Å forstå kjemi

Foto: Hanne S. Finstad

Gjennom alle tider har mennesker levd i en verden i forandring. Vi har sett is smelte, fjell forvitre, jern ruste og at alt levende vil dø. Mange forklaringsmodeller har blitt brukt til å forstå slike prosesser, som at alt var satt sammen av ild, jord, luft og vann.

Da kjemien for alvor vokste fram på 1800-tallet, fikk vi et vitenskapelig verktøy for å forstå disse forandringene. Som lærere skal vi innvie barn i denne kunnskapen. Oppgaven er ikke enkel, og det er kanskje derfor mange voksne mennesker har en marginal forståelse for kjemi til tross for mange år med naturfagsundervisning.

Ambisjonene om at vi skal øke barns kjemiske forståelse er allikevel mange i læreplanens kompetansemål. Alt fra kildesortering, biologisk nedbrytning og stoffer som endrer karakter, handler om kjemiske forandringer. Det samme gjør studier av mineraler og bergarter, faseoverganger og kjemiske reaksjoner. Jeg ble derfor ganske interessert da jeg fant en artikkel i tidsskriftet Mind, Brain and Education, som testet ut nye undervisningsmetoder for å undersøke nettopp hvordan man kan øke forståelsen av de kjemiske prosessene som hele tiden foregår rundt oss.

Studien fant sted på en skole i Quebec i Canada i løpet av en periode på 2 år. Forskerne ville undersøke hvordan veiledet utforskning av et fenomen og det å få elevene til å diskutere og gruble over fenomenet påvirket læringsutbyttet. Målet var å få elevene til å forstå at masse ikke kan forsvinne. Atomer og molekyler kan danne nye forbindelser og veksle mellom faste stoffer, væsker eller gasser, men ingenting blir borte.

Det første året deltok fem 8. klasser. Fordi lærerne var bekymret for at studien skulle ta for mye undervisningstid, ble det besluttet kun å undersøke effekten av veiledet utforskning. Hovedansvarlig for undersøkelsen, professor Marc Schwartz ved Universitetet i Texas, var temmelig sikker på at denne metoden i seg selv ville gi god effekt, men han fikk seg en overraskelse. Undervisningen vekslet mellom lærerens innspill og utforskning av et kjemisk fenomen hvor konklusjonen ikke var gitt på forhånd. Tanken var å la elevene få sanseerfaringer om fenomenet, for deretter å koble erfaringene til sentrale begreper og abstrakt forståelse. Elevenes kunnskap ble kartlagt ved hjelp av en flervalgstest før og etter undervisningsbolken. Resultatene viste at gjennomsnittlig poengsum økte med skuffende 8 %. Dermed begynte lærerne å undre på om ikke argumentering og diskusjon var en bedre strategi. To av dem besluttet å prøve denne metoden 4 måneder senere, og resultatene var overveldende. Nå økte gjennomsnittlig poengsum med 38 %. Men var det argumentering i seg selv, en kombinasjon av begge metoder eller noe helt annet som var utslagsgivende?

Med hjelp fra stipendiaten på prosjektet, Marina Doucerain, ønsket en lærer å gjenta forsøket og benyttet argumentasjonsmetoden på de tre klassene hun underviste året etter. Også denne gangen økte gjennomsnittlig poengsum med 38 %, og mange elever som lå an til å stryke, bestod testen.

Hvordan ble så denne undervisningen gjennomført? Jo, først ble elevene vist et eksperimentelt oppsett og bedt om å komme med forutsigelser for hva som ville skje når eksperimentet ble gjennomført. Deretter ble de delt inn i mindre grupper som skulle diskutere videre og komme til en enighet om hva de mente ville skje. En fra hver gruppe fikk så i oppdrag å fortsette diskusjonen foran hele klassen. Målet var å komme fram til et felles standpunkt. Først deretter ble forsøket gjort, og naturens svar ble avslørt. Her fikk elevene mulighet til å vurdere sitt svar på nytt. Til sist ble elevene presentert for et beslektet, men annerledes problem og utfordret til å anvende det de hadde lært i denne sammenhengen.

Som et grunnlag for forskningen sin bruker Doucerain og Schwartz en modell for læring kalt dynamisk ferdighetsteori. Den har blitt utviklet gjennom flere tiår ved Harvard Universitetet i Boston. I stedet for å se på læring som en prosess der man tilegner seg kunnskap om begrep etter begrep som om man bygde et hus med murstein, betrakter denne modellen læring som en kontinuerlig og bevegelig prosess.

Ferdighetene som man trenger for å sjonglere, er en god metafor på hvordan dynamisk ferdighetsteori betrakter læring. Se for deg en som skal lære å sjonglere med tre baller. Først må han trene med en ball. Deretter med to for til sist å trene med tre. Hver ball kan representere et begrep som eleven må mestre samtidig for å forstå en mer komplisert sammenheng. Denne type koordinering krever kontinuerlig trening, og prestasjonen vil alltid bli påvirket av omgivelsene. Hvis man f. eks. er nervøs, trøtt eller syk, vil ferdighetene være dårligere enn ellers.

Akkurat som en sjonglør hele tiden må kaste ballene sine opp i lufta, må vi kontinuerlig anvende begreper for å få en bedre forståelse av dem. Skal vi forstå grunnleggende fellestrekk ved kjemiske forandringer, må vi altså gjentatte ganger benytte begrepene for å beskrive ulike fenomener.

Denne modellen om hvordan vi tenker og lærer ble også bekreftet gjennom intervjuer med seks elever som deltok i studien. Intervjuene avslører at elevenes forståelse svinger i løpet av korte tidsintervaller. En og samme elev kom f.eks. med følgende meningsløse utsagn for å forklare hva som ville skje hvis en forseglet flaske med Coca Cola ble varmet opp slik at noe av væsken fordampet inni flaska: ”Luft er lettere enn vann.” Noen minutter senere sa hun derimot: ”Det er samme antall partikler i flaska, så det må være samme masse i flaska.”

Elevens evne til å analysere denne situasjonen varierte altså merkbart i løpet av samtalen og kan f.eks. skyldes nerver i begynnelsen. Når utvikingen disse intervjuene tok ble sammenlignet med elevenes poengsum, fant de en tydelig korrelasjon. De som hadde høy poengsum, avslørte også en bedre forståelse for hvordan masse ikke forsvinner, men går over i andre former.

Marc Schwartz forklarer resultatene slik: ”Jeg tror funnene våre viser at det å sette ideer i bevegelse gir en dypere forståelse. Diskusjoner gjør elevenes ulike tankeprosesser synlige. Utforskning derimot, gir derimot begrenset forståelse hvis ikke elevene også får anledning til å interagere sosialt gjennom å bygge, teste og utfordre hverandres tanker. Funnene våre får støtte fra lignende studier som viser at lærere burde fokusere mer på argumentering og forklaring”, sier Marc Schwartz. ”Men hva med eksperimentering?” spør jeg litt forundret med tanke på alle de elevene jeg har møtt som hiver seg over eksperimenter med liv og lyst.

”Å bruke sansene og kroppen er grunnlag for all læring,” svarer Schwartz. ”Utforskning er nødvendig når omgivelser og erfaringer forandrer seg.”

Så vi skal ikke droppe eksperimenter når vi underviser kjemi, men vi må legge til rette for refleksjon, diskusjon og forklaring for å sette tanker i bevegelse og sammenheng. Det samme gjelder også andre fagområder i naturfaget.

Referanser

• A cross-age study of the understanding of five chemistry concepts. Journal of Research in Science Teaching, 3, 147-165,1994
• Students alternative frameworks and science education, Kiel, Germany: Institute for Science Education, 2000
• Analyzing learning about conservation of matter in students while adapting to the needs of a school. Mind, Brain and Education, vol, 4, number 3, p 112-124