern (exempelvis laboration nr 36) som Heraco förmedlar. Vi kan sätta denna som ”våt” och till frihetsgrad 0 eftersom både problem, genomförande och svar är givna (och dessutom är det läraren som ”gör jobbet” och eleverna förväntas vara mer eller mindre passiva). Läromålet är konvergent eftersom mekaniklagarna är i fokus och mediet är neutralt eftersom det centrala är den mekaniska principen, inte verktyget. Detta innebär att vi hamnar i Lindström-ruta ”Med”.
8.1.4 Sagitta AB
Företaget marknadsför produkter från amerikanska Pasco (bl. a mot US High School/College, dvs ungefär vårt gymnasium). Pasco har utvecklat olika koncept där man till exempel kan bygga olika former av bro-spann, dvs olika former av
fackverks-33
konstruktioner, och sedan utprova belastningsfallen med hjälp av digitala sensorer i denna ”våta” laboration (Pasco, 2020).
Syftet med laborations-kitet är att komma fram till vilken konstruktionstyp som har störst bärighet. Det är upp till eleven att prova sig fram själv för att hitta optimal konstruktion m.h.a. sensor-hjälpmedlet. Eftersom lösningen inte är given, så sätter vi denna till frihetsgrad 1. Målet är att hitta den svaga punkten i en konstruktion och ytterst få en känsla för hållfasthetslära (men inte nödvändigtvis bli bro-konstruktör). Vi har därmed ett konvergent mål, där just brobyggande är sekundärt, och laborationen är med också medieneutral. Därför placerar vi denna i Lindström-ruta ”Med”
Man har även termodynamik-satser för att exempelvis åskådliggöra olika gaslagar, vilket jag inte hittat någon annanstans.
8.1.5 Elektrokit AB
Företaget ElektroKit (2020) har, trots att man är ett litet företag, ett intressant koncept där man säljer laborationskomponenter (inklusive Arduino, se nedan) samt en lärobok/laborations-handledning som är särskilt framtagen för att användas med deras komponenter. Laborationshandledningen är uppbyggd med stegrande svårighetsgrad och ökande frihetsgrader (0–2), alltså där man överlåter mer och mer till laboranten att lösa problemen i en ”våt” laboration. I och med att läromålen är givna och därmed konvergenta (att lära sig ellära-grunderna) och även att behärska specifika komponenter (motstånd, dioder etc.) och apparatur (oscillator etc.), vilket gör detta till en mediespecifik laboration, så hamnar vi i Lindström-rutan ”Om”. Citatet nedan visar att man skall använda ett specifikt motstånd (710 ) och lösningen är därmed dessutom given:
”Koppla ett motstånd mellan punkterna A och B. Vill man att strömmen skall bli 15,5 mA, blir motståndet 11 V/15,5 mA = 710 ” (Forsberg, 2014).
Övningarna anger att laborationerna vänder sig till elever på högskola samt till ”högre gymnasienivå”, enligt laborationshandledningen.
8.1.6 Arduino och Tinkercad
Arduino är ursprungligen ett italienskt universitetsinitiativ (Interactive design institute i Ivrea) som startade 2005. Deras ambition är att både hårdvara och mjukvara skall vara Open Source med syfte att produkterna bl. a skall ha låga kostnader men även för ökad innovationsgrad. Även laborationerna är framtagna enligt Open Source-principen och finns för olika åldrar och med olika utmaningsnivåer (Advanced rocket model). Arduino
34
används inte bara i undervisning utan även ute i industrin för verkliga applikationer (IIoT
for Safety). Man kan även nyttja det från Arduino fristående Tinkercad, se Figur 7 –
Arduino-simulering, för att simulera de olika lösningarna ”torrt” innan man ställer upp praktiskt (TinkerCad, 2020).
Figur 6 – Arduino Uno-kretskort (Arduino, 2020
I en typisk laboration startar man med ett kretskort där man kopplar in olika elektro-komponenter, se Figur 6. Parallellt med detta kan man skriva Python-kod som styr dessa komponenter (skulle exempelvis kunna handla om en ljusdiod som tänds och släcks beroende på om ex. ljus-, temperatur- eller fuktsensorer nått gränsvärden) (Arduino, 2020). Vissa laborationsövningar handlar därmed om att behärska vissa komponenttyper, alltså mediespecifikt. I andra laborationer är komponenterna sekundära, där det mer handlar om ellära-kunskap, alltså medieneutralt. Arduino har valt Python som kodspråk i sina handledningar. Målet är dock inte explicit att kunna programmera i Python eftersom man likaväl kunde ha valt C# eller något annat språk, dvs medieneutralt i detta fall. Här går att hitta allt från ”frihetsgrad 0” till ”frihetsgrad 3”. Lindström-rutorna ”Om”, ”Med”, ”I” och ”Genom” täcks, eftersom vi har både laborationer med konvergenta färdighetsmål liksom en mer kreativ frihet som visas av projektexemplen på deras hemsida.
35
Figur 7 – Arduino-simulering (Tinkercad, 2020)
8.1.7 PhET och Labster
PhET från University of Colorado (University of Colorado, 2020), är ett simuleringsverktyg (”torrt”) inom olika ämnesområden. Kan fungera som ett bra komplement innan (eller kanske efter) man skall göra ett ”vått” experiment.
Figur 8 – Mekanik-simulering med hjälp av PhET (2020)
De har bland annat elektro- och mekaniksimuleringar, som i många fall är relativt realistiska, se Figur 8. I många fall är varken genomförande eller svar givna, vilket placerar oss i frihetsgrad 2 och i andra fall finns inte ett givet svar/lösning vilket ger frihetsgrad 1. Behärskandet av komponenter är inte i fokus (medieneutralt) utan det är
36
förståelse av ellära- och mekanik-fenomen som är det konvergenta målet, vilket ger att vi hamnar Lindström-ruta ”Med”.
Labster, se Figur 9, är ett amerikanskt företag fokuserat på laborationssimuleringar grundat 2013 (ursprungligen som ett projekt gentemot Köpenhamns universitet. Det är intressant att de även presenterar studier över läromålsforskning på sin web-presentation, vilket inga av de andra företagen gör (Labster, 2020).
Figur 9 – Labstersimulering (Labster, 2020)
De har ca 160 olika fall i olika No-områden men även Engineering-laborationer (dvs det vi skulle kalla ”teknik”). Helt klart har de utvecklat de mer ”No-inriktade” laborationerna, men inom några år kan man kanske se fler teknik-laborationer. I nuläget är laborationerna mer åt lägre frihetsgrad, men man kan tänka sig att de även blir mer kreativa och ger högre frihetsgrader i framtiden (i övrigt samma analys-resonemang som kring PhET ovan).
8.1.8 Mjukvaruutveckling (Open P-tech (IBM) och SimSE)
Open P-tech från IBM ger möjlighet att programmera exempelvis en chatbot, alltså en enklare AI-applikation (Open P-Tech (IBM), 2020). SimSE ger möjlighet att via simuleringsverktyg prova rollen som mjukvaru-projektledare (dvs en variant på teknisk utvecklingsprocess) och där man kan prova utveckling enligt olika processtyper i olika scenarios (Navarro & Hoek, 2009).
Läromålet är konvergent, så till vida att vi vill lära oss behärska mjukvaruutveckling rent ”hands-on” med chatboten respektive personal- och processmässigt med SimSE. Ett typexempel i SimSE är att man ser en kontorsyta framför sig där det står ett antal
37
projektmedarbetare och ser sysslolösa ut. Genom att ha en dialog med dessa kan man utröna vad som är problemet rent process/arbetsmässigt i projektet för att sedan välja lämpliga åtgärder.
”Hi, what´s up? – Nothing much, new here in the team – Why?! The project deliveries are behind schedule – Oh?! …” etc.
Det finns inga absoluta fel/rätt. Läromålet är konvergent givet att man skall förstå mjukvaruutvecklings-utmaningar. I en simulering blir det per definition ofta medie-neutralt. Dock skulle man med en alternativ tolkning kunna välja att se Agil utvecklingsprocess eller vattenfall som komponenter, och därmed skulle man kunna välja att se detta som en medie-specifik laboration.
Komponentkunskaper etc. är egentligen sekundärt (alltså medieneutralt) men till viss del vill kanske ändå IBM att man skall känna sig lite mer hemma med deras verktyg vilket med alternativ tolkning skulle ge en medie-specifik laboration. Detta ger Lindström-rutorna ”Om” och ”Med”, enligt resonemanget ovan.
8.1.9 Energi- och klimat-simulering (Dalton Nuclear Institute och
UK/Gov)
Storbritanniens regering har initierat projekt runt energi- och miljö-simulatorer, bl a med hjälp av forskningsinstitutet Dalton Nuclear Institute. Vill man ha möjlighet att se om man klarar av att driva en kärnreaktor optimalt både sett till kostnad, drift och säkerhet (som tur är i en simulator), så är denna ”torra” övning en utmaning, se Figur 10. Med sin frihetsgrad 2, så har man egentligen bara problemet/utmaningen given. Hur man väljer att genomföra eller lösa driftsproblematiken utan att orsaka driftstopp är upp till laboranten. Det konvergenta läromålet är att förstå komplexiteten i en kärnreaktor (konvergent läromål) men inte att behärska de olika komponenterna (medieneutral). Vi hamnar därmed i Lindström-ruta ”Med”.
38
Figur 10 – Driftoptimeringsutmaning i kärnreaktorsimulering (University of Manchester, 2020)
I en annan simulator har vi istället det konvergenta läromålet att simulera hela Storbritanniens energiutveckling fram till år 2050 både ur kostnads-, miljö/klimat- och energioptimerings-synvinkel, se Figur 11. Läromålsmässigt rör vi oss mellan teknik-ämnet och samhällskunskap, så inramningen blir mer ”weak” för att låna Bernsteins begrepp och medieneutral med Lindströms ord. Så även denna laboration hamnar i Lindström-ruta ”Med”
Detta simuleringsverktyg tillsammans med kärnkraftsturburbin-simuleringen visar fall där simuleringar dessutom är extra värdefulla eftersom ”live-laborationen” både hade varit dyrbar och livsfarlig. Enligt tidigare argumentation från kapitel 5.2 Historik runt ”laborations-ämnet” är detta inga pedagogiska skäl, å andra sidan möjliggör simuleringen att man ändå kan inhämta denna kunskap som inte blivit av annars.
39
Figur 11 – Energisimulering (Department of Energy & Climate Change (UK), 2020)
8.2 Analys av helheten
I analysen sammanför vi resultaten från förra kapitlets Fallstudier och kopplar ihop detta med resonemanget från Teorier. Nyttjas ”Lindströms (modifierade) ”fyrfältare” enligt Figur 4 tillsammans med antalet Med/Om/Genom/I, så ser vi att ”Med” och ”Om” utgör flertalet, se Figur 12. Detta kan förklaras av att teknik-ämnet trots sin relativa frihet ändå har läromål som skall uppfyllas, alltså en konvergent målbild enligt Lindströms resonemang. Det finns divergenta/kreativa läromål också.
Figur 12 – ”Lindström”/lärprocess-översikt med beräknat antal laborationskit på y-axeln
40
Mängden ”Med” kan vara i linje med antagandet om Teknik-ämnets mer ämnesövergripande natur. Detta redogjordes för i kapitel 4.3.2 Styrdokument, där bl. a koppling till samhälle och entreprenörskap betonas men även att det är tekniska fenomen i sig som är i fokus och inte explicit material och apparatur. Den uppmärksamme läsaren noterar att antalet företag understiger totala antalet i grafen. Förklaringen är dels att för vissa företag har fler produkter bedömts och vissa produkter visade sig hamna i fler än en ”ruta”.
När Lindström jämförs med mängden ”torra” och ”våta” laborationer (alltså simulerade jämfört med mer ”naturliga”), så ser vi att det som sticker ut något är att de ”våta” är fler i ”Om-rutan”, se Figur 13. Detta skulle kunna förklaras av att här är själva mediet (instrument och material) det centrala. Vi kan också se att mängden ”våta” laborationer är något fler än de ”torra”, se Figur 14.
Figur 13 – Antalet torra och våta laborationer i kombination med Lindströms begrepp 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I Med Om
Kombi: Torr/Våt vs. Lindström
Torr Våt
41
Figur 14 – Totala antalet torra och våta laborationer
I Figur 15 kan man studera att antalet laborationer, i huvudsak, fördelar sig kring frihetsgrad 1 och 2. Vilket indikerar att Teknik-eleverna får en lagom svårighets/ frihetsgrad att hantera. Däremot är det kanske för få (bara en) i frihetsgrad 3, vilket alltså innebär en begränsad mängd laborationer med mer kreativ prägel.
