Krop og computer i fysikundervisning

Transkript

1 INSTITUT FOR NATURFAGENES DIDAKTIK KØBENHAVNS UNIVERSITET Krop og computer i fysikundervisning Jesper Bruun Specialerapport Juni 2008 IND s studenterserie nr. 8

2 INSTITUT FOR NATURFAGENES DIDAKTIK, Alle publikationer fra IND er tilgængelige via hjemmesiden. INDs studenterserie Nr. 1: Ellen Berg Jensen: 15-åriges viden om klimaforskelle (2007) Nr. 2: Martin Sonnenborg: The Didactic Potential of CAS (2007) Nr. 3: Karina Søgaard og Sarah Kyhn Buskbjerg: Galoisteori i Gymnasiet (2007) Nr. 4: Ana Hesselbart: Mathematical reasoning and semiosis (2007) Nr. 5: Julian Tosev: Forskningslignende situationer (2007) Nr. 6: Niels Nørskov Laursen: En Covarians-tilgang til Variabelssammenhænge I gymnasiet (2007) Nr. 7: Katja Vinding Petersen: Lyd og Liv (2007) Nr. 8: Jesper Bruun: (2008) Jesper Bruun: Krop og computer i fysikundervisning I denne specialerapport beskrives to forløb med en 1.g og en 2.g klasse. De handlede hhv. om (mekanisk) energi og om kraftdiagrammer. Det er manges opfattelse, at fysik er svært at lære, hvorfor forløbene afprøvede om det var muligt at øge elevers fysikkompetencer ved at anvende to mindre brugte undervisningsformer: Interaktive computerøvelser og kropslige øvelser. For at kunne evaluere en eventuel kompetenceforøgelse kvantitativt, foreslås en tilgang til læringsteorier, der bygger på statistisk mekanik og komplekse netværk. Således foreslås også en målbar enhed for læring. INDs studenterserie består af kandidatspecialer skrevet ved eller i tilknytning til Institut for Naturfagenes Didaktik. Disse drejer sig ofte om uddannelsesfaglige problemstillinger, der kan interessere en vid kreds af undervisere, administratorer mv. både indenfor og udenfor universitetets mure. Derfor har vi fra og med 2007 besluttet at publicere dem elektronisk i INDs studenterserie, naturligvis under forudsætning af samtykke fra forfatterne. Det skal understreges at der tale om studenterarbejder, og ikke endelige forskningspublikationer.

3 Krop og Computer i Fysikundervisning Bevægelsesretning Vinkelovervåger Stolesidderen stol snor Stoletrækkeren Kraftovervåger Af Jesper Bruun En specialeafhandling i fysikdidaktik Afleveret til Københavns Universitet den 13. juni 2008

4 Abstract The subject of the thesis is the use of body and computer in educational physics. The central question addressed is: How is it possible to increase the competencies 1?? of students in Danish gymnasiums using kinesthetic models and interactive figurative computermodels? In the introduction the teaching methods of today are presented in a short-hand way, and I argue that students in Danish gymnasiums in general, do not learn to think physics the way practicing physicists do. Since this is to (a limited) extend the goal according to current Danish teaching outlines for physics, this represents a problem with the current teaching methods. To answer the research question a definition of competencies is given, followed by a discussion of seven modes of representation used in physics teaching and their link to models used in physics teaching. It is argued that each model use one mode of representation, and that it is necessary but not sufficient to master the seven forms of representation in order to achieve a high level of competency in physics. Following a discussion of models, a definition of two new types of models is given, namely a kinesthetic model and an interactive, figurative model. Two constructivist theories are discussed, namely Vygotsky (1978) and Glasersfeld (1995), and through their definition of learning the two are coupled, and viewed as two different orders of magnitude views on the same problem. Not as two profoundly different sets of theories. The theory of complex networks is introduced as framework on which to build a physically based alternative to the two constructivist theories. This leads to a quantitative approach to the evaluation of learning, which must involve the search for a unit of learning. The number of relevant words pr. time unit is used as a proxy for such a unit. The two models are were used in an action science project, consisting of 2 gymnasium classes (students years and years), running for a period of a month with 2x3+2 sessions each. Both subprojects were on the subject of mechanics. Data from 5 different types of measurement (survey, FCI-like tests, student notes, recorded answers to computer exercises, and video recordings) were analyzed. The results show a high degree of motivation among the students, resulting in an understanding of selected physical situations in the area of classical mechanics. Also, it is possible via the number of relevant words pr. time unit to identify sequences where learning as understood by both Piaget and Vygotsky takes place. According to the physicist Richard P. Feynman, physics is learned by example. The goal is to achieve an intuitive feel for new physical situations. The conclusion is that kinestetic and computer models can help students achieve viable conceptions of mechanics and rule out misconceptions. 1 The Danish word kompetence may differ from the international didactical use of the word competency. In the thesis, a definition of a competency is given.

5 Tak Jeg vil gerne rette en stor tak til de involverede lærere, Anne Winther Petersen og Morten Brydensholt for at lade mig gribe ind i deres undervisning og for gennem hele forløbet at være åbne og hjælpsomme. Tak også til de to klasser for at ville deltage. Selvfølgelig også tak til Jens Dolin, som har vejledt entusiastisk og engageret. Tak til Thomas Duus Henriksen for konstruktiv kritik. Tak til Marianne og Nana for godt selskab og opmuntrende kommentarer. Endelig en stort tak til Sacha for at have holdt ræset ud i et år.

6 Indholdsfortegnelse Kapitel 1: Indledning 5 Rids af undervisningsmetoder i gymnasiet og på universitetet 5 Uddannelsestrinnenes indbyrdes vekselvirkning 7 Overvejelser om fysikundervisning 8 Nye undervisningsmetoder 9 Forskningsspørgsmål/Problemformulering 10 Kapitel 4: Databehandling og analyse 99 Spørgeskemabesvarelser 100 Testbesvarelser 110 Analyse af computerøvelser 121 Elevnoter 131 Videooptagelser 133 Afvikling af kontrollerede forløb 138 Erfaringer, holdninger og vurderinger 139 Om navigation og læsning af specialet 11 Kapitel 2: Teori 15 Kompetencer og repræsentationsformer 15 To typer modeller i fysik 19 Konstruktivistiske læringsteorier 27 Kapitel 5: Opsummering af resultater, konklusioner og perspektivering 149 Opsummering af resultater og konklusioner 149 Perspektiver for videre forskning og udvikling 152 Læringssituationer som komplekse netværk 36 En fysisk enhed for læring 45 Referencer 153 Kapitel 3: Forskningsmetode og uv-design 52 Bilag 157 Måle- og tolkningsmetoder 52 Design af forløb 56 Afvikling af forløb 63 Et udvalg af det udleverede materiale 67

7 Kapitel 1: Indledning Dette er et speciale i fysikdidaktik. Det er skrevet som et eksperimentelt speciale i fysik, i hvilket den didaktiske teori er forsøgt udviklet i en fysikfaglig retning. Jeg har siden 2003 har undervist i fysik og matematik blandt andet i gymnasiet og som instruktor på Københavns Universitet. Dette og den undervisning jeg selv har modtaget både i gymnasiet og på Københavns Universitet, har ansporet mig til at skrive speciale inden for mit fags didaktik. I løbet af projektet er det gået op for mig, at didaktik er et meget bredt felt med mange forskellige interesser fra mange forskellige faggrupper. Hvert naturfag og matematik har sin fagdidaktik, og der findes didaktikere med sociologisk eller psykologisk baggrund. Læseren bør være opmærksom på at jeg skriver som fysiker, der arbejder med didaktik, og det har præget projektet fra begyndelsens indkredsning igennem afviklingen af de forløb der udgør det empiriske materiale til udviklingen af teori, behandling af data, konklusioner og perspektivering. Som fysiker er jeg optaget af at kunne lave nyttige kvantitative forudsigelser baseret på kvantitative data, og jeg mener at data såfremt de indsamles og tolkes med forsigtighed kan give oplysninger om den virkelige verden. Endvidere kan dataene bruges i udviklingen af teorier og modeller, der beskriver denne virkelige verden. Dataene kan aldrig bruges til endegylidt at bevise en fysisk teori, men de kan fortælle os om dens begrænsninger og styrker. I paragraffen ovenfor, har jeg sat den virkelige verden i kursiv, hvilket leder til spørgsmålet om, hvad den virkelig verden måtte være. Mit videnskabsteoretiske ståsted er kort fortalt, at der findes en virkelig verden der eksisterer uafhængigt af, hvordan vi opfatter den. Vi kan beskrive den ud fra de erfaringer vi gør os, men kan ikke være sikre på, at vores erfaringer er rigtige. Inden for området læringsteorier, ser dette ud til at være et emne til debat, hvorfor jeg finder det nødvendigt at klarlægge mit eget standpunkt. I denne indledning vil jeg først komme med et rids af den undervisning elever i gymnasiet og studerende på universitetet stilles over for i deres uddannelse. Herefter argumenteres for, at forskellige uddannelsestrin (folkeskole, gymnasium, universitet) hver især påvirker elevernes studiekompetencer på sin måde. Følgende denne argumentation, har jeg nogle overvejelser om, hvorfor det er ønskeligt at elever i gymnasiet, på fysikstudiet og på andre naturfag lærer fysik. Dette leder til en argumentation for at undersøge nye undervisningsmetoder. Til sidst vil jeg samle trådende i en problemformulering/et forskningsspørgsmål. Rids af undervisningsmetoder i gymnasiet og på universitetet Lige siden begyndelsen af 1900-tallet har der været debat om undervisningen i fysik, og selvom der har været gennemgribende reformer i gymnasiet, har disse kun i ringe grad forplantet sig i den realiserede undervisning (Beyer, 2004). På Københavns Universitets uddannelser i de fysiske fag, har det fremherskende skema i lang tid været: bog. et antal ugentlige forelæsninger á 45 minutters varighed. Her gennemgås annonceret stof fra en lære- et antal ugentlige regneøvelser á 45 minutters varighed. Her regnes typisk opgaver fra selvsamme lærebog - eventuelt nogle ekstraopgaver stillet af forelæseren. Typisk har de studerende regnet på opgaverne hjemmefra, og i regnetimerne er der en gennemgang af opgaverne, eventuelt med en diskussion af opgaverne. Fokus Kapitel 1: Indledning 5

8 er dog på at opgaverne regnes igennem fra ende til anden. De studerende forventer, at de vil møde lignende opgaver til eksamen. et antal laboratorietimer, hvor de studerende skal få en føling med at de teorier, de præsenteres for, også er korrekte. Samtidig skal de studerende lære om eksperimentel praksis. I 2007 har der dog været nogle ændringer på første år i fysik, hvor de indledende kurser Fysik 1-3 har fået tilføjet nye dimensioner. I Fysik 1 og 2 har man indført ugentlige webbaserede opgaver. I kurset Fysik 3 er indført ugentlige uformelle øvelser i forbindelse med forelæsningen. Den grundlæggende form skitseret ovenfor er dog fastholdt, og det er ikke på forhånd givet, at de nye tiltag overlever. 1 I gymnasiet afspejles denne proces, omend der er forskelle. Typisk vil en klasse blive udsat for både forelæsningsformen, regnearbejde og eksperimentelt arbejde. Dertil kommer gruppearbejde og klassediskussioner (gerne i forbindelse med forelæsninger) 2. Målet med fysikundervisningen kan nemt blive, at eleverne skal lære nogle bestemte formler at kende, at de skal kunne regne nogle bestemte opgaver og igennem nogle bestemte forsøg. Fysik bliver et fag der handler om at reproducere kendt viden, og det er stik imod hvad man fra de styrende myndigheder har intentioner om. Læreplanerne til gymnasiets fysikundervisning fortæller, at Undervisningsministeriet ønsker at eleverne blandt andet skal opleve, hvordan fysiske modeller kan fungere som middel til at give kvalitative og kvantitative forklaringer af fænomener, så de derigennem får kendskab til eksempler på naturvidenskabelige tolkninger af verden omkring os. (Undervisningsministeriet, 2008) Endvidere skal fysik i gymnasiet (C-niveau) give eleverne en grundlæggende indsigt i naturvidenskabelige arbejds-metoder og tænkemåder med vægt på almendannelsen. (Undervisningsministeriet, 2008) Videnskabelig dannelse, kompetencebegrebet og repræsentationsformer 3 er alle ord, der kan forbindes med disse nye tider i fysikundervisningen. Der har tidligere været mange forsøg på at indføre nye typer fysikundervisning, men der har alle dage være en betragtelig inerti i implementeringen af de nye fysikundervisningsformer (Beyer, 2004). Fysikken indtræder i dag som en komponent i begrebet almen dannelse (Winsløw, 2006), og samtidig ser regeringen gerne en styrkelse af de naturvidenskabelige fag (Haarder, 2008) formentlig ud fra en forventning om at det kan give flere udøvere af naturvidenskab, herunder fysik. Ud fra disse to krav giver det mening at undersøge, hvordan man får flere kompetente fysikstuderende og hvordan og i hvilken grad studerende i gymnasiet og på universitetet lærer fysik. Det kunne måske hævdes, at der ikke i gymnasiet sker nogen nævneværdig læring af fysik. Modsat mange elevers opfattelse, er fysik ikke et fag der handler om at lære formler. Dette synspunkt vil jeg argumentere for i teoriafsnittet. Hvis gymnasieelever primært har den opfattelse, at fysik handler om formler, så vil jeg hævde, at de ikke har lært ret meget om fysik. 1 Egne oplysninger på baggrund af arbejde som instruktor i 2007/08 på de tre kurser. 2 Se for eksempel (Dambjerg, et al., 2006). 3 I teoriafsnittets første del gennemgår jeg et kompetencebegreb og repræsentationsformerne. Derfor uddyber jeg ikke her. 6 Kapitel 1: Indledning

9 Uddannelsestrinnenes indbyrdes vekselvirkning Uddannelsen fra folkeskolen op gennem gymnasiet og videre til universitetet kan ses som en progression, hvor det den lærende lærer i et givent øjeblik, bygger på hvad de har lært tidligere. Der er i hvert fald to store spring i denne overordnede progression, og det er springet fra folkeskolen til gymnasiet 4 og videre fra gymnasiet til universitetet. Hvis disse spring bliver for uoverkommelige, sætter man både lærere og de lærende i en svær situation. Hvis ikke gymnasiet tager hensyn til, hvad elever fra folkeskolen har lært og lige så vigtigt, måden de har lært det på, er det svært at tro på, at udviklingen fra de sene folkeskoleår til gymnasiets første år, forløber sammenhængende. Samme argumenter holder for springet fra gymnasiets sidste år til universitets første år og for alle videre spring i uddannelsessystemet. Lad nu et afsluttet uddannelsesforløb være fra folkeskole til afsluttet kandidatuddannelse. Det består af fire dele: folkeskolen, gymnasiet, bachelordelen og kandidatdelen. Det er klart, at ændrer vi i det som en tænkt elev lærer i folkeskolen, og måden hvorpå eleven lærer det på, vil det have konsekvenser op gennem systemet. Hvis ikke elevens kompetencer målrettes mod det næste trin, kan vi ikke forvente at eleven kan magte at træde op på dette trin. Ligeledes kan vi ikke forvente, at elevernes tænke- og lærevaner samt opførsel ved gymnasiets afslutning, kan ændres voldsomt på første år. Omvendt vil de krav vi har i sidste ende til en kandidat i for eksempel fysik have indflydelse på, hvilke kompetencer det er nødvendigt for elever og studerende at opnå gennem uddannelsen. De krav universiteterne har på første år bygger på de krav til kompetencer de har til fysikkandidater. Disse krav stiller krav ned gennem hele systemet, og det hele kan anskues som et dynamisk system, hvor delsystemer påvirker hinanden over tid. Hvis elever gennem folkeskolen og i gymnasiet har været vante til, at fysik handler om at terpe formler og at det er sådan man lærer fysik, vil det være svært, på et senere undervisningstrin at introducere uv-metoder der ikke kræver denne mentalitet. Krav Krav Krav Krav Folkeskole Gymnasium Ba. del Kand. del Forskning Figur 1.1 En model af de gensidige påvirkninger mellem forskellige uddannelsestrin 4 Inden for folkeskolen er der muligvis også nogle store spring, og det er udelukkende min uvidenhed omkring folkeskolen der gør den til en sort boks her. Kapitel 1: Indledning 7

10 Overvejelser om fysikundervisning Hvis ridset af den nuværende undervisningssituation på KU og gymnasiet kan godtages for hele landet, er det på sin plads at overveje, om fysikundervisningen faktisk opfylder de krav, der stilles fra regeringens og fra udøvende fysikeres side. De følgende spørgsmål synes nærliggende i denne sammenhæng: Underviser gymnasierne og universiteterne i fysik på en hensigtsmæssig måde i forhold til bekendtgørelsen og i forhold til de krav der stilles til en færdiguddannet fysiker? Kan elever og studerende se relevansen af den fysik de lærer? Er det bare for svært at lære fysik? Er det forbeholdt de få? Hvem skal lære fysik og får de den viden de skal have? Det er klart at nogle elever forlader gymnasiet med gode nok kompetencer inden for fysikfaget til at de kan påbegynde og fuldføre et studie i fysik. Men det er ret få, hvis man skal tage antallet af optagende på fysikstudiet og frafaldet som indikatorer 5. Hvis regering og udøvende fysikere ønsker flere fysikere, kunne noget tyde på, at der skal ændringer i undervisningen til. Dette er både i gymnasiet og på universitetet. Ofte får man som underviser spørgsmålet fra eleverne: Hvad skal jeg bruge det til? Det er et svært spørgsmål at svare på, men det er et krav fra læreplanernes side, at gymnasielærere kan det. Spørgsmålet hænger direkte sammen med en begrundelse for at beskæftige sig med faget, og det er givet i læreplanens formålsparagraf (Undervisningsministeriet, 2008b, s. 1). Min egen erfaring siger, at den bedste måde at besvare spørgsmålet på er ved at tilrettelægge undervisningen, så eleven selv kan svare på det. Gymnasieelever der vælger at studere et naturfag vil i løbet af deres studietid komme i kontakt med nogle af fysikfagets emner, næsten ligegyldigt hvilket naturfag de vælger. Spørgsmålet fra forrige afsnit, om de har lært ret meget fysik i gymnasiet kan udpensles yderligere: Har de opnået nok kompetencer i fysik i gymnasiet til at de kan lære om de emner indenfor deres fag, hvor fysikken spiller en væsentlig rolle? Hvis fysikfaglige kompetencer er vigtige for dele af andre naturfag, og ingen eller meget få personer har disse kompetencer inden for faget, kan det have en negativ indflydelse på, hvad det er muligt for hele landets forskerpark at opnå. Hvis det er gymnasiets opgave, at elever skal udrustes til at blive studerende på universitetet, er det en fordel at de elever for hvem fysikkompetencer bliver relevante, tilegner sig disse kompetencer i gymnasiet, således at de kan videreudvikles på universitetet. Gymnasiereformen afspejler en opfattelse af, at fysikfaglige kompetencer er vigtige. Fysik C er det eneste obligatoriske naturfag for alle elever i gymnasiet. Det kan derfor ses som vigtigt, at fysik ikke er for de få, men at der kan findes måder at undervise i fysiske lovmæssigheder, som mange kan få noget ud af. Det bliver ikke mindre vigtigt, hvis der er et generelt ønske fra landets ledende politikere om at befolkningen skal forstå og vurdere fysikfaget bedre end den gør nu. 5 Samtaler med lektorer og professorer har givet de tentative tal 120 +/- 20 optagende pr. år med et frafald på 30%. 8 Kapitel 1: Indledning

11 Nye undervisningsmetoder Det er mit indtryk, at gymnasierne gør et stort arbejde for at (ud)danne elever fra folkeskolen til at blive klar til universiteterne. Dette gælder i hvert fald i matematik og i fysik, hvor brugen af matematiske formler som regel betegnes som svært 6. Så snart fysik går fra at være kvalitative eller deskriptive udsagn til at involvere selv simple kvantitative udsagn (f. eks. analyse af formlen for bølgers hastighed), står mange elever simpelthen af. Min erfaring med fysikstuderende på KU peger i samme retning, om end niveauet selvfølgelig er meget højere: Det er svært at anvende fysik til at udlede kvantitative resultater. Fysik handler i mine øjne om at udvikle og bruge modeller, der beskriver virkeligheden. Hvad enten man mener at fysikken er en direkte beskrivelse af den virkelige verden eller ej, kommer man ikke udenom, at fysikken bruger og har brugt forsimplede modeller til at beskrive og lave forudsigelser om verden. Modellerne kan repræsenteres på mange forskellige måder. Dolin (2002) opstiller syv forskellige repræsentationsformer, som går igen i fysikundervisning. De går alle igen i en eller anden form blandt forskere, og en stor del af det at være fysiker er at kunne veksle mellem de forskellige repræsentationer. En fysiker vurderes blandt andet på den mængde vigtige artikler han kan producere. Derfor er det naturligt, at der eksisterer et slags hierarki blandt repræsentationsformerne, som er betinget af, hvad der kan formidles gennem en artikel. Hvis dette hierarki forplanter sig ned i det underviste fysikfag, er det nemt at se, hvorfor nogle repræsentationsformer er mere dominerende end andre. Hvis ikke en repræsentationsform bruges af de rigtige forskere, hvorfor skulle den så bruges af andre? To mindre brugte repræsentationsformer er den figurative og den kinæstetiske. Den figurative repræsentationsform inkluderer ikke grafer af funktioner og tabeller. De figurative islæt er i fysikartikler primært tekniske f. eks. kraftdiagrammer eller tekniske tegninger af forsøgsopstillinger. Der refereres kun meget sjældent til at prøve at opleve en fysisk lovmæssighed figurativt i artikler og lærebøger. 7 Groft sagt er tegninger for populærvidenskabelige artikler og for børn, og kropslige øvelser er kun for børn. Men hvis brugen af de mindre brugte repræsentationsformer kan hjælpe elever og studerende med at forstå og anvende fysiske teorier og modeller, kunne det vise sig fordelagtigt at begynde at bruge dem i undervisningen. Det ville især være relevant for kommende udøvere af fysik, hvis det er muligt at lave nyttige overførsler mellem de mindre brugte repræsentationsformer og de meget brugte. Hvis der skal undervises i fysik ved at bruge f.eks. den kinæstetiske repræsentationsform, bør man også forske i, hvordan man bruger den bedst og hvad undervisning der bruger den kan bibringe det samlede undervisningsbillede. Det samme må gælde for alle andre repræsentationsformer herunder en øget brug af den figurative. 6 Hvis læreren så fokuserer meget på at eleverne skal lære at bruge formler, kan det give anledning til at elever opfatter fysik som et fag om formler. 7 Jeg har ingen referencer her, men taler udelukkende ud fra de artikler og de lærebøger, jeg har stiftet bekendtskab med i min studietid. Kapitel 1: Indledning 9

12 Forskningsspørgsmål/Problemformulering I dette speciale har jeg valgt at sætte fokus på to undervisningsmetoder (herefter uv-metoder), der sigter mod at øge den lærendes umiddelbare og intuitive fysikforståelse. I forbindelse med specialet er designet to uvforløb, der udnytter de to måder at repræsentere viden på, som ikke bruge ret meget. På internettet findes der et antal små computerprogrammer, der illustrerer fysiske lovmæssigheder ved at bruge animerede interaktive billeder. Disse interaktive computermodeller inkluderes nogle steder som online undervisningsmateriale, men de bruges ikke konsistent i fysikundervisningen i gymnasiet eller på universitetet 8. Gennem arbejdet med kinæstetiske øvelser i dette speciale, har jeg fået indtryk af, at nogle gymnasielærere faktisk anvender denne type øvelser, når de skal illustrere en fysisk lovmæssighed. Det interessante spørgsmål er, i hvilken grad og hvordan det er muligt at lære studerende/elever fysik ved at anvende disse to alternative uv-former. Derfor er forskningsspørgsmålet, som dette speciale sigter at belyse: Hvordan er det muligt ved hjælp af interaktive computermodeller og kinæstetiske modeller at øge elevers kompetencer inden for bestemte og veldefinerede emner? Heraf følger flere spørgsmål: Hvad er kompetencer? Hvordan påviser man kompetencer, hvis der ikke indgår en evalueringsform designet til dem? Hvad er kendetegnende for at have fået øget sine kompetencer (at have lært noget)? Er det muligt at se en overførsel mellem de repræsentationsformer, der lægger sig til interaktive webmodeller og kinæstetiske modeller og (f.eks.) de matematiske repræsentationsformer? Disse spørgsmål er af didaktisk teoretisk art. En helt anden type spørgsmål, der fordrer en anden type svar er: Hvordan designer man disse nye modeller? Hvordan designer lærere undervisningsforløb, hvori de indgår? Hvordan skal undervisere bruge de nye modeller? Hvilke krav stiller de til eleverne, og kan eleverne på baggrund af deres tidligere skolegang leve op til disse krav? Disse spørgsmål er og didaktiske, men besvarelsen kræver inddragelse af praktisk erfaring. Hvis dette speciale var et normalt fysikspeciale, ville disse spørgsmål være at sidestille med: Hvordan fungerer forsøgsopstillingen? Inden kapitlet om teori følger først en hjælp til at navigere i specialet, både i den tidslige udvikling af projektet og i nærværende afhandling. 8 I de forløb, jeg har afviklet har jeg brugt nogle af disse små computerprogrammer (applets), og jeg henviser til dem, som de præsenteres. 10 Kapitel 1: Indledning

13 Om navigation og læsning af specialet For at give en forståelse for, dels hvordan projektet er blevet til og dels hvilke delprocesser det er gået igennem, har jeg valgt at inkludere en tidslinje. Håbet er, at denne tidslinje sammen med det følgende landkort, vil lette læserens navigation gennem resten af specialet. På tidslinjens akse er angivet projektets overordnede tidsinddelinger. Projektet har vekslet mellem fire hovedgrupper af aktivitet fra min side, og tidslinjen skal give et overblik over, hvordan hovedgrupperne hænger sammen tidsmæssigt. Hver hovedaktivitet er paraply for et sæt af aktiviteter, som jeg har udført igennem projektet. Jeg har med pile indikeret sammenhænge mellem de forskellige aktiviteter på tværs af hovedaktiviteter. For overskuelighedens skyld peger grønne pile kun ned, røde peger op og blå peger til siden. En pil kan læses som medførte refleksioner lavet alene, sammen med andre, eller på baggrund af egne/andres tekster som har givet anledning til en udvikling inden for det område pilen peger hen til. Analyse Reflektioner over UV-erfaring løbende vurdering af uv-situationer Analyse af data Teori Hypotese dannelse Introkursus 1. indtryk: Konstruktivisme Modeller Repræsentationsformer Modeller Komplekse netværk Måleenhed Vygotsky von Glasersfeld Neurovidenskab Kompetencer Design Projektdesign Metodevalg Fagligt indhold Materiale: Produktion Valg Forslag til nye modeller Praksis Søgen efter lærere til samarbejde Dialog med lærere Produktion Undervisning Målinger Erfaringer med uv-former og forskning Præ projekt Indkredsning Afvikling Skriveperiode Figur 1.1 En tidslinje over dette specialeprojekts forløb. En forklaring på akserne og pilene er givet i teksten De fire hovedaktiviteter er Analyse af de produkter de andre hovedaktiviteter har resulteret i. Teori er et produkt dels af analyser og dels af refleksioner over tidligere udarbejdet teori. Design er et produkt af de teorier for undervisning, jeg har beskæftiget mig med og udviklet. Praktiske udmøntninger er et produkt af de designede uv-forløb og erfaringer. Det skulle give mening at starte et sted og følge pilene rundt. Det kan ses at i afviklingsperioden har der været mange refleksioner på tværs af hovedaktiviteter. Før det har jeg ikke haft mulighed for at reflektere i samme grad og efterfølgende har der ikke været mulighed for at inddrage Design og Praktisk aktiviteterne i samme omfang, da de var overståede. Kapitel 1: Navigation 11

14 Kompetencer og repræsentationsformer Kilder: Dolin, Dolin et. al Etablering fysikkompetencebegreb, eksempler (rep-former), Teori Side I boblerne er givet relevante stikord 2 typer modeller Kilder: Gilbert & Boulter (ed.) Modelbegrebet udfoldes, definitioner af kin. & comp. modeller, typologi, kobling mellem rep. former. Konstruktivisme Kilder: von Glasersfeld, Vygotsky, Dolin Grundbegreber, forskelle og koblinger. Læringssituationer som komplekse netværk Kilder: Rosvall, Sneppen, Sporns, Cage & Baars Komplekse netværk, læringsnetværk, neurofysiske vinkler Fysisk enhed for læring Kilder: Niven, Kapur & Kesevan Informationsmåling, tilgængelig information, optælling af fagord. Spørgeskema Fysik = formler Kin. Øv. sjove Comp. Øv. svære Alm. UV - der man lærer Concept Inventory Tests Øget forståelse for kraft i cirkelbevægelse mekanisk energi i pendul Databehandling og analyse Side Elevnoter Udvikling i brug af kraftdiagrammer I boblerne er antydet nogle delresultater. Videooptagelser Illustration af gruppedynamik. Optælling af fagord gør det muligt at identificere faglig aktivitet Computer besvarelser Beskrivelse af iterativ udvikling Computermodeller kan bruges i undervisning og. til at diagnosticere Lærersamtaler og egenvurdering Høj elevmotivation, passende fagligt udbytte, for stort tidsforbrug, tænkningen af dataindsamling kunne være anderledes Hvordan er det m interaktive com kinæstetiske mod kompetencer i Hvad skal man kompet Figur 1.2 Et landkort over denne specialerapport. Start i Teori og følg derefter pilene. Centrum for det hele er 12 Kapitel 1: Navigation

15 Spørgeskema Motivation/ elevvurdering Elevnoter Fagord/tegning Concept Inventory Tests Diagnosticering/ læring? Måle- og tolkningmetoder Videooptagelser Fagordsoptælling/ gruppedynamik/ læringsanalyse Lærersamtaler Ekstern vurdering Computer besvarelser Diagnosticering/ Elevtilgang Forskningsmetode og design af uv-forløb Side Oversigt over afsnit Udvalg af det udleverede materiale Overordnet Argumentation for forløbets overordnede design ud fra målemetoder og læringsteori Design af forløb Konkret Argumentation for modeller ud fra kompetence beskrivelse, og modelafsnit Adgang til computerøvelser og skærmbilleder Udleverede noter til klasse undervisning Diskussions opgaver uligt ved hjælp af putermodeller og eller at øge elevers nden for... fysik? kunne, når man er ent i fysik? Faglige tests (FCI, ECI) Instruktioner til kinæstetiske øvelser Konklusioner og perspektiver Side Hovedkonklusion: Kinæstetiske øvelser og computerøvelser kan give eleverne en kropslig/intuitiv forståelse af enkeltsituationer. Kobling tilbage til hvad man skal kunne som fysiker, til repræsentationsformer og til anvendelse af modeller Hovedperspektiv 1 Udvikling af computerøvelser og kinæstetiske øvelser. Hvordan udvikles deres lærings potentiale? Hovedperspektiv 2 Udvikling af målemetoder Hvordan måler man bedst at øvelserne er udviklet til at give en øget læring? Hovedperspektiv 3 Udvikling af netværksteoretisk læringsteori En matematisk stringent udvikling af social gruppedynamik og af læring i hjernens neuronnetværk. teksteni ellipsen i midten. De små ellipser i de store ellipser indeholder stikord til vigtige begreber og resultater. Kapitel 1: Navigation 13