Hvorfor skabe en kultur der fremmer Naturvidenskabelige arbejdsmetoder? (og hvordan?)

Hvorfor skabe en kultur der fremmer Naturvidenskabelige arbejdsmetoder? (og hvordan?) Jens Dolin Institutleder Dias 1

Indhold 1. Hvad er science og hvad forstår vi ved en naturvidenskabelig kompetence? 2. Hvorfor fokus på naturfaglige arbejdsmetoder, hvilke kompetencer får børn og unge? 3. Hvordan hænger det sammen med tanker i Ny Nordisk skole? Dias 2

vand Hvorfor naturvidenskab? fødevarer klima energi sundhed Dias 3 Institut for Naturfagenes Didaktik

4 argumenter for naturfag SAMFUNDSØKONOMISK ARGUMENT - BNP, globalisering, konkurrenceevne, levestandard, (erhvervsliv, politikere) LEVEVILKÅRS/NYTTEARGUMENT - øger hverdagsdueligheden, personlig nytte, (undervisere, fagpersoner) DEMOKRATIARGUMENT - grundlag for at deltage i demokratiske debatter og beslutninger, (politikere) DANNELSESARGUMENT - naturvidenskaben en del af vores kultur, udvikle vores erkendelse, (undervisere) Dias 4

Naturvidenskabernes egenart Hvad kan naturvidenskaberne bibringe de unge, som andre fag ikke kan? Viden: Om grundlæggende forhold i vores natur som de bl.a. formuleres i beskrivelser, begreber og teorier. Iagttage, beskrive, analysere og præsentere: Bevidst forholden sig til fænomener i naturen, nysgerrighed En eksperimentel/undersøgende dimension: Design og gennemførelse af eksperimenter, feltarbejde. En særlig erkendelsesform: En reduktionistisk og kausal tilgang til verden (med fokus på sammenhænge), det at man ud fra bestemte præmisser kan afgøre om noget er rigtigt eller forkert, bl.a. baseret på kvantitative målinger og logisk deduktion, verificering/falsifikation. Modelbegrebet: At kende til modellers styrker og begrænsninger. Historisk/filosofisk viden: Naturvidenskabernes historie er langt hen ad vejen også fortællingen om erkendelsens og teknologiens udvikling og ændringerne af vores verdensbillede. En tilgang til verden baseret på rationalitet og demokratiske spilleregler Dias 5

To typer videnskabelige teorier (to måder at forstå verden på) Omhandler Optaget af det Idealet er Skal overbevise om Opererer med Opbygget Bedømmes ved Arbejder med Viden organiseret i Logisk-deduktiv naturkræfter universielle forklaring (årsagsbeskrivelse) sandhed entydighed paradigmatisk verifikation/falsifikation logik/matematik Skemaer Narrativ intentionelle tilstande partikulære forståelse (meningstilskrivelse) troværdighed flertydighed valide beskrivelser livagtighed/troværdighed fortolkning historier Dias 6

Et idealistisk synspunkt Naturvidenskaben (har) en enestående evne til at kunne identificere, hvad vi kan være enige om, så vi overhovedet kan finde en hensigsmæssig måde at udveksle erfaringer og tanker på. Uden naturvidenskaben kunne vi ikke opnå enighed om et fælles grundlag og derfor giver uddannelse og dialog på tværs af de enkelte personers holdninger ikke mening uden en vis naturvidenskabelig skoling. Ikke alle argumenter er lige gode. I alle kulturer formår naturvidenskaben at skelne mellem sand og falsk med de samme argumenter. Det betyder bl.a., at den moderne naturvidenskabelige tænkemåde er en uvurderlig drivkraft, der mere end noget andet har knyttet tænkende mennesker sammen i et globalt fællesskab, mens man i andre filosofier, hvad enten de er videnskabelige, politiske eller religiøse i langt højere grad danner skoler, der bekriger hinanden med såvel ord som våben. Jens Morten Hansen 2001 Dias 7

Unges holdning til naturfagene Naturvidenskab: ja! spændende naturvidenskabsundervisning: Nej! helst ikke Naturvidenskab er samfundsmæssigt vigtig det er bare ikke mig, der skal arbejde med det Engagementet aftager jævnt hen efter 3.-4. Klasse Ikke alle naturfag er lige hårdt ramt Kønnet gør (ofte) en forskel Engagement og umiddelbar interesse påvirkes af, hvad der sker i naturfagsundervisningen Dias 8

Pigernes Top10-emner (Busch 2004)(ROSE-undersøgelsen) Dem selv, deres krop (biologi) Dias 9

Drengenes Top10-emner (Busch 2004)(ROSE-undersøgelsen) Den tekniske omverden (fysik/kemi) Dias 10

Unges job-ønsker Hvad er vigtigt? Hvor mange prioriterer dette højt? Rejser, penge, lederstatus, berømmelse 10.9 % Overkommeligt, kreativt, tid til venner/familie & hobbies Uafhængighed, selv at træffe beslutninger, personligt meningsfuldt Kreativitet, at forske/generere ny viden, at lære nyt hele tiden, personlig udvikling 8.3 % 68.1 % 26.5 % Arbejde med folk, arbejde i teams 29.2 % Det simple, praktiske og miljøbevidste 1.8 % Et politisk sigte, miljøbevidsthed 3.0 % Dias 11 ( ROSE -spørgsmål, gymnasieelever, N=343)

Motivationsproblemer I sin ph.d.-afhandling analyserer Lars Brian Krogh unges forhold til fysik i et kulturelt perspektiv. Han finder at storbyunge har nogle grundlæggende værdiorienteringer i retning af: Samværsrelationer (loyalitet, venskab, tryghed) Autonomi/selvorientering (selvrespekt, frihed, behovsopfyldelse) Videns-performance (ambitioner, succes) Identitetsrelationer (accept, anerkendelse, tilhørsforhold) Potensering (nydelse, spænding, variation) I modsætning hertil er fysikfaget karakteriseret ved: En individualiserende organisering Kommunikativ ensidighed (lærerstyret kommunikationsform og indhold, lærermagt) Epistemologisk lukkethed (givne facts, faste svar) Anderledeshed ift elevernes livsverden Kognitiv motivationstænkning Der er således en kulturbarriere mellem elevernes værdier og fysikkens værdier Dias 12

Unges sprog vs. naturvidenskabens sprog Reklamesproget Visuelle fortællinger Personalisering af objekter Humor Fokus på relationer frem for produkter Genre parodier (klicheer med et twist) aesthetic of the artificial (breaks, sampling) Intertekstualitet Frihed til fortolkning Factssproget Vær explicit og universal Undgå uformel/konverserende tale Brug tekniske termer (selv om andet er muligt) Styr uden om personifikation og menneskelige attributer Undgå følelsesmæssige, værdiladede, kulørte, overdrivende vendinger Vær seriøs undgå sensationalisme No fiction or fantasy Vægt på kausale forklaringer. Undgå fortællinger og dramatisk fremstilling Dias 13

Naturvidenskabens etos <=> Unges værdiorientering Naturvidenskabens sprog <=> Unges sprog Naturvidenskabens forklaringer <=> Hverdagsopfattelser og -sprog Dias 14

Hvornår har man lært naturfag? Svaret afhænger af læringssyn og opfattelse af naturvidenskab videnskabelighedsformål (pipeline approach) Når man kan begreberne Når man kan teorierne Når man kan regne opgaverne Når man kan tale fagsproget Når man kan begå sig i laboratoriet/udføre feltarbejde Når man kan stille de rigtige spørgsmål Når man kan bearbejde hverdagslivets problemstillinger som involverer naturvidenskab hverdagskompetenceformål (citizenship/scientific literacy) Dias 15

Kompetence som mål Rødder i managementverdenen at kunne handle hensigtsmæssigt Kom ind i den undervisningsministerielle sprogbrug i september 1997 "Kompetencen bliver et udtryk for denne evne til at håndtere og agere i en social og kulturel mangfoldighed.... Lidt forenklet kan man sige, at kompetence er noget man har, fordi man ved noget og gør noget, der lever op til udfordringerne i en given situation" (Per Schultz Jørgensen 1999) Kompetence er handleberedskab baseret på viden udfoldet i konkrete situationer Kompetencer forsøger at indfange det almene i faget, det, der er hævet over det konkrete indhold. Måder man arbejder med faget på på tværs af de forskellige fagdiscipliner. Dias 16

Hvorfor dette skift til kompetencer? Samfundsudviklingen: Øget kompleksitet kravssiden vanskeligere at præcisere mere vægt på almene, sociale og personlige kompetencer Erhvervslivskrav: Skolens utilstrækkelighed Læringsteoretiske grunde: Traditionel skolevidens manglende transfer (læring er situeret, knyttet til handling i situationer) Pragmatiske grunde: Behov for en flydende betegner til at indfange noget nyt Uddannelsessystemets tilpasning til det liberale samfund? Kompetencebegrebet gennemsyrer i dag alle samfundets sektorer på alle niveauer: Tilværelseskompetencer, dit kompetente barn, livslang læring, den lærende organisation, det nationale kompetenceregnskab, danskernes kompetencer, Dias 17

Naturvidenskabernes erkendeformer I praksis findes nogle karakteristiske erkendelsesformer som naturvidenskaberne i høj grad bygger på: reduktionisme kausalitet vekselvirkning omverden-teori beskrivelse, analyse, præsentation verifikation/falsifikation (modellering) (empirihåndtering, eksperimenter) (repræsentationer) (videnskabsteori) Dias 18

De naturfaglige kompetencer Empirikompetence at kunne observere, beskrive og klassificere at kunne eksperimentere og udføre feltarbejde (anvende måleudstyr, kende fejlkilder og usikkerhed, ) at kunne behandle data Modelleringskompetence at kunne udvælge og behandle variable at kunne bestemme kausalitet, verificere, falsificere, at kende til og kunne anvende forskellige modeller og modeltyper Repræsentationskompetence at kunne bruge de forskellige repræsentationer for naturens fænomener og kende deres styrker og svagheder at kunne skifte mellem de forskellige repræsentationsformer Perspektiveringskompetence at kunne perspektivere naturvidenskabelig viden og naturvidenskaben selv Dias 19

Kompetencespringet Hvad skal eleverne vide og hvad skal de gøre for at opnå dette? Hvad skal eleverne kunne gøre og hvad skal de vide for at kunne dette? Dias 20

To scenarier for fysikundervisning Emne: Energi Formål: At lære 1. og 2. hovedsætning At kunne konvertere mellem forskellige energiformer En undervisningssekvens Lektie: Lærebog side 32-37. - læreren/eleverne spørger til forståelsesproblemer - gruppearbejde om udvalgte opgaver - øvelser om vands varmekapacitet - klasseopsamling Ny Lektie: Aflevere opgave 2.1, 2.4 og 2.5. Læse s. 37-43 i lærebog. Samlet produktkrav: Løsning af 3 opgave-sæt og aflevering af 2 fysikrapporter. Overordnet formål: At lære fysik Dias 21 Institut for Naturfagenes Didaktik Formål: At overbevise en husejer om konkrete energibesparelser En undervisningssekvens Lektie: Individuel undersøgelse af eget hus energiforbrug. - sml. resultaterne i grupper - valg af hus - påbegynd opstilling af model for et hus energiflow Ny lektie: Søgning efter nødvendig faglig viden (energiflowmåder, k- værdiberegning, ) Samlet produktkrav: Udarbejde informationsfolder til husejer. Overordnet formål: At lære at forholde sig til autentiske problemer med fysikindhold

Undervisningsmæssige konsekvenser En undervisning, der retter sig mod elevernes kompeteceudvikling, er karakteriseret ved lærerstøttet opdagelse (fra få til mange frihedsgrader) problemorientering åbne spørgsmål (usikkerhed og tvivl) komplekse undervisningssituationer øget vægt på metalæring ændret lærerrolle høj elevaktivitet gruppeorganisering (praksisfællesskaber) En sådan undervisning kan siges at være udforskningsbaseret og fællesskabsorganiseret. Megen inspiration at hente i projekter om UndersøgelsesBaseret NaturfagsUndervisning (UBNU) (eng. Inquiry Based Science Education IBSE) Dias 22

Hvilke naturvidenskabelige metoder er relevante (i undervisningssammenhæng)? Institut for Naturfagenes Didaktik Observation/iagttagelse Beskrivelse Spørgen (spørgsmåltyper) Analyse Præsentation (kommunikation, repræsentation) Eksperiment (dataindsamling, databehandling, apparaturkendskab, variabelkontrol, ) Feltarbejde Deduktion Argumentation Modellering Dias 23

Naturvidenskabernes rolle, værdier, vilkår For at kunne bruge naturvidenskabernes metoder i hverdagen, må eleverne have viden om hvilken rolle naturvidenskaberne spiller i forskellige sammenhænge Men samfundet ændrer sig og det gør naturvidenskaberne også! 1. Naturvidenskabernes rolle i samfundet ændrer sig Naturvidenskab som grundlag for øget velfærd beslutningsgrundlag inden for kontroversielle problemfelter 2. Vores forståelse af naturvidenskabernes metoder ændrer sig Naturvidenskabelig viden opstår gennem objektive og neutrale processer viden konstrueres (også) gennem sociale processer 3. Naturvidenskabernes vilkår og værdier ændrer sig Naturvidenskab som akademisk, selvstændig aktivitet øget styring og afhængighed af interesser Dias 24

Neutral og værdifri forskning? De videnskabelige lejesoldater (Tobaksindustrien) Videnskabelig uredelighed Samfundsmæssige/økonomiske interesser Det akademiske pres Rekvireret forskning (Dandy, evalueringer) Den svære objektivitet Experimenter-expectancy (Kold fusion, N-stråler) Dias 27

Autentiske arbejdsmetoder Eleverne kan gives et mere realistisk billede af naturvidenskab gennem at: arbejde med kontroversielle problemstillinger med naturvidenskabeligt indhold (klimaændringer, genmanipulation, a- kraft, ) arbejde med argumentation og repræsentation (rollespil, artikler, ) arbejde med undersøgende processer (ibst, spørgsmål, ) arbejde med åbne spørgsmål i komplekse sammenhænge organisere arbejdet i lærende fællesskaber Dias 28

Elevernes evne til argumentation Elev: Det er altid varmt her (peger på Afrika på kortet) Interviewer: Er der det? Elev: Næsten da. Altså hvis man ser de der programmer fra Afrika, altså så synes jeg da næsten, at de aldrig har noget tøj på og så må de jo have det varmt. Elevernes evne til at argumentere naturvidenskabeligt for flertallets vedkommende er meget ringe. Mange elever argumenterer stort set ikke med inddragelse af naturvidenskabelige belæg, hjemmel og rygdækning. Hvis ikke diskussionen er direkte linket til naturvidenskabelig empiri eller meget stærkt indrammet af naturvidenskabelighed, så er tendensen at hverdagsargumenter tager over. (Krogh & Dolin 2010) Dias 29

Ex på undervisning der adresserer naturvidenskabelige kontroverser Institut for Naturfagenes Didaktik Arbejd med flertydighed og diskutér resultaterne og hvorledes de er opnået. Opgave: Det er en almindelig opfattelse, at det kræver en kraft at opretholde en bevægelse. Dette blev først formuleret af Aristoteles, som opstillede følgende sammenhæng mellem bevægelsen og kraften: Kraft x Påvirkningstid/Masse = Vejlængde Afprøv eksperimentelt rigtigheden af denne påstand. Eller: Giv tre forskellige formler for samme fænomen og bed eleverne afgøre, hvilken der er rigtig. Afslut forløb med at diskutere/vise hvorledes den behandlede viden er opnået (hvilke metoder er brugt), og hvilke styrker/begrænsninger den har. Arbejd med en historisk teori, fx phlogiston, æteren, epicykler Arbejd med en konkret historisk udledning, fx Galileis faldlov, pendulet Dias 30

Visioner for metodeorienteret undervisning i naturvidenskab Videnskab er videns skabelse som læres ved at gøre det! Fra ready-made-science til science-in-the-making At skabe forståelse for det rationelle i samspil med det irrationelle (følelser, fornemmelser, hverdagssprog ) Frem undren og nysgerrighed, videbegærlighed, det kreative, fascinationen Vægt på autenticitet og anvendelighed kobling til meningsfulde og relevante livssammenhænge. Tematiseret, tværfaglig, projektorienteret, undersøgelsesbaseret undervisning. Dias 31

Naturfagene og Ny Nordisk Skole the Nordic countries form a cluster and stand out from all other countries, thus indicating that the Nordic countries show similarities in strengths and weaknesses on single items. The three Scandinavian countries (Denmark, Norway and Sweden) have particularly high inter-correlations and thus demonstrate that they have more in common than with the other two countries. students in the three Scandinavian countries have a relatively higher strength in knowledge of science than in knowledge about science, or alternatively, are relatively more proficient in the content than in the process aspect of science. Northern Lights on PISA 2006 Dias 32

Ringe læringskendskab og en slap klasserumskultur? Nordiske elever har tilsyneladende kun et lille repertoire af effektive læringsstrategier, og det vil selvfølgelig til en vis grad være et problem, afhængigt af i hvilken grad undervisningen baseres på elevernes selvstændige læringsaktiviteter. Det noget problematiske disciplin-klima giver tilsyneladende også anledning til bekymring og mulig forbedring. Eleverne oplever for det meste en inkluderende, støttende og ikke særlig krævende atmosfære. De ville faktisk have haft udbytte af en del mere fokus på læringsmål og mindre på fælles aktiviteter. Men det skal bemærkes at [...] denne fortolkning er mindre relevant for Finland end for andre nordiske lande. (Svein Lie and Marit Kjærnsli (2006).How similiar are we? In Mejding, J. and Roe, A.: Northern Lighs on PISA 2003. Copenhagen: Nordic Council of Ministers)(oversat af forf.)) Dias 33

Dansk klasseledelse Denne noget pessimistiske udmelding opvejes til en vis grad af dansk forskning i klasseledelse (Plauborg et al 2010). Ved observation og interview af en stor gruppe lærere fandt de en række fællestræk: En vilje til at opnå at eleverne lærer og forstår stoffet gennem deres eget arbejde med det. Og det er gennem et sådant arbejde, dvs. mere end blot ved at overholde regler, at læreren styrer klassen. Læreren opbygger rutiner og arbejdsformer frem for regler. Fordelen ved rutiner frem for regler er især to: Rutiner er mere fleksible end regler. Rutiner bliver ikke nødvendigvis truet, hvis de ikke altid følges strikt, mens regler konsekvent skal overholdes for at overleve. For det andet stjæler regler mere opmærksomhed end rutiner. Hvis man hyppigt henviser eksplicit til regler, risikerer man at fjerne noget af elevernes opmærksomhed fra undervisningens faglige indhold. Rutiner sikrer hensigtsmæssige handlinger uden at kræve megen opmærksomhed fra elever og lærer. (Plauborg m.fl., 2010) Dias 34

Resultater af en hurtig survey blandt nordiske naturfagsdidaktiske forskere (n=30) Institut for Naturfagenes Didaktik 4. Jeg mener at Norden har nogle fælles værdier, som præger skolen Nej: 0% Ja, i ringe grad: 0% Ja, i nogen grad:76% Ja, i høj grad:24% 5. Hvis ja på spm 4 Hvilke udtryk eller sætning kan beskrive disse værdier: Demokrati. Vægt på det sociale og samfundsmæssige en fælles nordisk konsensus om betydning af fagligheden og dens samspil med studerendes alsidige udvikling. Som følge heraf lægges der vægt på elevernes medansvar for undervisning og læring. Flere områder står desuden stærkt i de nordiske landes læseplaner: - Menneskets samspil med naturen & Bæredygtighed - Interkulturalitet - og demokratiaspektet/medborgerskab Oppdragelse til demokrati og samfunnsengasjement Enhets skole. Eleven i fokus. Tilpasset opplæring Vi har en lite autoritær skole. Skolehverdagen er preget av relativ stor elevpåvirkning. Min oppfatning er at i naturfag brukes naturen som læringsarena i større grad enn utenfor Norden Dias 35

dannelse og læring frem for indlæring Udvikling af en kritisk holdning til viden og autoriteter central for undervisningen, både hos lærere og elever. Vægt på elevdeltagelse i undervisningen og elevers medbestemmelse i skolerne Enhets skole. Eleven i fokus. Tilpasset opplæring Gensidig respekt. Elever er individuelle personer. Fokus på indre motivation. Fravær af ydre autoritet. Søgen efter meningsfuldhed og autentiske opgaver. Færre tests. Fokus på udvikling af individet fremfor udenadslære En undervisningen der understøtter elevernes egne initiativer / eksperimenter värdena handlar om att vara aktiv, problemlösande, ansvarstagande och välinformerad. Dessa värden påverkar naturfagen så att det får en etisk dimension om samhällsnytta och scientific litteracy. Skolans uppdrag är att fabricera goda samhällsmedborgare som kan använda naturvetenskapen för att göra välinformerade val. Detta är en västerländsk diskurs. Den är dock väldigt stark i Norden. Det finns också värden som handlar om natursyn och vårt ansvar för naturen och naturen som en plats för undersökningar och reflektion. Dias 36

Dannelses- versus curriculumtraditionen Baggrund Mål Verdenssyn Styring Pensum Uv-praksis DIDAKTIK At uddanne borgerskabets børn. Traditionsvidereføring Dannelse Verden skal tilegnes subjektivt Statslige (ramme) læseplaner Tolkes af læreren mhp dannelse Læreren udvælger under hensyntagen til fag og elever CURRICULUM Uddanne alle til industrisamfundet. Modernisering Kvalifikation Verdens objektive strukturer skal læres Statslige mål og lokale, politisk vedtagne, pensumlister Implementeres neutralt Lærebogens indhold formidles Udvikling baseret på Den individuelle lærer Dias 37 Uv-programmer

Opsummering Norden har en ikke ringe samfundsmæssig og uddannelsesmæssig homogenitet, der giver et fælles værdimæssigt grundlag. De nordiske lande klarer sig på samme niveau i internationale tests (pånær Finland). Naturfagsdidaktikere peger på fælles nordiske værdier som kritisk holdning, demokratiaspektet, elevernes medansvar, naturen som læringsarena etc. Særlige danske træk er en dannelsesorienteret, rutiniseret klasserumskultur der udvikler elever med relativ høj selvværd. Men de har en ret svag naturvidenskabelig metaviden og relativt svage proceskompetencer i naturfag gode til at snakke, men med for lidt faglig tyngde. Dias 38

Perspektiver for udvikling af naturfagsundervisningen i relation til Ny Nordisk Skole På et uddannelsespolitisk niveau Fasthold skoleudvikling og fagudvikling med udgangspunkt i lokale forhold og danske/nordiske værdier med vægt på formativ evaluering definér selv udviklingsprojekter og aktiviteter sammen med mange aktører som inddrager samfunds-naturvidenskabelige problemstillinger På et didaktisk niveau Arbejd (videre) med at udvikle en klasserumskultur som respekterer eleverne og deres selvstændighed og fremmer gode rutiner, men som også stiller faglige krav Arbejd (videre) med undervisningsformer som øger motivation, nysgerrighed, selvværd, innovation, faglig skarphed, På et fagspecifikt niveau Arbejd videre med at udvikle undervisning i miljø, bæredygtighed, praktisk arbejde, tværfaglighed Bliv bedre til at undervise i proceskompetencer (incl. innovation, kreativitet), fagsprog, viden om naturvidenskab Dias 39