Kapitel 1 Sæt metoderne på skemaet! Sara Tougaard og Lene Hybel Kofod Skolefaget natur/teknik er på en og samme tid et meget lille fag og et meget stort fag. Det er lille i den forstand, at timetallet i lange perioder kan begrænse sig til en enkelt lektion om ugen. På den anden side er faget stort, når omfanget at trinmål og slutmål studeres. Desuden har natur/teknik sin egen fagidentitet samtidig med, at det retter sig imod overbygningens naturfag: Biologi, geografi og fysik/kemi. Fælles Mål for natur/teknik indeholder fire centrale kundskabs- og færdighedsområder: Arbejdsmåder og tankegange, Den nære omverden, Den fjerne omverden samt Menneskets samspil med naturen. Vi tillader os at bryde med den normale rækkefølge for de fire områder, fordi vi giver området Arbejdsmåder og tankegange tiltrængt opmærksomhed i denne antologi. Med Sæt metoderne på skemaet! opfordrer vi helt konkret natur/teknik-lærerne til at opstille metode-læringsmål for eleverne af og til. For det er lige så væsentligt, at eleverne kan gøre rede for, hvad en variabel eller en hypotese er, som at de kan gøre rede for, hvad et pattedyr eller et kompas er. Med andre ord peger vi på, at Arbejdsmåder og tankegange er et selvstændigt indholdsområde i faget samtidig med, at det angiver, hvordan der skal arbejdes med de øvrige indholdsområder. Mange naturfagsdidaktikere peger på vigtigheden af, at eleverne træner forskellige undersøgelsesmetoder. En beherskelse af undersøgelsesmetoderne i natur/teknik giver kontinuitet og sammenhæng i undervisningen. Gennem Sæt metoderne på skemaet! 1
bevidst arbejde med metoderne erfarer eleverne, at de måder, man kan skaffe sig viden på i faget, går igen uanset hvilket kundskabsområde, der arbejdes med. Samtidig sikres en progression i forhold til naturfagene i overbygningen, da Arbejdsmåder og tankegange går igen i alle naturfag. Naturfag i skolen Naturfag i skolen, og dermed også natur/teknik, er almendannende fag. Når natur/teknik beskrives som et almendannende fag, gøres det med henvisning til fire forskellige argumenter: Man skal have naturfag i skolen, fordi samfundet og industrien har brug for at unge mennesker tager en naturvidenskabelig uddannelse. det er nyttigt, at man kan finde ud af praktiske gøremål i hverdagen, som eksempelvis at kunne samle en stikdåse eller læse en varedeklaration. man som borger har pligt til at træffe beslutninger for sig selv og sin familie og at mange beslutninger involverer naturvidenskabelig viden. naturvidenskaben er en del af vores kultur, og fordi den videnskabelige argumentation anses for at være kulturbærende. Økonomiargumentet Nytteargumentet Demokratiargumentet Kulturargumentet Det vil sige, at når man betragter naturfag, og dermed også natur/teknik, som et almendannende fag bliver det tydeligt, at undervisningen i faget og de praktiske aktiviteter, som finder sted i timerne, skal betragtes som en undervisning i fagets indhold og metoder ved hjælp af praktiske aktiviteter. Naturfagsundervisningen i skolen skal ikke stræbe efter at lave minividenskab. Men den skal give eleverne kendskab til naturfaglige undersøgelsesemetoder. Naturfaglige undersøgelsesmetoder De naturfaglige metoder kan opfattes som de spilleregler, alle naturfag har tilfælles. Metoderne udgør et særlig fagsprog og en særlig måde at skaffe sig viden om verden på, ligesom andre fag i skolens fagrække har et særligt sprog og en særlig metodik. 2 Metoder i naturfag - en antologi // www.metodelab.dk // Experimentarium
Naturfag, og dermed også natur/teknik, henter både sit indhold og sine arbejdsmetoder i videnskabsfagene fysik, kemi, geografi og biologi. Metoderne, der arbejdes med i naturfag, er altså lånt fra naturvidenskaberne, men det er ikke meningen, at naturfag i skolen skal være et miniformat af universitetsforskning. Konklusion Fortolkning af data Spørgsmål Undring Undersøgelse Måling Dataindsamling Gæt Formodning Hypotese Modeller Prøv-dig-frem Observation Spørg, læs og søg Eksperiment MetodeLabModellen De fem undersøgelsesmetoder er formuleret til skolefaget natur/teknik. I navngivningen af de fem undersøgelsesmetoder er der anvendt ord og begreber, som allerede bruges i både lærebøger og lovtekst. I denne tekst er det altså MetodeLabs 1 definition af eksempelvis Eksperiment og Prøv-dig-frem, der bruges, vel vidende at andre definerer begreberne på andre måder. MetodeLabModellen organiserer og anskueliggør forskellige begreber i naturfagenes metoder. Cirklen i modellen er en simplificering af en videnskabelig proces, som går fra enkeltundersøgelser til videnskabelig viden og indsigt. Ideelt set starter den videnskabelige proces i et spørgsmål, som bliver omformuleret til en hypotese. Hypotesen eller formodningen forfølges i en 1 MetodeLab er et kompetenceudviklingsprojekt for natur/teknik-lærere, som er udtænkt, udviklet og gennemført af Experimentarium. Projektet MetodeLab bygger på ideen om at sætte Sæt metoderne metoderne på på skemaet! skemaet 3i natur/teknik.
undersøgelse, som resulterer i en form for data, som skal behandles og tolkes for at kunne svare på spørgsmålet og uddrage konklusioner i form af lovmæssigheder. Når man fremstiller naturvidenskaben som en simpel stræben efter mere og mere viden, overser man blandt andet det faktum, at naturvidenskaben er ligeså interesseret i at undersøge, ikke kun hvad man mener at vide, men også i at undersøge og diskutere hvordan man ved det. Indenfor naturvidenskaben er det altså ikke nok, at en forsker kan fortælle, hvad hun ved, hun skal også redegøre for, hvordan hun er nået frem til sine resultater. Med andre ord: Hvilken metode hun har brugt. Valget af undersøgelsesmetode kan være kilde til endda meget stor debat blandt forskere og valget af undersøgelsesmetode vil også være indlejret i den samtid samt de normer og værdier som omgiver forskeren og/eller forskerteamet. I forhold til naturfagslærerens planlægning og gennemførelse af undervisning med fokus på metoder er det vigtigt at bemærke, at MetodeLabModellen netop bare er en model. Hverken videnskabelig forskning eller undervisning i naturfag i skolen foregår nær så stringent. Modellen er da heller ikke et planlægningsværktøj, men blot en afspejling af hvordan vi definerer feltet. I den daglige undervisning kan undersøgelsen af et fænomen starte andre steder end i et spørgsmål. Processen kan starte i valget af undersøgelsesmetode, ligeså vel som den kan starte i en formodning om en sammenhæng. Desuden vil både en forskers undersøgelsesproces og et undervisningsforløb i en natur/teknik-klasse kunne komme cirklen rundt flere gange, mens der arbejdes. Fem forskellige undersøgelsesmetoder Vi skelner mellem fem forskellige undersøgelsesmetoder, som er formuleret til skolefaget natur/teknik: Observation, Prøv-dig-frem, Modeller, Eksperiment og Søg/læs/spørg. I den følgende beskrivelse bliver forskelle mellem de fem undersøgelsesmetoder trukket meget tydeligt op, ligesom særlige karakteristika understreges. I realiteten står en metode dog sjældent helt alene, de griber ind i hinanden. Men hver undersøgelsesmetode har sine regler, datatyper og fordele. Det er vigtigt for en natur/teknik-lærer at vide, hvornår man bruger hvilket regelsæt og at kende styrker og svagheder ved de forskellige undersøgelsesmetoder. 4 Metoder i naturfag - en antologi // www.metodelab.dk // Experimentarium
Desuden kan det være mere enkelt for eleverne at få greb om naturfagenes metoder, hvis der skabes en form for systematik i metoderne. Observation Observationer er omhyggelige registreringer af, hvad man sanser. Observationer kan involvere alle sanser og kan være forstærket med måleudstyr (kikkert, lydoptager, vægt, målebånd osv.). I observationer skærpes elevernes opmærksomhed i jagten på at finde forskelle, ligheder, detaljer og mønstre. Eksemplerne på observation som undersøgelsesmetode i natur/teknik er mange og omfatter alt fra simple iagttagelser af havens dyreliv, over målinger af UV-indekset, til organdissektion samt aflæsninger af kort og tabeller. Observation er en selvstændig undersøgelsesmetode, men observation er samtidig en integreret del af de andre undersøgelsesmetoder. Når man arbejder med observation er det vigtigt at være opmærksom på, at alle ikke ser det samme, selvom man er eksponeret for det samme og at forskelle og ligheder ikke nødvendigvis springer i øjnene på eleverne. Derfor kan det være nødvendigt at strukturere og systematisere observationerne. Målet for observationer er systematiseret dataindsamling og resultatet af observationer vil være en række data, som efterfølgende skal organiseres og fortolkes. I naturvidenskaben tilstræbes det at beskrive og registrere sine observationer meget nøje, så det er muligt for andre at diskutere tolkningen af observationen. Prøv-dig-frem Prøv-dig-frem er en meget resultatorienteret undersøgelsesmetode, hvor der er hovedvægt på at finde en konkret løsning på et problem eller et tilfredsstillende svar på et spørgsmål. Prøv-dig-frem lægger op til læreprocesser, hvor ideer kan afprøves og forkastes intuitivt og uden større systematik. Karakteristisk for Prøv-dig-frem er, at eleverne i deres arbejde inddrager de ubevidste forestillinger og hypoteser, de har om emnet. I klassens natur/ teknik-undervisning er der mange muligheder for at lave Prøv-dig-frem, når klassen bliver udfordret til at bygge broer og bygninger eller når eleverne skal finde ud af, hvordan man får en pære til at lyse. Det er ikke et krav, at der sker systematisk dataindsamling i Prøv-dig-frem, da der ofte er fokus på, at eleverne skal prøve så mange måder som muligt og netop bare prøve-sig-frem. Data kan dog gøres håndgribelige i form af logbøger med løbende notater om hypoteser, succeser og fiaskoer. Det er blot vigtigt at holde fokus på, at eleverne prøver sig frem, forfølger ideer og Sæt metoderne på skemaet! 5
gør sig mange erfaringer, mere end at lægge fokus på en sirlig logbog. I Prøvdig-frem kan der være god basis for, at eleverne får lejlighed til at formulere ideer og hypoteser til andre undersøgelser. Modeller Modeller er forsimplede, overskuelige gengivelser af udvalgte dele af virkeligheden. Modeller kan være teoretiske eller fysiske. Modeller er nødvendige, når komplicerede sammenhænge skal anskueliggøres og modeller kan hjælpe, når man skal danne sig et overblik over den viden, man har om et felt. I naturfag er modeller en væsentlig del af undervisningen og findes i lærebøgernes illustrationer og grafer. Modellerne står også på naturfagslokalets hylder i form af globusser, verdenskort, økosystemer i glasbowler osv. Modellernes styrke i naturfagene er blandt andet, at de tillader, at man kan tale om dele af virkeligheden uden at det er konkret tilstede i undervisningen. Eksempelvis kan klassen arbejde med modeller af fødekæder i skoven uden nødvendigvis at tage alle skovens dyr med ind i klassen. Eller man kan begrebsliggøre principperne i et rensningsanlæg ved at bygge et i miniformat i klassen. Den store udfordring med modeller er, at det kræver høj abstraktionsevne at forstå, hvad modeller skal illustrere. Eksempelvis kan det være en stor opgave for en elev at omsætte streger og pile på en tegning til at være en repræsentation af vandets kredsløb. En models værdi i undervisningssammenhæng afhænger altså af, om eleverne har bedre kendskab til modellen end til det modellen skal repræsentere. Modeller kan deles op i fysiske modeller og teoretiske modeller. Fysiske modeller kan man håndtere og kan eksempelvis være økosystemer i glasbowler, et akvarium, plastikmodeller af øjet eller af menneskets indre organer. Teoretiske modeller er forskellige afbildninger på papir eller på pc ens skærm. Det kan eksempelvis være diagrammer, illustrationer, tabeller eller kort. Eksperiment Målet i et eksperiment er at undersøge sammenhængen mellem en bestemt årsag og virkning. I et eksperiment ændrer man kun på én variabel og holder alle andre variable konstante. Et eksperiment er meget struktureret og har typisk følgende forløb: 6 Metoder i naturfag - en antologi // www.metodelab.dk // Experimentarium
Eksperiment 1 Hvad vil vi undersøge? 2 Hvad er vores hypotese? Hypotesen skal indeholde en formodning om en sammenhæng mellem årsag/virkning 3 Hvad er eksperimentets variable? Der er tre typer af variable: Den variabel man ændrer på Årsagen Den variabel man observerer/måler Virkningen De variable man holder konstante Fordi de kan have betydning for virkningen 4 Hvordan kontrolleres de konstante variable? Variabelkontrollen er designet for eksperimentets forløb. Variabelkontrollen kan dække alt fra udstyret man bruger, måden arbejdsgangene udføres på, til måden data indsamles på 5 Test og dataindsamling Udfald (resultater) noteres 6 Data diskuteres Er der sammenhæng mellem årsag og virkning? Holdt hypotesen? 7 Eventuel ny hypotese I klassens arbejde med et eksperiment vil meget af arbejdet og mange af erkendelserne ligge i variabelkontrollen. Det er i klassens diskussion af variabelkontrollen, at selve eksperimentet designes og planlægges til mindste detalje, så klassen er sikker på, at det er det rigtige årsag-virkning-forhold, som undersøges. I klassens diskussion af eksperimentets udfald vil det også være variabelkontrollen, som er til debat. Blev alle variable holdt konstante? Var det den rigtige variabel, vi målte på? Målte vi på den rigtige måde? Hvis klassen ikke synes, at de har fået svar på hypotesen, kan det føre til, at eleverne ønsker at strukturere eksperimentet på en anden måde med en anden variabelkontrol eller måske en ny hypotese, hvor klassen undersøger et andet muligt årsag-virkning-forhold. Når klassen gennemfører eksperimenter i undervisningen, bør det blive ty- Sæt metoderne på skemaet! 7
deligt, at klassens diskussion af eksperimentets resultater bliver til en diskussion af metoden, som blev brugt til at nå resultatet. Spørg, søg og læs Spørg, søg og læs går grundlæggende ud på at søge viden og information i bøger, på nettet eller gennem interviews. Spørg, søg og læs adskiller sig ikke væsentligt fra mange andre skolefags undersøgelsesmetoder. Det er oplagt at Spørg, søg og læs går forud for eller efterfølger en af de fire andre undersøgelsesmetoder. Indenfor videnskaben vil man genfinde Spørg, søg og læs i almindelig research og i reviews. Sæt metoderne på skemaet! Undersøgelsesmetoder er centralt indhold i natur/teknik-undervisningen, og derfor anbefaler vi at sætte metoder på skemaet gennem hele skoleåret. At sætte metoder på skemaet betyder, at læreren tilrettelægger elevaktiviteter med specifikke læringsmål indenfor undersøgelsesmetoder. Metode-læringsmål kan for eksempel være: Eleverne skal opnå kendskab til variabelkontrol eller Eleverne skal opnå kendskab til systematisering af data. Opstilling af sådanne læringsmål indebærer, at de kundskabsemner, aktiviteterne handler om - eksempelvis insekter eller vejret - er sat helt i baggrunden. Med andre ord: Hensigten med aktiviteterne er, at eleverne får trænet metoder, ikke at de lærer noget om insekter eller vejret! Men målet er naturligvis, at eleverne når de har trænet undersøgelsesmetoder tilstrækkeligt selvstændigt kan anvende deres nyerhvervede kompetencer indenfor alle mulige kundskabsemner. 8 Metoder i naturfag - en antologi // www.metodelab.dk // Experimentarium
Litteratur til videre læsning Om at sætte metoderne på skemaet Kapitlerne 5, 6, 7 og 8 i denne antologi Abrahams, Ian & Robin Millar (2008): Does Practical work really work?, i: International Journal of Science Education, 1-25, Taylor & Francis. Dillon, Justin (2008): A review of the Research on Practical Work in School Science, Kings College London. Harlen, Wynne (2001): Primary Scince Taking the Plunge, Heinemann. Kofod, Lene Hybel og Sara Tougaard (2009): MetodeKit. Sæt metoder på skemaet. 14 aktiviteter til natur/teknik, Experimentarium. Leach, J. og A.C. Paulsen (red.)(1999): Practical work in science education Recent research studies, Roskilde: Roskilde University Press, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. NordLab (2002). www.nordlab.emu.dk Om naturfag i skolen Kapitel 2, 3 og 4 i denne antologi Andersen, Annemarie Møller (et al.) (2004): Naturfagsdidaktik som områdedidaktik, i: Schnack, Karsten: Didaktik på kryds og tværs, DPU. Busch, Henrik, Sebastian Horst & Rie Troelsen (2003): Inspiration til fremtidens naturfag, UVM. Paludan, Kirsten (2000): Videnskaben, Verden og Vi, Århus Universitetsforlag. Sjøberg, Svein (2005): Naturfag som almendannelse - en kritisk fagdidaktik, Forlaget Klim. Sæt metoderne på skemaet! 9