Afsluttende projektrapport for Projekt Nature of Science (NOS)

Afsluttende projektrapport for Projekt Nature of Science (NOS) Projektnummer 127795 Aarhus Universitet. Kontaktperson: Keld Nielsen (keld.nielsen@ivs.au.dk) Indhold 1. Kort resume af rapporten... 1 2. Formål... 2 3. Deltagere i projektet... 2 4. Møder og aktiviteter... 3 5. Program for den første del af workshoppen, 22-23 marts 2011:... 3 6. Eksempler på korteundervisningsforløb udviklet i forbindelse med workshoppen:... 5 7. Program for anden del af workshop, 10. maj 2011... 6 8. Opsummering af diskussion på sidste workshop dag:... 7 9. Det udviklede og udbudte kursus... 9 10. Annoncering af kurset... 11 11. Ny ramme for udbud af kurset... 12 1. Kort resume af rapporten I et samarbejde mellem Center for Scienceuddannelse v. Aarhus Universitet og 20 gymnasielærere er der planlagt og afholdt en workshop med det formål at udvikle form og indhold for et kursus i undervisning i fagenes identitet og metoder for de naturvidenskabelige fag (NOS) på STX og HTX. Som en del af udviklingen er der formuleret en række nye og væsentlige didaktiske principper for, og centrale elementer i, undervisningen (se pkt. 8). Det udviklede kursus blev udbudt i efteråret 2011, men blev aflyst på grund af manglende tilmelding. Kurset vil blive udbud med en ny samarbejdspartner i 2012. Aarhus Universitet har bevilget penge til et nyt udviklingsforløb i foråret 2012, hvor der skal arbejdes med evaluering af NOS-læring og inddragelse af aktuelle samfundsdebatter med naturvidenskabeligt indhold (socio-scientific issues). 1

2. Formål Projektets formål var at udvikle et kursus, der kan sætte en dagsorden for undervisningen i fagenes identitet og metoder i de naturvidenskabelige fag, herunder at finde 8-10 elementer, der kan udgøre en faglig og didaktisk kerne og derved formulere et fagligt fundament som er overskueligt og giver mening i et elevperspektiv. 3. Deltagere i projektet Projektansvarlig: Keld Nielsen, Center for Scienceuddannelse, AU NOS-udviklingsgruppen: Vibeke Axelsen, Egaa Gym. Joan Ilsø Sørensen, Egaa Gym. Pia Møller Jensen, Egaa Gym. Gunhild Kjeldsen, Marselisborg Gym. Jesper Nymann Madsen, Aarhus Statsgym. NOS-pilotgruppen: Horsens statsskole Aarhus TECH Viborg Gymnasium Egå Gymnasium Inger Andersen Svane Birgitte Veng, Liv Tind Hauch, Ryan Bendesen, Allan Bohnstedt Linda Sloth Vinter Karsten Ramlov Torben Rudbeck Lis Jespersen; Lone Møller Nielsen Ulla Hjorth, Henry Berthelsen, Trine Crovato Torben Aagaard Inge Rasmussen Sonny Kragh Kursusledelse for det udbudte kursus om Fagets Identitet og metoder i de naturvidenskabelige fag og matematik (STX og HTX) : Vibeke Axelsen og Keld Nielsen Desuden deltog flg. AU-medarbejdere i en todages workshop den 22.-23. marts 2011: Kurt Møller Pedersen, Institut for Videnskabsstudier Hanne Møller Andersen og Lars Brian Krogh, Center for Scienceuddannelse 2

4. Møder og aktiviteter Ud over en række interne planlægningsmøder har der været afholdt følgende møder/aktiviteter i projektet: 18. 01.2011 Møde i NOS-udviklingsgruppen 22.02.2011 Møde i NOS-udviklingsgruppen 22-23.03.2011 To-dages workshop i udviklingsgruppe + pilotgruppe 27.04.2011 Møde i NOS-udviklingsgruppen 10.05.2011 En-dags workshop i udviklingsgruppe + pilotgruppe Desuden havde der, inden projektet gik i gang, været afholdt en række møder i NOS-gruppen og en fælles endagsworkshop på Institut for Videnskabsstudier og Center for Scienceuddannelse, om forholdet mellem moderne videnskabsteori, fagdidaktik og undervisning i NOS. NOS-Udviklingsgruppens opgaver i projektet var, At finde og kontakte fire gymnasier, som hver kunne finde en gruppe på fire lærere repræsenterende fagene biologi/bioteknologi, fysik, kemi og matematik, der kunne deltage i den todelte workshop (C og E) og det mellemliggende arbejde. At lave et program for den todelte workshop. At finde materialer til workshoppen. At deltage i workshoppen. At formulere et program for et efterfølgende kursus i Fagenes identitet og metoder. NOS-pilotgrupppens opgaver var, At deltage aktivt i den todelte workshop. At udvikle korte undervisningsforløb med NOS-elementer, som kunne afprøves mellem første og anden del af workshoppen. At apportere om undervisningsforløbene ved afslutningen af workshoppen. 5. Program for den første del af workshoppen, 22-23 marts 2011: TIRSDAG 09.00-09.15 Om workshop og kursus Vibeke Axelsen og Keld Nielsen 09.15-10.00 Kurt Møller Pedersen, IVS: Hvordan arbejder man i naturvidenskab? Opfattelser af, hvad naturvidenskab er og bør være, ændrer sig hele tiden. Mit oplæg vil være en oversigt over, hvordan historikeres og filosoffers syn på naturvidenskab har ændret sig gennem de sidste 40 år. Det vil jeg gøre ved at fremhæve en række af de mere prominente videnskabsfilosofiske positioner, som har haft en betydelig plads i forskningen og undervisningen ved Institut for Videnskabsstudier. 10.00-10.30 Arbejde i faggrupper: Hvordan kan det Kurt har sagt bruges i undervisningen? 3

10.30-10.45 Diskussion med Kurt 10.45-11.00 Kaffe 11.00-11.45 Hanne Møller Andersen, CSE: NOS i undervisningen ud fra en undersøgende tilgang Ifølge læreplanerne for de naturvidenskabelige fag (stx) og studieområdet (htx) er lærerne forpligtet til at inddrage aspekter af Nature of Science i deres undervisning. I oplægget vil forskellige didaktiske begrundelser for inddragelsen af NOS blive præsenteret og diskuteret. Derudover vil der være en række beskrivelse af, hvordan lærere i praksis har arbejdet med NOS fx gennem eksperimentelt arbejde og ud-af-huset aktiviteter. Det vil desuden blive diskuteret, hvordan og i hvilket omfang de forskellige tilgange har kunnet kvalificere elevernes indsigt i How science works og deres naturfaglige dannelse. 11.45-12.15 Arbejde i skolegrupper: Hvordan kan det Hanne har sagt bruges i undervisningen? 12.15-12.30 Diskussion med Hanne 12.30-13.30 Frokost 13.30-14.30 Diskussion i skolegrupper: hvem kan få den vildeste ide til et flerfagligt forløb (f.eks. NV)med fokus på NOS 14.30-15.00 Fremlæggelse i matrixgrupper 15:00-15.15 Kort opsummering. Hvilke NOS elementer havde vi i spil? 15.15-15.45 Kaffe 15.45-16.30 Martin Niss, IMFUFA: Om modeller. I fysik og i elevernes hoveder Det er efterhånden en udbredt forestilling at elever bør kende nogle af de væsentligste videnskabelige modeller, men også at de har videnskabsteoretisk indsigt i modellers natur som et resultat af naturfagsundervisning. Med udgangspunkt i videnskabsteoretiske opfattelser af modeller og modellering i videnskabsfaget fysik, vil jeg i oplægget fokusere på (1) hvad man ved om elevers brug af mentale modeller i naturfag, og (2) hvad man fra didaktisk hold mener, at elever skal lære om modellers natur og rolle i naturvidenskab. 16.30-17.00 Arbejde i faggruppe: Hvordan kan det Martin har sagt bruges i undervisningen? 17.00-17.15 Diskussion m Martin 18.30 MIDDAG Ca. 20.00 Flemming Petersen, Elmuseet: Hvorfor er undervisning i naturvidenskab vigtig? Indlægget vil komme med bud på, hvordan vi danskere typisk svarer på ovennævnte spørgsmål, og hvordan man kan kategorisere svarene. Dernæst vil jeg diskutere om nogle af disse kategorier er vigtigere end andre, hvis de skal bruges som udgangspunkt for undervisningen. Et brugbart svar kræver også, at man som underviser er afklaret med, hvad naturvidenskab er for en størrelse og hvilken form for naturvidenskab, der er relevant for modtagergruppen. Indlægget vil have en lidt causerende form. 4

ONSDAG 08.30-09.15 Lars B. Krogh, CSE: NOS i klasseværelset: didaktiske overvejelser, undervisningsmæssige strategier og konkrete eksempler. Mit afsæt vil være, at det nu er et læringsmål i såvel naturvidenskabelige fag som samspil, at eleverne lærer om naturvidenskab og faglige metoder. Samtidig er der en høj grad af international konsensus om, hvad man meningsfuldt kan og bør sige om Nature of Science i undervisningen. Det afgørende er herefter, hvordan man omsætter indsigter i NOS til en bæredygtig undervisning i NOS. Hertil hører en evne til at specificere og forfølge NOSlæringsmål, evidensbaserede undervisningsstrategier, et repertoire of konkrete aktiviteter som bringer væsentlige NOS-aspekter i dialog med elevernes forforståelser, samt redskaber til diagnosticering og evaluering af NOS-forståelse. Med et mix af fagdidaktiske overvejelser og konkrete eksempler (de fleste afprøvet i egen gymnasiepraksis) vil jeg forsøge at levere bidrag til udvikling af disse fire afgørende elementer i en bæredygtig NOS-praksis i gymnasiet. 09.15-10.00 Diskussion i faggrupper: Hvad der det der er brug for i undervisningen? Hvor er vanskelighederne i det her? Hvordan kan man bruge overvejelser om NOS til at lave en bedre undervisning? 10.00-10.15 Diskussion med Lars 10.15-10.45 Kaffe 10.45-11.30 Gruppearbejde i fagene 12.00-13.00 Frokost 13.00-13.30 Lars B. Krogh: Overvejelser i forbindelse med spørgeskemaet 13.30-15.30 Gruppearbejde i fagene - konkret formulering af forløb/eksperimenter/hvordan måler man om eleverne har lært noget om NOS. Beskrivelse af forløbet afleveres til NOS-gruppen inden afslutning af dagen. Kaffen nydes undervejs. 15.30-16.00 Afslutning og specificering af opgaver til næste gang. Evaluering 6. Eksempler på korteundervisningsforløb udviklet i forbindelse med workshoppen: (nogle forløb var enkeltfaglige, andre tværfaglige) Dyr løn eller varig velfærd. Om brugen af matematiske modeller Opstilling og vurdering af matematiske modeller Planters afhængighed af abiotiske faktorer. Et åbent og undersøgende eksperimentelt forløb 5

Vurderinger af matematiske modellers pålidelighed og begrænsninger Refleksive gruppediskussioner om hvor konkrete eksempler på biologisk viden kommer fra Hvad skulle vi vide, hvis vi skulle rådgive kommunen om den forurenede sø? Indhentning af og brug af viden om fysik som grundlag for at vurdere konsekvenserne af jordskælvet og atomkraftulykkerne i Japan Åbne eksperimentet om syrer og baser og identifikation af ukendte stoffer Gruppediskussioner om 10 påstande om, hvad naturvidenskab er Nature of science. Udarbejdelse af et mind map 7. Program for anden del af workshop, 10. maj 2011 Afsluttende dag i GYMNOS den 10. maj 2011 Program: 09.00-10.15: Kaffe med summemøde i arbejdsgrupperne - hvordan gik det lille forløb? 10.15-11.15: Fremlæggelser fra grupperne og diskussion i plenum: hvordan gik det? 11.15-11.45: Hvilke NOS elementer har været i spil i forbindelse med forløbene? 11.45-12.00: Tilbageblik på den første workshop (Sammenfald af workshoppens indhold og din virkelighed. Hvad var anvendeligt og hvad har du savnet?) 12.00-13.00: Frokost 13.00-14.00: Eksperimentelle aktiviteter 14.00-15.00: Opfølgning på De vilde ideer fra workshop 1. Fremtidigt større forløb (herunder kaffepause) 15.00-16.00: Diskussion af det endelige kursus: indhold/læringsmål, form og bemanding 6

8. Opsummering af diskussion på sidste workshop dag: Diskussion i plenum af temaet: Hvilke Nature of science elementer skal i spil i en fremtidig undervisning i fagenes identitet og metoder? Overordnede didaktiske betragtninger Det er vigtigt, at undervisningen i NOS gøres til et naturligt element i den undervisning, læreren i øvrigt er i gang med og plejer at gennemføre. Undervisning i NOS skal være en støtte og et uddybende element i den daglige undervisning og ikke et nyt komplicerende og forstyrrende element. Det er vigtigt, at man laver en progressionsplan for temaerne i NOS. Der er stor forskel på, hvordan en 1.g og en 3.g reagerer på emner med NOS-indhold. Det er nødvendigt med omhyggelige didaktiske overvejelser omkring progression i de emner man tager op, og hvordan man introducerer dem. Det er ikke muligt at undervise i NOS på en måde, der er meningsfuld for eleverne, hvis der undervises i særlige, isolerede forløb. NOS skal være et integreret og gennemgående element i undervisningen alle tre år. NOS-temaer og NOS-pointer skal adresseres eksplicit i alle naturvidenskabelige fag gennem alle tre år. Eleverne lærer ikke ret meget om NOS gennem en almindelig velfungerende undervisning. Når man har fokus på NOS i sin undervisning, er der en bestemt type af spørgsmål (som ofte, men ikke altid, er af meta-karakter), som læreren normalt svarer beredvilligt på, som det nu skal overlades til eleverne at besvare. Undervisning i NOS kræver af og til at læreren er rigtig god til at holde sin mund. Om progression i NOS-temaer Røde markeringer: Fortrinsvis i 1.g Blå markeringer: Fortrinsvis i 2.g og 3.g 1. Eleverne må arbejde med åbne undersøgelser/eksperimenter. Godt at starte med i NV i 1. g, men niveauet kan hæves gradvist. Hold fast i elevernes kreativitet og nysgerrighed. 2. I visse forløb skal der være fokus på processen, derfor skal eleverne (gradvist) lære selv at vælge metode(r). 3. Det er nødvendigt at arbejde med forskellige (og tiltagende) grader af åbenhed i de eksperimentelle forløb. 4. Det er nødvendigt at arbejde med forskellige (og tiltagende) grader af elevinddragelse i formulering af, hvilke spørgsmål der skal undersøges, og i procedurer for eksperimenter eller observationer, og for procedurer for tolkning af data/resultater. 5. Man skal gøre sig klart, hvilke elevtyper man har for sig, og man skal lære at tænke med eleverne (forskellige niveauer og retninger). 7

6. Forsøg/eksperimenter skal kunne gentages og give samme resultater der skal kunne opnås konsensus om resultaterne. Nogle kodeord er: Metodebevidsthed, variabelkontrol, kontrolforsøg. 7. Man må inddrage eleverne i diskussioner om, hvornår et datagrundlag er validt. Hvor mange data der skal til? Er det klart i processen (og for deltagerne), hvad målingerne/data/parametre repræsenterer? 8. Fra empiri til konklusion - hvordan argumenterer man (sådanne diskussioner børe evt. først tages op i 2.g) 9. Bevidsthed og diskussioner om, at en videnskabelig teori har begrænset udsigelseskraft (modelbegreb). 10. Opmærksomhed på præsentation og læsning af resultater, afhængigt af hvordan man ser på resultaterne - fortolkning af data. 11. Hvad er et videnskabeligt spørgsmål. 12. Hvad er videnskab, og hvad er pseudovidenskab. 13. Brug af historiske cases til at illustrere NOS-pointer. 14. Diskussioner om aktuelle, kontroversielle emner med videnskabeligt indhold. Debat-grupper - argumenter for og imod - hvilke argumenter skal på banen, hvordan bringer man naturvidenskabelig viden ind i debatten. Hvad der holdning og hvad er videnskab? Hvad kan naturvidenskab svare på og hvad kan den ikke svare på? Nogle problematiske punkter: En omfattende og integreret tilgang, som der lægges op til her, har gode muligheder for at møde modstand fra kolleger. En tre-årig, integreret tilgang til NOS-undervisning vil kræve et stort udviklingsarbejde. I praksis vil det nok være vanskeligt at sikre, at alle lærere, der underviser den samme klasse/hold, er enige i at NOS skal integreres i den almindelige undervisning. Det er ikke klart, hvad eleverne lærer om NOS (implicit eller eksplicit) i 1. til 9. klasse. Der skal arbejdes videre med læringsmål og evaluering. Progression gennem forskydelse af balancen mellem NOS-elementer 1. g 2. g 3. g 8

9. Det udviklede og udbudte kursus Efter den sidste workshopdag blev der i NOS-gruppen udviklet et kursus, som blev udbudt af VIA Center for Undervisningsmidler og annonceret på EMU. Ved tilmeldingsfristens udløb var der kun tre tilmeldte, så kurset blev aflyst. Udkast til program for kursus i Fagenes Identitet og Metoder Fagets identitet og metoder i de naturvidenskabelige fag og matematik (STX og HTX) Skriftligt materiale der udsendes på forhånd: 3-4 sider om praktisk arbejde med åbne eksperimenter (en bearbejdelse af Roberts, Ros, Gott, Richard and Glaesser, Judith(2010) 'Students' approaches to open-ended science investigation: the importance of substantive and procedural understanding. L.B. Krogh: At undersøge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science (fra Metoder i Naturfag en antologi. H. Kragh: Hvad er naturvidenskab (baggrundslæsning især kap 3) Spørgeskema om myter om naturvidenskab evt taget fra W.F. McComas: The Nature of Science in Science Education, p 310-11. UDKAST TIL PROGRAM: FØRSTE DAG 09.00-09.15 Velkomst 09.15-10.00 Hvordan arbejder man i naturvidenskab? (eksperiment, observation, teori, data, fortolkning, publikation, diskussion) Kurt Møller Pedersen 10.00-10.30 Arbejde i faggrupper: Hvordan kan det, Kurt har sagt, bruges i undervisningen? 10.30-10.45 Diskussion med Kurt 10.45-11.00 Kaffe 11.00-11.45 Myter om naturvidenskab NOS i klasseværelset - Lars Krogh 11.45-12.15 Arbejde i skolegrupper: Hvordan kan det, Lars har sagt, bruges i undervisningen? 12.15-12.30 Diskussion m Lars 12.30-13.30 Frokost 13.30-15.00 Eksperimentelt indslag 15.00-15.15 Kaffe 15:15-15.45 Fremlæggelse i dobbeltgrupper 15.45-16.00 Kort opsummering: hvilke NOS elementer havde vi i spil? 16.00-16.30 Walk and talk 16.30-17.00 Formulering af didaktiske principper for arbejdet med NOS - Keld 9

18.00 MIDDAG Ca. 20.00 H. H. Hjermidtslev: Hvad er der af teori i evolutionsteorien? ANDEN DAG 08.30-09.15 Matematik og modeller i naturvidenskab - Henrik Kragh Sørensen 09.15-9.45 Diskussion i faggrupper: hvordan kan vi bruge det, som HKS har sagt, bruges i undervisning 09.45-10.00 Diskussion med HKS 10.00-10.30 Kaffe 10.30-11.30 Eksperimentelt indslag - det åbne forsøg (Jesper og Keld tænker) 11.30-12.00 Opsamling 12.00-13.00 Frokost 13.00-13.45 Erfaringer fra to NOS-forløb. To lærere fra pilotprojektet fremlægger hvad de har arbejdet med. 13.45-15.45 Gruppearbejde i fagene - konkret formulering af forløb/eksperimenter/hvordan måler man om eleverne har lært noget om NOS. Beskrivelse af forløbet afleveres til kursuslederen inden afslutning af dagen. Kaffen nydes undervejs. Aflevering på skema med faste overskrifter. 15.45-16.00 Afslutning og specificering af opgaver til næste gang. Evaluering Mellemperioden ca. 2 mdr. Lærerne laver projekter. Sender 1-2 sider rapport om hvordan det gik. Opsamling og kommentering af lærernes NOS-projekter. (Vibeke og Keld) Spørgeskema om NOS til lærere og elever (Lars, Hanne) Opsamling på data og præsentation på 3. dag. (Hanne, evt studentermedhjælp) TREDJE DAG 09.00-10.00 Summemøde i arbejdsgrupperne - hvordan gik det lille forløb? (+ kaffe) 10.00-11.00 Fremlæggelser fra grupperne og diskussion i plenum: Hvordan gik mit/vores NOSprojekt? 11.00 11.45 NOS i praksis og i den store verden - Hanne MA 11.45-12.15 Diskussion med Hanne 12.15-13.15 Frokost 13.15 13.45 Opsamling på spørgeskemaerne Hanne MA. Evt noget om evaluering af NOS! 13.45-14.30 Hvad har vi så lært? Opsamling med vægt på progression og italesættelse - Keld 14.30-15.00 Kaffe 15.00-16.00 Hvordan kommer vi videre: Vilde ideer, fremtidige projekter 10

10. Annoncering af kurset 11

11. Ny ramme for udbud af kurset Den 31. oktober blev det aftalt med styregruppen for Danske Science Gymnasier (DASG), at kurset vil blive udbudt i samarbejde med DASG til afvikling i efteråret 2012. 12