En samling artikler fra forskningsprosjektet ElevForsk. Artikkelene presenterer ulike prosjekt som vektlegger utforskende arbeidsmåter i naturfag.
Elevforsk ble ledet av Erik Knain og finansiert fra Norges forskningsråd gjennom programmet ”Praksisrettet FoU for grunnopplæring, barnehage og lærerutdanning” i perioden 2007–2011.
Vi ønsket at elevene skulle få kunnskaper om naturvitenskapelig tenke- og arbeidsmåte, dvs om hvordan forskere kan utvikle ny kunnskap. Hovedidéen var at elevene skulle planlegge og gjennomføre et eksperiment, bli inspirert gjennom et eksempel fra aktuell forskning, bli stimulert til å gjennomtenke noen nøkkelidéer om forskning og få forankret de nye idéene i erfaringer fra eget eksperiment.
For å framme engasjement laget vi en sosial kontekst der en tenkt lokal miljøvernorganisasjon trengte pålitelig forskning om kjemikaliers giftighet før en kampanje de skulle ha. Vi ønsket også å lage et åpent forsøk som ikke tok så mange timer, og som inkluderte ulike typer veiledning og støtte som kunne bidra til at elevenes arbeid ble fokusert og utbytterikt.
1. time: Introduksjonstime. Hvordan arbeider forskere?
Vi brukte et aktuelt eksempel fra media til å trigge interesse og få i gang diskusjon og tenkning om hvordan forskere går fram for å undersøke ting de lurer på. Vi brukte også elevsamtaler i toergruppe med påfølgende oppsummering i plenum med bidrag fra alle gruppene.
2. time: Hvordan planlegge et eksperiment?
Her brukte vi eksempelet fra introduksjonstimen til å se mer i detalj på hvordan forskere arbeider. Vi bad elevene fortelle hva de trodde forskerne kanskje hadde gjort, og så ”røpte” vi hva de faktisk hadde gjort.
Lærer underviste om kjennetegn på naturvitenskapelige forskningsspørsmål. Her hadde vi klassediskusjon med eksempler på estetiske, politiske og samfunnsvitenskapelige spørsmål. Så fylte vi ut en mal for metodeplanlegging i samlet klasse ved å bruke prosjektør og skrive inn ideer fra elever. Karseplanter og 3-4 eksempler på ”hverdagskjemikalier” stod på kateteret som konkretiseringer.
3. time: Metodeplanlegging
Elevene valgte et kjemikalium (som de visste de kunne få tak i) og planla et eksperiment for å undersøke om det var giftig for karseplanter. For at planen skulle bli gjennomtenkt og inkludere viktige element i naturvitenskapelig tenke- og arbeidsmåte, fikk de en mal med innebygget hjelp til planleggingen.
4. time: Eksperimentstart
Hver elevgruppe fikk utlevert ti karseplanter. De satte i gang eksperimentet ved å behandle plantene som planlagt og merke de ulike plantene i henhold til behandling. I starten av timen samtalte vi med elevene om hva de har lært om forskning så langt i prosjektet. Vi fokuserte spesielt på det å skille mellom observasjoner og hypotese (”Kan vi se på plantene, med øynene våre, at et stoff er giftig? Vi kan se at blader har visnet, men ikke hvorfor de ble brune.”)
5. time: Observasjon
Etter noen dager kunne effekten av kjemikaliene observeres. Før elevene observerte plantene, hadde vi klassesamtale om hva de skal se etter for å få nøyaktige observasjoner. Om de er blitt gule? Hvor mye de har vokst? Hvordan måle det? Om de er visnet? Er det nok at de henger litt med bladene? At stilken er litt nedbøyd? Mye? Enda mer? Ligger helt på jorden? Vi minnet elevene på viktigheten av å notere observasjoner nøyaktig i en logg (jf. forskerspiren), f.eks i planen.
Gruppene observerte, noterte og begynte å skrive rapport. Her ser vi at vi burde krevd at elevene skulle framstilt observasjonene grafisk (histogram), slik forskere gjør, for lettere å kunne se mønstre i data.
6. time: Rapportskriving
Vi informerte først elevene kort om at rapporten telte på karakteren og om vurderingskriterier. Vi bad dem bruke utdelt rapportmal som enten var elektronisk eller på papir som guide for deres egen eksperimentrapport. Vi repeterte kort spørsmålet om de kan se at et kjemikalium er giftig, eller om de må vurdere ulike mulige årsaker til observerte endringer. Vi poengterte at miljøorganisasjonen trenger pålitelige konklusjoner, og derfor må vi skrive resultater nyansert og begrunne disse med observasjoner og teori.
Elevene arbeidet så i grupper med rapportskriving. De som ikke ble ferdige, fikk resten som lekse. Når vi krevde at seksjonene med observasjoner og diskusjon skulle godkjennes før timen var slutt, fikk vi noen gode veiledningssituasjoner.
7. time: Refleksjon
For å motivere til refleksjon minnet vi om prøven de skulle få i stoffet, og at denne timen skulle brukes til å oppsummere hva de måtte kunne til prøven.
Først hadde vi en klassediskusjon om hva vi hadde lært om testing av kjemikaliers virkning på karse. Hva kunne vi variere? Hvorfor trengte vi kontrollplanter?, Hvordan kunne vi være sikre på om en plante var påvirket eller ikke? Kunne vi sagt til miljøorganisasjonen at noen av kjemikaliene helt sikkert var giftige – selv i små mengder?
Deretter satte vi elevene i toergrupper for å notere hva de nå hadde lært mer generelt om hvordan forskere må arbeide for å få holdbare konklusjoner.
Til slutt hentet lærer inn en idé fra hver gruppe og noterte disse på tavlen under overskriftene Introduksjon, Metode, Observasjoner og Diskusjon. Lærer utfordret og hintet for å tydeliggjøre viktige idéer. Lærer oppsummerte ved å sette røde ringer rundt fire hovedidéer som elevene skulle kunne forklare på prøven.
Prøve
Vi lagde en prøve med seks oppgaver som elevene brukte 20-25 minutter på. Flere av oppgavene hentet vi fra PISA-studier og lærebøkers nettsider. De siste tilpasset vi.
Læringsmål for karseprosjektet
Elevene skulle kunne forklare hva som menes med naturvitenskapelig spørsmål, kontroll av variable, nøyaktige observasjoner uten å tolke, å framsette påstand om resultater og begrunne med observasjoner og teori. De skulle også kunne praktisere disse idéene i enkle eksperimentsituasjoner og forklare hvordan en vitenskapelig eksperimentrapport er bygget opp.
I vedlegg til denne oversikten finnes det informasjon om flere erfaringer fra enkelttimen timene i karseprosjektet samt maler og oppgaver for leksene og prøven vi gav.
Her er noen forslag til flere temaer dersom du har flere timer til rådighet:
Visualisering
Metodekritikk
Anvendelse
Bruk av film gir mulighet for å få verden mer inn i skolen. En filmopplevelse kan motivere og bidra til at elever opplever mening i det de skal lære i naturfag. Denne artikkelen beskriver et eksempel på hvordan filmen ”An Inconvenient Truth” av Al Gore kan brukes i naturfagundervisningen for å trigge elevers engasjement i temaet global oppvarming.
I en utforskende arbeidsmetode er det avgjørende at det er elevene som stiller spørsmål om noe de lurer på. Men det faller ikke alltid like lett for elever å vite hva de lurer på. Et kritisk punkt i en utforskende arbeidsmetode er å gi elever anledning til å stille spørsmål om noe som er utviklet gjennom deres eget engasjement. Poenget er at elevene skal ha et ønske om å lære fordi det er noe de lurer på. En film kan gi en opplevelse som setter både tanker og følelser i sving. Gjennom filmmediet kan naturfaglige problemstillinger knyttes til det samfunnet elevene er en del av. Derved kan en film trigge elevenes bevissthet om at naturfaglig kunnskap er viktig fordi det angår dem utenfor skoleporten.
Filmen ”An Inconvenient Truth” hadde premiere på norske kinoer høsten 2006. I filmen beskriver og forklarer Al Gore på en pedagogisk måte hva global oppvarming er og hvilke konsekvenser klimaendringer har hatt og kan få for verdenssamfunnet. Filmen fenger og gjør inntrykk på elever. Filmens innhold er tankevekkende og appellerer både til intellektet og følelsene. Filmens budskap engasjerer elever fordi innholdet angår deres egen samtid og framtid. Men deler av filmens innhold er omstridt og omdiskutert i pressen. Nettopp det gjør filmen ”An Inconvenient Truth” velegnet for videre utforsking, bearbeiding og diskusjoner i klasserommet.
Filmen ”An Inconvenient Truth” ble vist som en trigger i startfasen av prosjektet. En åpen digital læringsplattform ble anvendt som samarbeids- og skrivearena. For å støtte elevene i de ulike fasene i en utforskende arbeidsmetode ble kategoriene ”Min teori”, ”Jeg trenger å forstå” og ”Ny informasjon” brukt for å lose elevene gjennom de ulike fasene i prosjektet. Prosjektet kan deles inn i tre faser:
Elevene oppdaget huller i egne kunnskaper
Elevene var uvant med å jobbe med åpne oppgaver. Å finne ut noe de lurte på var en utfordring fordi de var mest vant til at lærer eller lærebok stilte spørsmålene. ”Det største problemet er å finne en problemstilling”, skrev en elev i loggen. I startfasen av prosjektet var det viktig å hjelpe elevene i gang med tanker og ideer. Filmen til Al Gore var en god støtte for å sette i gang elevenes tanker rundt temaet global oppvarming. Filmen fungerte som en trigger for denne prosessen, fordi elevene tok utgangspunkt i filmens innhold da de bestemte seg for en problemstilling. Da de skrev ”Min teori”, så de seg tilbake på hva de kunne fra før. Det skapte faglige dialoger som førte til at huller i egne kunnskaper ble oppdaget. I en refleksjonslogg beskrev en elev det slik:
”Da vi skrev teorien fant vi fort ut at våre kunnskaper var mangelfulle, og at vi måtte få svar på mange små spørsmål gjennom dette prosjektet for å få innsikt i temaet.”
Et engasjement for å lære mer ble skapt. Elevene ble i stand til å stille spørsmål om noe de lurte Dette gjorde de i stand til skue framover og planlegge hva de måtte jobbe videre med for å finne svar på spørsmålene.
Gjennom ulike innfallsvinkler til temaet global oppvarming basert på filmen til Al Gore fikk klassen avdekket et mangfold av spørsmål knyttet til mulige konsekvenser av økt drivhuseffekt. Noen eksempler på problemstillinger elevene laget på bakgrunn av innholdet i filmen var:
Læreplanmålet i naturfag Vg1: ”elevene skal kunne gjøre rede for noen mulige konsekvenser av økt drivhuseffekt, blant annet i arktiske områder, og hvilke tiltak som settes i verk internasjonalt for å redusere økningen i drivhuseffekten” ble derved godt ivaretatt.
Å få lov til å velge hva de ønsket å utdype ble opplevd som meningsfullt. ”Veldig fint og selv kunne velge en oppgave som vi kunne arbeide med. Da fikk vi virkelig sjanse til å arbeide med noe som interesserte oss” skrev en elev i refleksjonsloggen.
Kunnskap kan være usikker og omdiskutert
Under arbeidet med innhenting av informasjon for å belyse problemstillingen oppdaget elevene at temaer Al Gore presenterte på filmen var omdiskuterte. Elevene oppdaget selv at kunnskap kan være usikker og at virkeligheten ikke alltid er like enkel og entydig som de var vant med gjennom læreboktekster og faktaoppgaver. En elev skrev dette i refleksjonsloggen:
”Jeg lærte at det finnes mange teorier om Golfstrømmen faktisk kan stoppe og hvilke konsekvenser dette kan føre med seg. Noen hevder at den ikke kan stoppe, andre at den stopper om Grønlandsisen smelter. Noen mener at en eventuell stans ikke har noen konsekvenser for oss i nord grunnet den økte temperaturen pga. den globale oppvarmingen, mens andre mener den kan føre til en ny istid. Fordi ingen er sikre på hva som kommer til å skje, er det umulig å trekke en eneste konklusjon.”
Krevende og uvant
Undervisningsmetoden som ble brukt i prosjektet tar tid og stilte nye krav til elevenes egenaktivitet. Enkelte elever mente at læring ikke skal være så (tid)krevende og at de ville lært raskere og mer ved å bruke læreboka.
Trigget filmen elevenes aktiviteter?
Filmen ”An Inconvenient Truth” hjalp elevene i prosjektets kritiske startfase der de skulle finne en problemstilling de ønsket å utforske videre. Filmens faglige innhold skapte et felles grunnlag og et engasjement for å delta i faglige dialoger ansikt til ansikt i 4-grupper og på tvers av grupper på den digitale læringsplattformen.
I denne artikkelen vil vi presentere et prosjekt der vi ønsket å realisere Kunnskapsløftets kompetansemål om kunnskap om vitenskapelig argumentering samtidig som vi utviklet elevenes miljøbevisshet og naturglede. På vår klode har vi utfordringer knyttet til matproduksjon, tilgang til rent vann, klimeproblematikk, biodiversitet osv. I et demokrati er folkelig støtte bak tiltak ofte nødvendig. Utvikling av miljøvevisthet hos de unge er derfor viktig.
Nå som vi har fått Kunnskapsløftet måtte vi se hva det stod om utvikling av elevers holdninger til natur- og miljøvern i den nye læreplanen i Naturfag. Vi leste kompetansemål-formuleringene og fant faktisk ingenting! Og dette er kanskje ikke så overraskende. I Kunnskapsløftet skulle alle læringsmål formuleres som målbare kompetanser. Men måling av elevers holdninger er svært problematisk. Hvis vi bruker skriftlige eller muntlige prøver til å spørre etter miljøbevisthet og andre holdninger risikerer vi at elever av taktiske grunner uttrykker andre holdinger enn dem de egentlig står for. Når vi ønsket å vektlegge miljøvevisshet og naturglede måtte vi derfor gå til innledningen til fagplanen og Læreplan – generell del.
I læreplanen under Formål står det at ” Kunnskap om, forståelse av og opplevelser i naturen kan fremme viljen til å verne om naturressursene, bevare biologisk mangfold og bidra til bærekraftig utvikling” og at ” ... naturfag [skal] bidra til at barn og unge utvikler kunnskaper og holdninger som gir dem et gjennomtenkt syn på samspillet mellom natur, individ, teknologi, samfunn og forskning”. I tillegg er utvikling av det miljøbevisste menneske et av de syv hovedområdene i Læreplan – generell del.
I dette opplegget vektla vi derfor miljøbevissthet som læringsmål samtidig som vi jobbet med kompetansemål i Forskerspiren. Etter en presentasjon av undervisningsopplegget vil vi i denne artikkelen vurdere elevenes læringsutbytte og diskutere hvilke faktorer i opplegget som kan ha vært viktige for elevenes læringsutbytte.
Vannprosjektet
For elevene har vi satt opp følgende læringsmål for prosjektet:
Undervisningsopplegget, kalt Vannprosjektet, gjennomføres i all hovedsak i løpet av en skoledag på 9. trinn og består av tre hovedkomponenter. Om morgenen klokken ni møter elevene ved et elveutløp til et vann nær skolen. Der får de utlevert et ark med informasjon og oppgave (se egen ramme), utstyr, en kort demonstrasjon av bruken, og blir bedt om å bruke håv og bakk til å samle inn smådyr som lever på bunnen nær strendene. De arbeider i grupper på to eller tre. De tar innholdet i håven ned i en hvit bakk slik at de lettere kan lete etter smådyr. Elevene må selv samle inn smådyr og putte funn i en ”isboks” med vann fra vannet. De vet at de siden selv skal vurdere hvilke smådyr det kan være de har funnet. En elev blir med en lærer ut i gummibåt for å foreta et planktontrekk. Det utløser alltid mye fasinasjon hos elevene når grumset i glasset med prøven fra planktontrekket ved nærmere ettersyn viser seg å være yrende planktonliv. En elev i hver elevgruppe får ansvar for måling av pH og O2 og innsamling av plankton. På forhånd har fått utdelt et enkelt skjema med overskrifter for enkel loggføring av observasjoner. Arbeidet tar en times tid. Vi har god erfaring med legger prosjektet til perioder hvor skolen har lærerstudenter slik at det kan være flere voksne med ut samtidig som lærerstudentene får med seg en verdifull erfaring.
Oppgave: Dere skal velge et smådyr dere finner i vannet. Skriv en rapport der dere presenterer observasjoner av kjennetekn på smådyret og dets omgivelser samt kunnskap om smådyret. Dere skal bruke observasjonene og kunnskapen til å begrunne en påstand om hvilken artdet er dere har studert og hvor gode leveforhold den har i vannet.
Etter en lunsjpause møter alle på naturfagsalen. Der finner elevene luper, bestemmelses - nøkler, bilder og informasjon om smådyr i vann samt noen håndbøker. De ser på smådyr i lupen og på informasjon og bilder av smådyr i vann. Etterhvert velger de seg ett smådyr å studere nærmere. De trenger ofte å gjøre nøyaktige observasjoner av utseende, fargemønstre, lengder og annet. Også andre smådyr de har funnet forsøker de å artsbestemme. Lærer går rundt å veileder og viser hvordan en bruker utstyr og utdelt informasjon.
Den tredje og siste aktiviteten er skriving av rapport. Elevene får utdelt en mal med overskrifter og korte forklaringer. I tillegg til overskrift skal eksperimentrapporten inneholde en introdusjon, en metodedel, observasjoner, og en diskusjonsdel. Under observasjoner inngår også biotiske og abiotiske faktorer, inkludert andre smådyr de har funnet. I diskusjonsdelen skal de skal fremsette en påstand om hvilket smådyr de har funnet og begrunne dette med observasjoner og teori fra artsnøkkler. De skal med andre ord argumentere naturvitenskapelig for en konklusjon. Mange grupper skriver observasjoner inn på PC etterhvert og noen pleier nesten å bli ferdige med rapporten før de blir bedt om å begynne å rydde klokken er to.
Hovedideene i opplegget er at elevene skal arbeide utforskende både med observering og litteraturstudier, de skal skrive en rapport der de må legge frem sin egen begrunnede konklusjon, og engasjemang og feltarbeid muliggjør konkretisering og erfaring med anvendelse av teoretiske begreper fra økologien. Vi valgt biologi og smådyr i vann som faglig kontekst. Ideene er likevel generelle og godt kjent fra fagdidaktisk litteratur, og bør kunne brukes også i arbeid med andre faglige tema og miljøspørsmål.
Fra elevrapport:
Vurderingen vår om, at dyret vi fant er en vannymfe, er bygget på at nymfen vår har seks armer, fire vinger og er grønn. Øyenstikkeren har også to følehår foran, tre haler bak (to tykke på siden og en tynn i midten). Vannymfen er litt mindre enn den andre gruppen øyenstikkere, libeller. Nedre parti på nymfen er delt opp i syv deler. Vår nymfe er en hann pga av den sterke grønne fargen (hunnene har mindre svake farger).
Didaktisk tenkning bak opplegget
Motivasjon og miljøbevissthet: En hovedtanke bak prosjektet var å øke elevens involvering gjennom å bruke en utforskende arbeidsmåte. Elevene skulle derfor selv bruke utstyret, finne smådyrene og prøve å identifisere disse. Vi regnet med at nærhet og kjennskap til detaljer ved ett selvvalgt smådyr skulle fremme elevenes interesse. Vi håpet at nærhet og opplevelsen av at det fantest et yrende liv der de ikke visste det var noe sammen med et fokus på disse smådyrenes behov og levevilkår skulle gi elevene et sterkere og mer empatisk forhold til natur og smådyr og erkjenne verdien av rent vann.
Naturvitenskapelig argumentasjon: Vi ønsket at elevene skulle få en begynnende forståelse for hvordan naturvitere argumenterer. I tillegg til rapportmalen med overskrifter og korte forklaringer får elevene en kort forklaring ved oppstarten tilbake på naturfagsalen. Her blir de fortalt at læreplanen sier at de skal kunne ”forklare hvorfor argumentering, uenighet og publisering er viktig i naturvitenskapen”. Lærer forklarer så hvordan forskere både må legge frem sine observasjoner og foreslå tolkninger av disse. For at tolkninger skal kunne vurderes av andre må de begrunne påstander med egne observasjoner samt kjent naturfaglig teori. Elevene skal bruke egne observasjoner i sin argumentering. Den aktuelle ”teorien” som skal støtte argumentene er svært lite abstrakt da den særlig bestod av beskrivelser og bilder av smådyr. Vi tenkte derfor at dette kunne være en god læringskontekst for elever som er uvante med naturvitenskapelig argumentering.
Det vi ikke gjorde, var å lage et naturvitenskapelig argument ’på tavlen’ sammen med elevene og gi dem et eksmpel på en argumenterende rapport. Vi hadde heller ikke en diskusjon med elevene i etterkant om hva de hadde lært om naturvitenskapelig argumentering. Slik refleksjonsdialog sammen med konkrete eksempler er ofte nødvendig hvis elevene skal sitte igjen med eksplisitt kunnskap om naturvitenskapelig argumentering.
Økologi: I forkant av vannprosjekter har naturfaglærer undervist i økologi med vekt på begrepene produsenter, konsumenter og nedbrytere, biotiske og abiotiske faktorer, konkuranse mellom organismer og feltarbeid. Feltarbeidet gav mulighet for konkretisering og egen ressonnering ved hjelp av disse begrepene. For å øke elevenes økologosk kunnskap og bevissthet krever vi at eksperimentrapporten skulle innholde observasjoner om biotiske og abiotikse faktorer i omgivelsene, samt en diskusjon om det valgte smådyr hadde det bra der det levde.
På tross av klar relevans har vi ikke fokusert på systematikk eller insekters livsløp da dette ikke er med i læreplanen. Abiotiske og biotiske faktorer ble observert under feltarbeidet og krevd inkludert i rapportene. Men vi hadde ikke en oppsummerende samtale om hvordan smådyrene var en del av et økosystem og hvordan smådyrenes trivsle kunne tenkes å være relatert til observerte forhold. Konteksten med smådyr og deres omgivelser blir dermed ikke utnyttet til å trene elevene i å se hordan ulike biotiske og abiotiske faktorer kan være med å forklare livsbetingelsene for smådyrene og om det var noe i miljøet som kunne tolkes som faretruende. Når vi ikke har gjort dette, er det fordi vi har vært redd prosjektet skal legge beslag på for mye tid.
Vurdering av læringsutbytte
Når vi har valgt å skrive denne artikkelen om vannprosjektet er det fordi vi mener at fungerer lærerikt og verdifullt for elevene. Dette bygger vi på inntrykk underveis fra ti prosjekt gjennom flere år, intervju med to grupper av elever, ulike læreres vurdering av prosjektet samt analyse av elevenes eksperimenmtrapporter. Dataene tyder på at både elever og lærere trivdes med prosjektet, lærerene vurderte det som lærerikt, elevene lærte mye om utstyr og feltarbeid, litt om navn og utseende på smådyr og biotiske og abiotiske faktorer. Alle som leverte rapport formulerte konklusjoner underbygget av observasjoner og ting de hadde lest, men antall underbyggende observasjoner varierte sterkt.
Det tydeligste læringsutbytte var elevenes fasinasjon over smådyr og plankton og uttalelser om verdien av smådyr og av å ”ta vare på naturen mens vi har den”. I et kommentarfelt i etterkant av selve rapporten uttrykte de fleste elevene at det hadde vært et interessant og lærerikt prosjekt. På naturfag.no presenterer vi disse inntrykkene mer i detalj i en utvidet versjon av denne artikkelen.
Læringsutbytte utdypet
Underveis så vi at de aller fleste elevene arbeidet ivrig og engasjerte både i feltarbeidet og i arbeidet med analyser på naturfagsalen etterpå. En observasjon her var også at ingen elever nevnte ordet friminutt. Klokken ringte ut og inn, men elevene bare arbeidet videre.
Vi interjuet to grupper av elever ett helt år etter at de hadde vært med på et vannprosjekt, en gruppe med gode karakterer og en gruppe med svake karrakterer (2-3) i naturfag. Vi bad dem fortelle hva de hadde lært. Det var da tydelig at elevene husket mye av det de hadde gjordt rent praktisk, inkludert navn på utstyr og prosedyrer for innsamling og identifisering av smådyr. De fleste nevnte ulike observasjoner av biotiske og abiotiske faktorer, og noen få brukte også disse begrepene. De gjenga enkle beskrivelser av noen smådyr og navn på noen få av dem, og begrepet gjenngroing ble brukt av en elev. Når det gjalt naturvitenskaplig argumentering kunne ingen forklare dette, men flere hadde fått med seg at de i rapporten skulle begrunne en påstand om hvilket dyr de hadde funnet.
Det som kom klarest ferm i intervjuene var at elevene hadde fått sterke opplevelser av natur og smådyr. En hadde tydeligvis begyndt å se på vannet når han var forbi og mente nå å kunne se at det var en liten endring til det bedre når det gjaldt forurensning. På spørsmål om hva de hadde lært gjennom vannprosjektet svarte en elev at det er ” Viktig å ta vare på slike steder. Kunne vært et fint sted, men nå er det bare kloakk”. En annen svarte ”At det var liv der vi ikke trodde det var liv”, og en spurte: ”Slipper de ut kloakk enda?”. Elevene i den faglig svakere gruppen ble også spurt om de nå verdsetter småvann og smådyr mer. De tre svarte ”Ja!” unisont, og en la til at ”det er viktig å ta vare på naturen mens vi har den”.
Lærernes kommentarer samsvarer med elevenes. Etter en pionerperiode med to engasjerte lærere, bruker flere naturfaglærer opplegget med sine klasser. En av lærerne stoppet en av oss i gangen noen dager etter at han hadde hatt opplegget. Han fortalte at han nå hadde fått sett på rapportene: ”Eg ser de har lært en del fra prosjektet!” Til nå har 10 klasser brukt opplegget, og bare i en av klassene rapporterete læreren om litt svakt engasjement.
Vi arbeider nå med en mer systematisk analyse av eksperimentrapportene fra noen av klassene. Der ser vi blant annet sett på om elevene fremmer begrunnede påstander i diskusjonsdelen og om de bruker observasjoner og informasjon fra litteraturen som begrunnelser. Når resultatene av denne analysen er klar, vil de bli lagt ut her.
Hvilke elementer i opplegget er sentrale for læringsutbytte?
Et vannprosjekt med identifisering av smådyr kan gjennomføres på mange måter. Vi tror at noen av elementene i opplegget er spesielt vesentlige for det engasjement og læringsutbytte vi oppnår.
Det store engasjementet som de fleste elevene viser merner vi henger sammen med den åpne utforskende arbeidsmåten. Det å finne smådyr selv, og det på steder der de ikke visste om noe liv, så vi ofte at vekket elevenes interesse. Dette kommer til uttrykk i fokusert arbeid og i utbrudd underveis som "Se hva jeg fant!" (se videosnutter på naturfag.no)
Vi tror generelt at en forutsetning for å ønske å bidra til vern og beskyttelse er at en har et positivt forhold naturen. Utvikling av positive holdninger til natur- og miljøvern i vårt opplegg mener vi henger sammen med overraskelsen hos elevene når de ser alt livet i vannet kombinert med dybdestudiet de gjør av et smådyr de selv har funnet og valgt. Dybdestudiet med observering og lesing mener vi å se at gir elevene detaljkunnskaper og en nærhetsopplevelse gir dem et sterkere forhold til naturen de har studert.
Når det gjelder naturvitenskapelig argumentering, valgte vi å gjøre det argumenterende formålet til vitenskapelige eksperimentrapporter tydeligere enn det som ofte er vanlig. Vi gav elevene en mal med et kjent standardoppsett på vitenskapelige artikler bestående av fire enkle seksjoner: Innledning, Metode, Observasjoner og Diskusjon (Gjerne kalt IMRaD struktur, se Kolstø 2008). Under diskusjon skrev vi en kort forklaring på hvordan elevene skal lage begrunnede funn:
Diskusjon
(Svaret på forskningsspørsmålene deres)
Begrunnelse av artsbestemmelsen på bakgrunn av det dere har lest og hvordan det stemmer med observasjonene dere gjorde av dyret/planten og levestedet (biotiske og abiotiske faktorer).
Begrunnelse av hvordan dere tror "deres" art har det/kommer til å få det i Apeltunvannet: Hva arten/gruppen spiser, hvem den kan bli spist av, hvor den pleier å trives, hvor vanlig dere tror arten er i Apeltunvannet, forurensingstegn..
Diskusjon hos elevgruppe på 9. trinn:
Vannymfen er svært vanlig i Norge med 15 forskjellige arter. De holder seg som oftest i nærheten av vann og drar sjelden fra flokken sin. Hvis du først støtter på en vannymfe så er det mest sannsynlig i et område som passer dens habitat. Vi tror også at den trives veldig godt ettersom det kryr av mindre organismer og larver i Apeltunvannet. Vi tror arten er veldig vanlig i Apeltunvannet, med tanke på antallet som ble funnet av vår gruppe og de andre gruppene som deltok i prosjektet.
Vi påpeker muntlig for dem at forskere skrive sine eksperimentrapporter slik at kollegaer kan se hva som er observasjoner og hva som er tolkninger. For at kollegaer skal vurdere konklusjoner som vitenskapelig holdbare må de så begrunne konklusjoner med obsrvasjoner og teori, og peke på observasjoner som kan gjøre konklusjonen mer usikker. Denne korte forklaringen av struktur og formål med eksperimentrapporter komnbinert med en enkel mal med korte forklaringer tror vi er bakgrunnen for at så mange av elevene la frem argumenter i diskusjonsdelen av eksperimentrapportene. I tillegg var den aktuelle teorien av beskrivende art. Dette tror vi gjorde naturvitenskapelig argumentering tilgjengelig også for faglig svake elever. I en analyse av rapporter skrevet av elever uten denne malen fant vi mange rapporter uten argumenter.
Avsluttende kommentar
I denne artikkelen har vi vært opptatt av hvordan vannprosjektet er med på å fremme evenes naturglede og miljøbevissthet og deres ferdighet i naturvitenskapelig argumentering. Det nære møte med ukjent liv gjør et inntrykk på mange elever. Sterk naturopplevelse kan også gjøre at erfaringer fra prosjektet huskes lenge av elevene og at kunnskap ervervet ikke glemmes så fort. Samtidig er holdningsdelen av opplegget ikke bare en heldig tilleggsgevinst mens kunnskap om biotiske og abiotiske faktorer og naturvitenskapelig argumentering er det egentlige målet. Verdsetting av natur og smådyr er et svært viktig mål i seg selv. Vi tror at et sterkt og positivt forhold til naturen er en forutsetning for utvikling av ansvarlige holdninger i miljøsaker.
I vårt prosjekt ble vannkvalitet og livsbetingelser tematisert, og i dagens verden er dette er et viktig problemområde. I slike problemområder hvor både politikk og naturvitenskap er involvert vil naturvitenskapelige rapporter og argumenter bli brukt i debatter i det offentlige rom. Da er det viktig at den oppvoksende generasjon greier å skille mellom gjennomtestet etablert naturvitenskapelig kunnskap og foreløpige påstander knyttet til enkeltstudier og ny anvendelse av etablert kunnskap. Det at naturvitenskapelige påstander er bygget på argumenter gjør at de er diskuterbare samtidig som kravet til begrunnelser kan gøre dem solide. Gjennom prosjektets fokus på naturvitenskaplig argumentering håper vi at elevene skal få en begynnende forståelse for hvordan naturvitenskapelig kunnskap kan være mer eller mindre solid og at den i prinsippet alltid diskuterbar samtidig som kritikk forutsetter argumenter.
Referanser
Kolstø, S. D. (2008): Skriving av eksperimentrapporter som opplæring i argumentering. Naturfag 3/08 s. 17-19.
Når elevene skal lære om naturvitenskapelig tenke- og arbeidsmåte, skal de bli kjent med abstrakte ideer om hvorfor vi formulerer hypoteser, hvorfor vi skiller mellom observasjon og tolkning osv. Som på andre områder i naturfag viser forskning at også her vil elevene komme til undervisningen med en del hverdagsforståelser som ofte avviker fra en faglig korrekt forståelse. Utfordringen for naturfaglæreren blir da hvordan få elevene til å endre gamle forestillinger til fordel for nye ideer.
I forsknings- og utviklingsprosjektet ElevForsk har vi prøvd ut en undervisningsmodell der elevene skulle lære om hvordan forskere arbeider for at konklusjoner i forskningsrapporter skal bli vurdert som pålitelige. Modellen ble utviklet i et samarbeid mellom forfatteren og en ungdomsskolelærer og en forsker, og den ble utprøvd i litt ulike utgaver i to ungdomsskoleklasser. Oversikt over opplegget for de ulike timene ble presentert i artikkelen ”Karseprosjektet” i Naturfag 2/2010.
Undervisningsmodellen bygger på følgende tenkning: For at gamle ideer ikke skal hemme tilegning av nye ideer, må de nye ideene forankres i det eleven allerede kan og har erfart. Samtidig må eleven bli introdusert for de nye ideene og vist hvordan de er verdifulle og nyttige. Inspirert av konstruktivistisk læringssyn generelt og av Mortimer og Scott sin forskning spesielt, har vi formulert følgende praktisk-pedagogiske prinsipp for naturvitenskapelig tenke- og arbeidsmåter (metodekompetanse):
I undervisningen må vi først aktivere elevenes hverdagstenkning så de er bevisst sin egen tenkning i utgangspunktet. Så må vi søke å bevege elevenes tenkning og ordbruk systematisk og tydelig fra elevenes kunnskapsverden og gradvis over til naturvitenskapens gjennom aktiv bruk av eksempler fra elevenes egne pågående eksperimenteringer.
Tabellen viser modellens fire steg, og disse fire stegene er eksemplifisert nedenfor.
| Forkunnskaper | Introduksjon | Bearbeiding |
Befesting |
|
Samtale som aktiverer forkunnskaper. Bruke et konkret eksempel som trigger. |
Lærer presenterer nye begreper / ideer. Eksempel fra elevenes egen begynnende praktiske eksperimentering |
Samtaler underveis i grupper og i klassen om nye og ”gamle” ideer. Ulike utfordringer fra elevenes pågående eksperimenter |
Refleksjonssamtale i etterkant av eksperiment der elevene forventes å bruke de nye ideene til å forklare. Avsluttende prøve og egne eksperimenter som triggere. |
Aktivering av forkunnskaper: Hvorfor skal elevene først få bruke egne ord når de skal beskrive og forklare ideer og naturfenomen? Et stykke på vei har elevene tanker og erfaringer som de automatisk vil knytte til lærerens nye ideer, og skal vi endre hverdagsforestillinger, må både lærer og elev ta utgangspunkt i disse. Når vi får disse aktivert, blir lærer kjent med dem, elevene kan innse at noen av disse inneholder noe riktig og kan bygges videre på, samtidig som noen er ufullstendige eller feilaktige.
I våre forskerspireprosjekter fikk elevene foreslå hvordan forskere bak to aktuelle forskningsfunn fra nettstedet forskning.no kunne tenkes å ha arbeidet for å komme fram til resultatene.
Introduksjon av nye ideer: Så presenterte læreren situasjoner for elevene som var krevende å forklare bare ved hjelp av elevens hverdagsforståelser. Dette bidro til å motivere elevene for lærers introduksjon av en vitenskapelig idé eller et begrep som skulle læres.
I våre forskerspireprosjekter introduserte gjerne lærer en ny idé i oppstarten av en time der elevenes eget arbeid kunne fungere som eksempel. I forsøket skulle elevene undersøke om et fritt valgt stoff var skadelig for karseplanter. Når elevene startet eksperimenter basert på egne hypoteser og metoder, introduserte vi ideen om å skille mellom observasjoner og hypotese: ”Kan vi se på plantene, med øynene våre, at et stoff er giftig? Vi kan se at blader er blitt visne, men ikke se hvorfor de ble brune!”
Bearbeiding av nye ideer: Når både hverdagsforestillinger, en vitenskapelig idé og hendelser som skal forklares er presentert, kan elever og lærer diskutere mulige forklaringer. Dette innbærer at elevene får diskutere og ”forhandle” om hvilke begreper som er fruktbare å bruke, der elevenes hverdagsspråk er lov å bruke sammen med nye vitenskaplige ideer. De nye ideene får dermed anledning til å bli gradvis utviklet og forankret i tidligere tenking og i erfaringer.
I våre forskerspireprosjekter startet læreren enkelte timer med å spørre elevene hva de hadde lært så langt. Målet var å få elevene til å bruke nye begreper når de forklarte samtidig som de brukte klargjørende eksempler fra eget eksperiment. Når elevene hadde laget en plan for eksperimentet sitt, hadde vi f.eks. en klassesamtale om hva vi så langt hadde lært om hvordan forskere arbeider.
Befeste ideer: Når de nye ideene er blitt klarere for elevene, er tiden inne til å øve seg på å bruke de vitenskapelige begrepene. Dette kan gjøres gjennom en problemløsende oppgave, for eksempel at elevene skal forsøke å anvende de nye ideene til å forklare et annet naturfenomen eller forskningspraksis (jf. Gardners idé om forståelse som kapasitet til å kunne anvende fagkunnskapen).
På kortform blir dette en læringprosess som består av fire hovedfaser: Dialog der elevene bruker egne begreper – erfaringsmotivert introduksjon av nye begreper – forhandlingsdialog der hverdagsforestillinger og vitenskapelige begrep møtes – elevene øver seg på å bruke og samtale med de nye begrepene i en ny situasjon.
I våre forskerspireprosjekter hadde vi en egen refleksjonstime før prøven. Her skulle elever i toergrupper diskutere og notere på et oppgaveark minst tre ideer om hva forskere må gjøre for at konklusjoner skal bli holdbare. Alle grupper bidro så med en idé hver i en klassediskusjon der lærer noterte alle viktige ideer på tavlen.
Eksempler på hva elever skrev på oppgavearket:
- Hypotese, finne problemstilling, de diskuterer og planlegger
- Ha en god plan, grundig metode
- For å være sikker, må de teste det flere ganger
- De må variere mye for å se hva som virkelig påvirker
- De observerer. Man må observere kun det som måles
- Nøyaktig observasjon. Ryddig tabell
- Diskutere årsaker til at dette skjedde
- Forståelsesfull konklusjon
- De må jobbe nøye hvis de skal få det publisert
Det er viktig å spørre seg hvordan læringsutbytte var. I vårt forskerspireprosjekt var målet ikke bare at elevene skulle lage og gjennomføre et forsøk, men at de skulle sitte igjen med kunnskap om forskning og pålitelighet. Vi hadde derfor en prøve i etterkant av prosjektet med oppgaver som etterspurte kunnskaper om forskning. På naturfag.no er denne prøven med innskrevne prøveresultater lagt ut. Der har vi også lagt ut flere detaljer om prosjektet slik vi gjennomførte det, samt referanser til utdypende lesing. I små skriftlige kommentarer skrev mange elever at prosjektet hadde vært artig og lærerikt.
Da vi utviklet og justerte undervisningsopplegget, trakk vi mye veksler på læringsteorier. Aktivering av forkunnskaper og forankring er inspirert av David Ausubels teori om begrepet forståelse. Strategisk bevegelse fra elevens til vitenskapens begrepsverden der elevene deltar i samtaler på alle stadier, er inspirert av Phil Scott m.fl. sin forskning på hvordan ulike typer dialoger kan fremme læringsarbeidet. Bevisthet om hvordan læring av nytt stoff gjennomløper tre faser, introdusjon – bearbeiding – befesting, og hvordan de ulke fasene kan trenge ulik tilrettelegging, har vi fra Olga Dysthe. Fra John Dewey har vi brukt to sentrale ideer om hvordan praktisk problemløsning, for eksempel eksperimentering, kan fremme interesse samtidig som det praktiske må følges opp med gjennomtenkning av erfaringer for å resultere i økt teoretisk forståelse. Sist men ikke minst har vi bygget på Norman G. Lederman sine oversiktsstudier som viser at et entydig resultat fra forskning på læring av naturvitenskapelig tenke- og arbeidsmåte er at slike kunnskaper ikke læres gjennom praktisk arbeid alene, men må undervises eksplisitt – slik vi gjør med andre faglige læringsmål.
Dette prosjektet inngikk i forskningsprosjektet Elever som forskere i naturfag som var støttet av Norges Forskningsråd.
Ausubel, D. (1963). The Psychology of Meaningful Verbal Learning. New York: Grune & Stratton
Dewey, J. (1996). Erfaring og tenkning (Oversatt av B. Christensen). I E. L. Dale (Red.), Skolens undervisning og barnets utvikling. Klassiske tekster (s. 53-66). Oslo: Ad Notam Gyldendal. (finnes også på www.ilt.columbia.edu/publications/Projects/digitexts/dewey)
Dysthe, Olga (1996): Læring gjennom dialog - kva inneber det i høgare utdanning? I: Dysthe, Olga (red): Ulike perspektiv på læring og læringsforskning. Oslo: Cappelen Akademisk Forlag s. 105-135
Scott, P., Mortimer, E. and Aguiar, O. (2006). The tension between authoritative and dialogic discourse: a fundamental characteristic of meaning making interactions in high school science lessons. Science Education, 90, 605-631.
Lederman N. G. (2007). Nature of Science: Past, Present, and Future. I Sandra K. Abell and Norman G. Lederman (red): Handbook of Research on Science Education. Routledge
En artikkel om vurdering ved utforskende arbeidsmåter, kjennetegn på måloppnåelse og mulig vurderingsmateriale.
Forskerspiren er et nytt område i LK06, og hovedområdet er formulert slik:
Naturvitenskapen framstår på to måter i naturfagundervisningen: Som et produkt som viser den kunnskapen vi har i dag og som en prosess som dreier seg om naturvitenskapelige metoder for å bygge kunnskap. Prosessene omfatter hypotesedanning, eksperimentering, systematiske observasjoner, åpenhet, diskusjoner, kritisk vurdering, argumentasjon, begrunnelser for konklusjoner og formidling. Forskerspiren skal ivareta disse dimensjonene i opplæringen.
I kompetansemålene for de ulike trinnene kan en se en utvikling fra elevens hverdagslige undring og iakttakelse fram mot naturfagets eksperimentelle arbeidsmåter. Vi ser også en utvikling i kompetansemålene fra hverdagsspråk fram mot språkbruk som er viktig (også) i naturvitenskapelige arbeidsmåter, som for eksempel å drøfte og argumentere. Forskerspiren får tydelig fram at praktisk arbeid henger sammen med arbeid med fagtekster (Knain, 2008).
Forskerspiren sier noe om hva som er viktige kompetanser i utforskende arbeidsmåter, men unngår å framstille vitenskapelige metoder som en fast oppskrift. Det er viktig.
Vurdering av kompetansemål i forskerspiren er like viktig som andre kompetansemål. Da er det viktig at sluttvurdering1 (av prosjektet, produktet ol.) og underveisvurdering spiller sammen. For sluttvurderingen trenger vi en beskrivelse av hvordan kompetansen som skal vurderes arter seg i praksis, og ulike grader av måloppnåelse. Underveisvurderingen blir viktig for å støtte elevenes utvikling fram mot målene som skal vurderes til slutt.
Prosjektet Elever som forskere i naturfag, ElevForsk, har som mål å utvikle utforskende arbeidsmåter i tråd med forskerspiren og å knytte grunnleggende ferdigheter til dette.
I pilotprosjekter på skoler har vi sett viktigheten av at underveisvurdering og sluttvurdering henger tett sammen. I sluttvurderingen er produktet som skal komme ut av elevenes arbeid sentralt. Det er viktig at dette produktet er noe konkret og synlig, og ikke fokuserer på læringsprosesser i individet som ikke skal vurderes. På en av skolene som deltar i ElevForsk lagde en klasse en hjemmeside innenfor bærekraftig utvikling. Dette var produktet som ble laget. På en annen skole var det en utstilling (en plakat og gjerne en materiell modell eller en praktisk demonstrasjon) som var sluttresultat. Kjennetegn på måloppnåelse var da i begge tilfellene knyttet til disse produktene.
Det som ble tydelig i disse pilotprosjektene, var at kjennetegn på måloppnåelse ikke var godt nok forankret hos elevene. Det artet seg gjennom at målet for elevenes arbeid ikke var klart nok for alle elevene. Ikke minst viste det seg gjennom at elevene fikk problemer med å vurdere egen framdrift og gi tilbakemeldinger til hverandre. Sluttvurderingen krever en bevissthet og konkretisering av hva som skal produseres. For at underveisvurderingen skal få retning og innhold må elevene få et bevisst forhold til kjennetegnene på måloppnåelse gjennom strategiene som er beskrevet i denne artikkelen. Her inngår det å gi elevene gode eksempler på produktet som skal lages i ulike stadier, slik at de vet hvor de er i prosessen.
Hensikten med sluttvurdering er å gi eleven informasjon om måloppnåelse knyttet til læringsmålene for et undervisningsopplegg. Ved å beskrive hva som kjennetegner ulike grader av måloppnåelse kan læreren hjelpe elevene til å forstå hva de skal lære og hva som er forventet av dem. I forskrift til opplæringsloven er det av betydning at eleven deltar i vurderingsarbeidet med å tolke kompetansemålene og utvikle kjennetegn på måloppnåelse i faget. Det vil hjelpe elevene til å vurdere kvaliteten på eget arbeid, hva de mestrer og hva som skal til for å mestre bedre. Elevene trenger tre ting for at egenvurdering skal gi læring: Læringsmålene konkretisert gjennom kjennetegn på måloppnåelse (hva som er forventet av dem), hvor de er i forhold til målene og hvordan de skal gå fram for å fylle gapet.
Vurdering i forskerspiren er ikke bare knyttet til naturvitenskapelige metoder, men også kompetansemål som omhandler kommunikasjon og argumentasjon. Tabellen nedest på siden viser et eksempel på hvordan et læringsmål knyttet til argumentasjon kan konkretiseres gjennom kjennetegn på måloppnåelse ved ulik grad av mestring.
Dette er en samling teknikker læreren kan bruke for å få innsikt i elevenes læringsprosess. Noen av forslagene vil oppleves tidkrevende, og det kan være riktig å fokusere på en eller noen få teknikker av gangen.
Notater fra observasjoner
Læreren kan ta notater ved observasjoner av elevene når de arbeider. Vær klar på hensikten med notatene, det er ikke nødvendig å få med seg alt som blir sagt, men heller følge et bestemt tema eller en bestemt elev. Samtidig: vær åpen for ufortusette a-ha opplevelser.
Video
Video gir rike data som kan analyseres om og om igjen, slik at utbyttet blir mer enn direkte observasjoner alene. Opptak kan ses sammen med elevene for å få innspill på hva de tenkte og hvorfor de gjorde som de gjorde i en situasjon. Opptaket kan ses sammen med kolleger, og gi refleksjoner over egen praksis.
Lydopptak
Lydopptak gjør det mulig å lytte grundig på elevenes samtaler, og læreren kan få med seg flere samtaler enn de han eller hun selv deltar i eller observerer.
Bilder
Bilder kan brukes til å få elever til å snakke eller skrive om hva de gjorde da bildet ble tatt. De kan også brukes til å skape diskusjon i klassen. Det gir grunnlag for å følge opp elevenes oppfatninger om begrepskunnskap og om prosessen de er inne i.
Elevtekster
Elever skriver mange tekster i naturfag, spesielt labrapporter, ulike oppgavebesvarelser, logger osv. Innsikten i elevenes læring økes hvis læreren både leser tekstene og samtaler med elevene om dem. Slike elevtekster er typisk sammensatte, med bilder og ulike illustrasjoner i form av grafer, tabeller, diagrammer og tegninger.
Materielle produkter
Fysiske gjenstander som elevene lager, slik som fysiske modeller og produkter av forsøk, er naturligvis også kilde til innsikt.
Boka Weaving Science Inquiry and Continuous Assessment. Using Formative Assessment to Improve Learning (Carlson, Humphrey, & Reinhardt, 2003) har mange praktiske strategier og metoder for å vurdere Forskerspirekompetanser underveis.
Litteratur
Carlson, M. O. B., Humphrey, G. E., & Reinhardt, K. S. (2003). Weaving Science Inquiry and Continuous Assessment. Using Formative Assessment to Improve Learning. Thousand Oakes: Corwin Press.
Knain, E. (2008). Skriving omkring praktisk arbeid i naturfag. In J. Smidt & R. T. Lorentzen (Eds.), Skriving i alle fag (pp. 215-227). Oslo: Novus.
1Med sluttvurdering mener vi her den avsluttende vurderingen som skal gi elevene informasjon om grad av måloppnåelse knyttet til læringsmålene for et undervisningsopplegg.