Den undersøgende dimension i naturfagsundervisningen

Transkript

1 Den undersøgende dimension i naturfagsundervisningen BIG BANG torsdag den 23. marts 2017

2 Naturfaglighed er også at besidde kompetencer til at kunne - undre sig og stille spørgsmål - formulere problemstillinger - foreslå undersøgelser og eksperimenter - udvælge og anvende relevant udstyr - anvende og udvikle modeller - generalisere - perspektivere til hverdagsliv m.m. Og hvordan fremmer vi alt det i en progression gennem hele skoleforløbet? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 2

3 Fælles Mål naturfagene Kompetenceområder Kompetencemål Færdigheds- og vidensmål Undersøgelse Eleven kan xxx Naturfaglige mål Fagligt tema 1 Fagligt tema 2 Fagligt tema 3 Fagligt tema Modellering Eleven kan xxx Naturfaglige mål Fagligt tema 1 Fagligt tema 2 Fagligt tema 3 Fagligt tema Perspektivering Eleven kan xxx Naturfaglige mål Fagligt tema 1 Fagligt tema 2 Fagligt tema 3 Fagligt tema Kommunikation Eleven kan xxx Formidling Argumentation Ordkendskab Faglig læsning og skrivning Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 3

4 Undersøgelseskompetence i skoleforløbet Kompetencemål Kompetenceområde Undersøgelse Efter 2. klassetrin Eleven kan udføre enkle undersøgelser på baggrund af egne og andres spørgsmål Efter 4. klassetrin Eleven kan gennemføre enkle undersøgelser på baggrund af egne forventninger Efter 6. klassetrin Eleven kan designe undersøgelser på baggrund af begyndende hypotesedannelse klassetrin Eleven kan designe, gennemføre og evaluere undersøgelser i biologi / fysik/kemi / geografi Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 4

5 Det spektakulære forsøg De praktiske undersøgelser skal anvendes til at belyse den naturfaglige problemstilling! Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 5

6 Undersøgelseskompetence klassetrin Kompetencemål Eleven kan designe, gennemføre og evaluere undersøgelser i fysik/kemi / biologi / geografi Fase Undersøgelser i naturfag 1 Eleven kan formulere og undersøge en afgrænset problemstilling med naturfagligt indhold 2 Eleven kan indsamle og vurdere data fra egne og andres undersøgelser i naturfag 3 Eleven kan konkludere og generalisere på baggrund af eget og andres praktiske og undersøgende arbejde Eleven har viden om undersøgelsesmetoders anvendelsesmuligheder og begrænsninger Eleven har viden om indsamling og validering af data Eleven har viden om kriterier for evaluering af undersøgelser i naturfag Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 6

7 Kompetencebaserede læringsmål Undersøgelseskompetencen: Eleven kan formulere en naturfaglig problemstilling, som kan undersøges planlægge, hvordan problemstillinger kan undersøges opstille forventninger (hypoteser) til resultater af praktiske undersøgelser forklare om faserne i en naturvidenskabelig undersøgelse udvælge eller selv designe undersøgelser, som kan belyse en problemstilling forklare om relevante undersøgelsesmetoder i forhold til det praktiske arbejde gennemføre en systematisk undersøgelse med observationer og dataopsamling anvende og forklare om kontrol af variable ved praktiske undersøgelser strukturere og formidle undersøgelsesresultater forholde sig kritisk overfor sine resultater og kunne pege på eventuelle fejlkilder konkludere på sine undersøgelsesresultater, og anvende dem til belysning af en problemstilling Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 7

8 Undervisningen skal lede frem mod den fælles prøve i fysik/kemi, biologi og geografi Wulffmorgenthaler Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 8

9 Problemstilling og arbejdsspørgsmål Inden for det trukne fællesfaglige fokusområde formulerer eleven/eleverne en naturfaglig problemstilling - med arbejdsspørgsmål fra både biologi, fysik/kemi og geografi til belysning af problemstillingen. Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 9

10 Hvordan får vi eleverne til at undre sig, stille spørgsmål og formulere problemstillinger? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 10

11 Udgangspunkt i aktuelle forhold? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 11

12 Fukushima-ulykken Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 12

13 Felix Baumgartner Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 13

14 Agerlandets fugle Dyrenes Beskyttelse og Danmarks Naturfredningsforening 2015 Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 14

15 Refleksion (3 min) Hvilke aktuelle naturfaglige forhold, som vil være virkelighedsnære for dine elever og som kan relateres til både fysik/kemi, biologi og geografi eller nogle af fagene kan du/i se muligheder i? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 15

16 Formulering af Problemstillinger i fællesfaglige naturfagsforløb

17 Hvad er et Problem?? Erkendelsesproblem Etisk eller politisk problem Teknisk/praktisk problem Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 17

18 Frem mod en problemstilling Fire typer af spørgsmål kan med fordel stilles og søges belyst: Videns- og dataspørgsmål Forklarings- og forståelsesspørgsmål Holdnings- og vurderingsspørgsmål Handlingsspørgsmål Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 18

19 Videns- og dataspørgsmål Hvad er? Hvem er? Hvor er? Hvordan? Hvilke?? Er det et konventionelt eller økologisk landbrug? Hvilke regler gælder for et økologisk landbrug? Hvad er gylle? Hvordan bekæmpes ukrudt, skadedyr og sygdomme? Er dansk landbrug bæredygtigt? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 19

20 Forklarings- og forståelsesspørgsmål Hvorfor? Hvordan kan det være at? Hvorfor har ikke alle grise adgang til det fri? Hvordan kan det være, at økologiske landmænd ikke benytter kunstgødning? Hvad er baggrunden for, at ikke alle landbrug er økologiske? Hvorfor påvirker det konventionelle landbrug miljøet mere end det økologiske? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 20

21 Holdnings- og Vurderingsspørgsmål Egne holdninger og vurderinger? Andres - folks - samfundets? Er det forsvarligt at landbrug benytter både kunstgødning og sprøjtegifte? Hvad synes andre: Skal dansk landbrug kunne brødføde mennesker i andre verdensdele? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 21

22 Handlingsspørgsmål Hvad kan/skal/bør der gøres? Og af hvem? Hvad betyder den tidligere situation for det, der kan gøres nu og i fremtiden? Hvordan sikres gode løsninger? Hvordan og hvem skal sikre en bæredygtig fødevareforsyning i Danmark? Hvordan kan man sikre rent drikkevand i hele Danmark? Hvad kan vi gøre her og nu, for at det ikke i fremtiden bliver nødvendigt, at rense det danske drikkevand? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 22

23 Nogle andre spørgsmålstyper lærerens spørgsmål TYPE FORMÅL EKSEMPEL Direkte opklarende Tydeliggøre, præcisere Hvorfor er det nødvendigt? Hvad forårsager det? Indirekte opklarende Yderligere forklaring, især ved usikre elever Er grunden til, at det er vigtigt, at? Omdirigerende Ikke relevant for temaet Det er interessant. Hvordan har det sammenhæng med? Ledende Lede mod andre tankebaner/løsninger/ Hvilke alternativer kan der være? Er der andre løsninger? Aktiverende Gruppen skal videre Hvad ellers? Anerkendende Gruppen skal motiveres Det er virkelig vigtigt, er det ikke? Idéskabende Mulighed er blevet overset Hvad med? Hvilke fordele og ulemper vil der være ved? Sammenhængsskabende At sætte fokus på sammenhænge Hvis der sker, hvilke effekt kan det så få for? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 23

24 At stille spørgsmål Stil ét spørgsmål ad gangen Stil korte og præcise spørgsmål Stil åbne spørgsmål, som giver eleverne mulighed for at reflektere Undgå spørgsmål, hvor eleverne skal gætte på, hvad du tænker Skab debat og diskussioner med retning ved at stille fokuserede spørgsmål Tænk gerne over spørgsmål på forhånd, men lyt godt efter så du kan improvisere, hvis eleverne har behov for at ændre fokus. Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 24

25 En god problemstilling er årsagssøgende og fremadrettet kan ikke alene besvares med ja eller nej er begrundet i undren over eksisterende forhold udtrykker så præcist som muligt, hvad eleverne undrer sig over og vil søge at finde ud af / belyse kan rumme bud på hypoteser, som kan undersøges og som kan lægge op til løsnings-/handlingsforslag er hverken for bred eller snæver er et styringsværktøj i den efterfølgende arbejdsproces Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 25

26 Hjælp til formulering af problemstilling Hvordan kan det være, at der opstår O 2 -svind i de indre danske farvande, når det meste spildevand fra husholdninger og fabrikker renses? Og på hvilken måde kommer det os ved? Hvad er årsagen til en øget drivhuseffekt, når der gøres en stor indsats for at mindske udslip af CO 2? Hvilke løsninger kan der udvikles? I hvilket omfang er grundvandsboringer blevet lukket på grund af forurening? Hvordan kan det ændres, og hvem vil det have konsekvenser for? Hvordan hænger sammen med, hvis? Hvorfor sker der, når? Hvad kan årsagen være? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 26

27 Naturfaglig problemstilling med arbejdsspørgsmål fra naturfagene Model Arbejdsspørgsmål fra Arbejdsspørgsmål fra fysik/kemi Arbejdsspørgsmål fra geografi Naturfaglig Problemstilling Arbejdsspørgsmål fra biologi Arbejdsspørgsmål fra geografi Model Arbejdsspørgsmål fra biologi Arbejdsspørgsmål fra fysik/kemi Fagbegreber Fagbegreber Model Praktiske undersøgelser Model Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 27

28 Den praktisk-undersøgende dimension Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 28

29 Når elever undersøger, så Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 29

30 Virkeligheden har ikke altid kun ét svar Åbne opgaver Lærerens åbne spørgsmål Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 30

31 Elever skal kunne anvende modeller til Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 31

32 Relevante undersøgelser? O 2 -indhold Temperatur Surhedsgrad/pH Hårdhed Fosfat Nitrat Bundforhold Farve, lugt, struktur Sigtdybde Planterbælter i søer MakroIndex-metoden Plante- og dyreplankton Bakterieindhold Til - og afløb? Læringskonsulent Keld Nørgaard 32

33 Model: økosystem Læringskonsulent Keld Nørgaard 33

34 Model: økosystem i mark Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 34

35 Elever skal kunne anvende modeller til Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 35

36 Model: et nitrogenkredsløb Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 36

37 Fællesfaglige fokusområde I overbygningens læseplaner for naturfagene er formuleret seks fællesfaglige fokusområder: Produktion ved bæredygtig udnyttelse af naturgrundlaget Bæredygtig energiforsyning på lokalt og globalt plan. Drikkevandsforsyning for fremtidige generationer Den enkeltes og samfundets udledning af stoffer Strålings indvirkning på levende organismers levevilkår Teknologiens betydning for menneskers sundhed og levevilkår Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 37

38 Fællesfagligt fokusområde Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 38

39 Tema: Landbrugets fødevareproduktion Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 39

40 Hypotese og undersøgelse - eksempler Læringsmål Eleverne kan opstille hypoteser, som kan undersøges ud fra egen problemstilling om et bæredygtigt landbrug og fødevareproduktion. Til eleverne A1 Du kan opstille en hypotese om anvendelse af kunstgødning (fx Brugen af kunstgødning er ikke bæredygtig, da kunstgødning fremstilles ved brug af store mængde fossilt brændstof. ) A2 Du kan undersøge hypotesen (fx ved at inteviewe en relevant erhvervsperson ) Eller B1 Du kan opstille en hypotese om forskellen på konventionelt og økologisk landbrug (fx Markjorden indeholder flere næringsioner i konventionel mark end i en økologisk ) B2 Du kan undersøge hypotesen (fx ved at udtage sammenlignelige jordprøver i henholdsvis en konventionel og en økologisk mark og analysere dem for indholdet af (fx) nitrat ) Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 40

41 Naturfaglige undersøgelser - i en progression Eleven kan designe enkle undersøgelser Eleven har viden om undersøgelsesdesign Målet kan være, at eleven lærer at 5. diskutere resultater, nye undersøgelsesbehov 4. opstille hypotese, vælge og begrunde egne metoder 3. ændre flere sammenhængende dele i undersøgelsen 2. ændre en enkelt del i en andens undersøgelsesdesign 1. undersøge ud fra en andens undersøgelsesdesign Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 41

42 Landbrug dyrkning af jorden Eksempler på læringsmål: Eleverne kan opstille hypoteser som kan undersøges ud fra egen problemstilling om bæredygtigt jordbrug Eleverne kan med modeller forklare om forskellige nitrogenforbindelser i nitrogens kredsløb Eleverne kan sammenligne og forklare om forskellige jordbundstyper Eleverne kan anvende modeller til at beskrive omsætning af organisk stof Eleverne kan vurdere bæredygtig udvikling indenfor jordbrug Eleverne kan med modeller fortælle om den sidste istids betydning for landskabsdannelsen Eleverne kan forklare om specialiseringen inden for landbrugserhvervet Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 42

43 Proteiner, kulhydrater, fedt Drikkevand Enzymer Fordøjelse Sundhed Fødevareproduktion Fordøjelsessystemet Landskabsdannelse Grundvandsdannelse Bestanddele Kost Dyrkningsjorden Nedsivning Politisk-økonomiske forhold pesticider Kunstgødning EU Økologisk Dyrkningsmetoder Organisk gødning Konventionelt Næringsioner Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 43

44 Hvilken gødningstype er bæredygtig? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 44

45 Figur 5 Eksempel på kortdata anvendt i modelberegningerne fra markblokke (grå), byer (gule), natur (lysegrøn), skove (mørkegrøn), veje/bebyggelse (mørkerød), ferskvand (lyseblå) og havet (mørkeblå) Modelberegningerne er baseret på data fra de landsdækkende landbrugsregistre: det Generelle LandbrugsRegister (GLR) og gødningsregnskaber fra NaturErhversstyrelsen (NAER). Sædskifter og gødningsplaner er opstillet ud fra metoden beskrevet i Børgesen et al. (2009). De årlige totale N tilførsler med gødning til det dyrkede areal for 2011, er baseret på opgørelser fra Danmarks statistik, fra Udbragt handelsgødning og udbragt husdyrgødning 2011 gødningsindberetningerne til Naturerhvervsstyrelsen. Husdyrgødningsmængderne udbragt på markerne er afstemt med landsopgørelsen af husdyrgødningsmængder produceret og udbragt på markerne jf. Børgesen et al., N fiksering er modelberegnet ud fra årlige arealanvendelser og udbytter efter principperne givet i Børgesen et al. (2009). Figur 6 Handelsgødningsforbrug i 2011 opgjort på ID15 skala. [kg N/ha] (Højberg et al., 2015) Figur 7 Udbragt husdyrgødnings N i 2011 opgjort på ID15 skala. [kg N/ha] (Højberg et al Læringskonsulent Keld Nørgaard Fordeling af husdyrgødning og handelsgødning mellem afgrøder Side og 45 marker fo modelberegningerne baseret på gennemsnitsbetragtninger for data fra Landovervågning

46 Jordbundstyper i Danmark Jorden er meget forskellig rundt omkring i Danmark. Jordbundsforholdene er afhængige af de materialer, som isen under sidste istid aflejrede - undtaget vest for israndslinien i Jylland. Dette område var ikke dækket af is under den sidste istid. Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 46

47 Nitrat i vandforsyningsboringer Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 47

48 Fællesfagligt fokusområde: Den enkeltes og samfundets udledning af stoffer O 2 -svind Udarbejdet af Styrelsen for Vand- og Naturforvaltning Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 48

49 O 2 -svind Udvalgte eksempler på læringsmål: Fysik/kemi Eleven kan forklare om forskellige nitrogenforbindelser i nitrogens kredsløb. Eleven kan forklare om forskellen i densitet mellem ferskvand og saltvand. Eleven kan Biologi Eleven kan forklare forskellen på aerob og anaerob omsætning af organisk stof. Eleven kan forklare om sammenhængen mellem fotosyntese og respiration. Eleven kan Geografi Eleven kan forklare om forskellige jordbundstyper. Eleven kan forklare om specialiseringen inden for landbrugserhvervet. Eleven kan Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 49

50 Naturfaglig problemstilling nogle eksempler Hvad er baggrunden for O 2 -svind i de indre danske farvande, hvilken betydning har det, og hvordan kan det afhjælpes? Hvad kan være baggrunden for de årligt tilbagevendende tilstande med O 2 -svind i Lillebælt og de omgivende farvande? Hvilke løsningsmuligheder kan der være, og hvilke parter skal inddrages for at gennemføre eventuelle løsninger? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 50

51 Arbejdsspørgsmål nogle eksempler Fysik/kemi Hvad er nitrogen, og hvordan anvendes det i landbrug? Hvordan er nitrogenkredsløbet i det sydlige Lillebælt/vestlige Østersø? Hvad er en saltlagdeling, og hvilken betydning kan en sådan have for O 2 -svind?? Geografi Hvor udbredt er landbrugserhvervet i området, og hvilke produktionsformer er det? Hvilke jordbundstyper findes der i det omgivende område, som har afvanding til det sydlige Lillebælt/den vestlige Østersø? Og hvordan er disse landskaber dannet?? Biologi Hvordan kan tilførsel af nitrogen påvirke fødenettene i de indre farvande? Hvilken sammenhæng er der mellem organisk nedbrydning og O 2 -svind? Hvad er et liglagen, og hvilken betydning har det for de levende organismer?? Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 51

52 Opsamling og spørgsmål Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 52

53 Tak for i dag og fortsat god arbejdslyst Læringskonsulent Keld Nørgaard Side 53