Dias nummer 1 - Institut for Naturfagenes Didaktik...7.-9. klasse Redegøre for Jordens inddeling i klimazoner og plantebælter. Placere de væsentligste elementer i det globale vindsystem

Department of Science Education

Naturfagsdidaktiske problematikker

Elever, Naturvidenskab, Læring 22.marts 2011

Jens DolinInstitut for Naturfagenes Didaktik

Københavns Universitet


Hvorfor naturfagsdidaktik?

There is a lower bound of knowledge, below which the relationship between teacher knowledge and student performance does hold. But this lower bound is so low that it is not worth worrying about, at least with respect to algebra teachers and their knowledge of algebra. With "exposure" to courses, one can pick up an adequate amount of knowledge to be a "successful" teacher. Whether or not this holds for other grade levels is a subject for further study. But assuming that it does, and there is no reason to assume otherwise, then we, as teacher educators, should reexamine the role of grading and certifying agencies that currently guard the entrance to our profession. (p. 221)...The conclusion was that teacher knowledge of subject matter had little effect on student performance. (p. 222)

(Eisenberg 1977. Journal for Research in Mathematics education, p. 216-222)


Tendenser i naturfagsundervisningen

• Vægt på naturvidenskabernes metaaspekter, nature of science, how science works

• Læringsbaseret naturfagsundervisning, kompetencebaseretundervisning (hvad kan/skal man lære i ‘skolen’)

• Vægt på science-in-the-making, de videnskabelige processer, inquiry based science education etc.

• Vægt på dialog, argumentation, diskussion etc.

• Arbejde med motivation og interesse

• Udstrakt brug af netressourcer og it-værktøjer: Moodle, JiTT, Google, wiki, podcast, Skype, YouTube, Facebook, MySpace, Flickr, Second Life, Messenger …

• Ud af huset aktiviteter, autentiske aktiviteter, tværfaglighed

• Koblinger mellem formelle og uformelle læringsmiljøer

• Øget samarbejde lokalt og regionalt

• Øget ydre styring (tests, politisk opmærksomhed etc.)


Tre opgaver

En cyklist kører med konstant acceleration og har et vist øjeblik farten 12 km/t. 20 sekunder senere er farten 36 km/t.

Bestem cyklistens acceleration og den vejlængde, der tilbagelægges i de 20 sekunder.

For en konstant acceleret bevægelse med udgangshastighed v0 til tiden 0 gælder at den tilbagelagte vejlængde i tiden t er:

st = v0·t + ½·a·t2

Find st når v0 er 12 km/t, vt er 36 km/t og t er 20 sek.


Kvindernes 4x100 meter fri svømning – sidste længde

Forestil dig at du er sportskommentator til ovenstående svømmekonkurrence.

Skriv et manuskript til disse sidste 100m – og indtal det! (følg tiden i koo.systemet)


Hvornår har man lært naturfag?

Når man kan begreberneNår man kan teorierneNår man kan regne opgaverneNår man kan tale fagsprogetNår man kan begå sig i laboratoriet/udføre feltarbejdeNår man kan stille de rigtige spøærgsmålNår man kan bearbejde hverdagslivets problemstillinger

som involverer naturvidenskab…


Centrale sammenhænge

Hvordan læres fysik?

Hvad er fysikfagets indhold?

Hvordan foregår læring?

Hvad er for-målet med fysikundervis-ningen?

Hvad vil det sige at lære?

Fagopfattelse

Læringsopfattelse

Dannelse/kvalifika-tion/kompetence Love og

regler

Traditioner

Læringsteorier

Undervisningens tilrettelæggelse

Emnevalg

Arb. for-mer

Uv. mil-jø

Elevan-svar

Lærerpositioner

Evalueringsformer


Forskellige forestillinger om læringHvad vil det sige at lære noget?




Forskellige forestillinger om læringHvad vil det sige at lære noget?

På tværs af alder og område kan svarene kategoriseres:

1. Kvantitativ forøgelse af viden

2. At kunne huske og reproducere

3. At kunne tilegne sig og anvende viden

4. At kunne forstå

5. At ændre sin viden og derigennem sin tolkning af verden

6. At ændre sin tolkning og derigennem ændre sig som person

Der er en tæt sammenhæng mellem forestillingerne om læring og (ofte ubevidst) valg af studiestrategi:

Forestillingerne om læring er med til at bestemme læringsresultatet!


Tre grupper af kognitive arbejdsformer

Al kognitiv læringsaktivitet kan (vistnok) inddeles i tre kategorier:

Repetition: Det som skal læres gentages i relativ uforandret form (mundtlig genfortælling, understregning, afskrift, …)

Omorganisering: Det der skal læres organiseres på en ny måde. Hjælper med til at overføre viden til langtidshukommelsen og skaber sammenhæng i stoffet (sortere, hierarkisere, konstruere begrebskort, …)

Viderebearbejdning: Går videre end, bag om, den givne viden og den ny information (meddigtning, indlevelse, rollespil, casearbejde, projektarbejde, formidlingsopgaver, tænkespørgsmål, …)


Begrebskort

er en visualisering af sammenhænge mellem de begreber og øvrige forhold som konstituerer et fagligt felt.

Sammen-hænge/love

Fysisk formel

udtrykkes ved

Lineær sammenhæng

kan være

Fysiske størrelser

forbinder

Størrelse Enhed

har har

hører sammen

Proportionalitet

specielt

F=mg m=ρV

fx fx


Begrebskort

- lærer eleverne at finde nøglebegreber i en tekst og at identificere relationer mellem dem

- er et redskab til at diskutere meninger om stoffet, opøver et sprog om begreberne

- ved arbejdet visualiseres begreber og deres indbyrdes relationer –hvilket letter hukommelsen af dem

- giver overblik over om man har glemt eller misforstået noget- ofte opdages ved opbygningen nye relationer og meninger- eleverne konstruerer selv deres forståelse frem for at reproducere

bogens eller lærerens- ved omstrukturering af kortet gives tid til yderligere refleksion, dvs.

øget fortrolighed med begreberne, dvs. øget erkendelse.


Forskellige natursynFørst i oplysningstiden i 1700-tallet vinder det mekaniske natursyn frem. I overensstemmelse med Newtonsopstilling af naturlove opfatter den nye naturvidenskab naturen som en maskine …


Dynamisk natursyn:Naturen skal ikke beskyttes i menneskefrie reservater, men såmange som muligt skal have mulighed for at bruge den, uden at den bliver mere nedslidt end den er i dag.


I starten af 1900-tallet og især i 1930’erne komdet funktionalistiske natursyn til. Med industrialiseringen kommer der for mange en opsplitning mellem arbejde og fritid, og den øgede urbanisering nødvendiggør en planlægning for at tilfredsstille menneskersbehov for grønne områder


Konstruktivistisk læring

Eksisterende viden Ny informationNye fænomener

tolker

modificerer

Ny viden


Hvad er naturfaglig kompetence?

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.

Færdighed i at kunne anvende naturvidenskabelig baseret viden; at kunne genkende naturvidenskabelige spørgsmål og kunne drage slutninger pågrundlag af naturvidenskabelige kendsgerninger i bestræbelsen på at forstå og være med til at træffe afgørelser om den naturgivne omverden og de påvirkninger af den, som menneskers aktiviteter medfører. (PISA sc. literacy)


Naturvidenskabernes erkendeformer

I praksis findes nogle karakteristiske erkendelsesformer som naturvidenskaberne i høj grad bygger på:

reduktionismekausalitet

vekselvirkning omverden-teori

beskrivelse, analyse, præsentation

(modellering)

(empirihåndtering, eksperimenter, feltarbejde)

(repræsentationer)

verifikation/falsifikation (videnskabsteori)


Naturfaglige kompetencer i FNU-rapporten

• Empirikompetence

at kunne observere, beskrive og klassificereat kunne eksperimentere og udføre feltarbejde (anvende måleudstyr, kende fejlkilder og usikkerhed, …)at kunne behandle data

• Modelleringskompetenceat kunne udvælge og behandle variableat kunne bestemme kausalitet, verificere, falsificere, …at kende til og kunne anvende forskellige modeller og modeltyper

• Repræsentationskompetenceat kunne bruge de forskellige repræsentationer for naturens fænomener og kende deres styrker og svaghederat kunne skifte mellem de forskellige repræsentationsformer

• Perspektiveringskompetenceat kunne perspektivere naturvidenskabelig viden og naturvidenskaben selv


Kompetenceprogression gennem skoleforløbet

Kompetence til at

anvende faget selvstændigt, komplekst og i praksissammenhæng

Kompetence til at kunne perspektivere naturfagene fagligt og kulturelt

Kompetence til demokratisk deltagelse på et informeret, naturvidenskabeligt grundlag

Kompetence til at håndtere hverdagens naturfaglige og teknologiske aspekter funktionelt

Kompetence til at gribe verden ved at opleve, beskrive og undersøge Førskole-niveau

Grundskolens yngste klasser

Grundskolens mellemste klasser

Grundskolens ældste klasser

Ungdoms-uddannelser

Videregående uddannelser


Eksperimentel kompetence på langs i uddannelsessystemet

7.-9. klasse

Forstå og vurdere sammenhængen mellem data og konklusioner (fx vurdere de usikkerheder, der er ved at flere forskellige personer aflæser et enkelt termometer)At være i stand til at vurdere kvaliteten af naturvidenskabelig information på baggrund af kilde, bevisførelse og konklusionskraftKunne udvælge og anvende det nødvendige og mest hensigtsmæssige måleudstyr til en given opgaveGradvist begynde at generalisere resultater fra ét eksperiment til det almene

1.-2. g Opstille og anvende mere komplekse eksperimentelle opstillinger/metoder. Vurdere disse opstillingers/metoders anvendelighed til den givne opgave. Tage stilling til sikkerhed og affaldshåndtering i forbindelse med eksperimentet. Forstå forskellen mellem idealiseret eksperiment og reel virkelighed, og dermed forstå eksperimentets begrænsninger. Kendskab til det naturfaglige eksperiment som et kulturelt fænomen (dvs. eksperimentets idé om verifikation/falsifikation som betingende for velfærdssamfundets udvikling)

Videre-gåendeuddan-nelser

Med baggrund i dybdegående teoretisk viden selvstændigt og under rette sikkerhedsforhold at kunne opstille, udføre, anvende, vurdere og videreudvikle eksperimentelt arbejde


Progression i emnet klima7.-9. klasse Redegøre for Jordens inddeling i klimazoner og plantebælter.

Placere de væsentligste elementer i det globale vindsystem på verdenskortet.Anvende enkle begreber i beskrivelse af vejr og klima.Kunne skelne mellem naturlige klimasvingninger og samfundenes påvirkning af Jordens klima.Kunne foretage enkle geografiske undersøgelser, herunder vejrobservationer, i lokalområdet og på ekskursioner

1.-2. g Kunne bruge det primære vindsystem til forståelse af regionale og globale variationer i temperatur og nedbør.Kunne aflæse og anvende hydrotermfigurer.Kunne aflæse vejrkort.

Videre-gåendeuddannelser

Kunne foretage avancerede beregninger og modelbetragtninger


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?


To scenarier for f/k-undervisning

Emne: EnergiFormål: At lære 1. (og 2.?) hovedsætn

At kunne konvertere mellem forskellige energiformer

Formål: At overbevise en husejer om konkrete energibesparelser

En undervisningssekvensLektie: Individuel undersøgelse af eget hus’ energiforbrug.- sml. resultaterne i grupper- valg af hus- påbegynd opstilling af model for et hus’ energiflowNy lektie: Søgning efter nødvendig faglig viden (energiflowmåder, k-værdiberegning, …)

En undervisningssekvensLektie: Lærebog side 32-37.- læreren/eleverne spørger til forståelsesproblemer- gruppearbejde om udvalgte opgaver- øvelser om vands varmekapacitet- klasseopsamlingNy Lektie: Aflevere opgave 2.1, 2.4 og 2.5. Læse s. 37-43 i lærebog. Samlet produktkrav: Løsning af 2 opgave-sæt og aflevering af fysikrapport.

Samlet produktkrav: Udarbejde informationsfolder til husejer.

Overordnet formål: At lære fysik/kemi Overordnet formål: At lære at forholde sig til autentiske problemer med fysisk/kemisk indhold


Undervisningsmæssige konsekvenser

En undervisning, der retter sig mod elevernes kompetenceudvikling, er karakteriseret ved

• arbejde med komplekse problemstillinger

• lærerstøttet opdagelse (fra få til mange frihedsgrader)

• problemorientering

• åbne spørgsmål (usikkerhed og tvivl)

• høj elevaktivitet

• gruppeorganisering (praksisfællesskaber)

En sådan undervisning kan siges at være udforskningsbaseret ogfællesskabsorganiseret.


En kompetencefremmende naturfagsundervisning

• lægger vægt på science-in-the-making, de videnskabeligeprocesser, frem for ready-made-science

• er undersøgelsesbaseret, inquiry based science education, problem based, innovativ etc.

• inddrager naturvidenskabernes metaaspekter, nature of science, how science works

• arbejder med kontroversielle problemstillinger med naturvidenskabeligt indhold (klimaændringer, genmanipulation, a-kraft, …)

• lægger vægt på dialog, argumentation, diskussion etc.

• gør udstrakt brug af netressourcer og it-værktøjer: Moodle, JiTT, programmel, Google, wiki, podcast, Skype, YouTube, Facebook, MySpace, Flickr, Second Life, Messenger …

• kobler forskellige læringsmiljøer (skolen, museer, virksomheder, myndigheder, organisationer …)


Udgangspunkter

1. At lære naturvidenskab er at lære naturvidenskabens sprog.

I den forstand er alle lærere sproglærere

2. Naturvidenskabssproget er forskelligt fra hverdagssproget.

Der er ikke kun tale om sproglige problemer, men også kulturelle

3. Sproget (det skrevne og talte) er kun en blandt mange repræsentationer(modaliteter) af viden.

Især naturvidenskaberne betjener sig af mange fagspecifikkerepræsentationsformer (diagrammer, modeller, formler, praktisk arbejde, gestik etc.) som også skal sprogliggøres.


Sprogets betydning

Sprogets struktur er ikke en enkel afspejling af tankens struktur …En tanke som omsættes i sprog omstruktureres og forandres. Tanken bliver ikke udtrykt i ordet, den bliver til gennem ordet. (Vygotsky 1971).


Konstruktion af naturvidenskabelige forklaringer

”Hverdagsforklaringer består af kendte ting der udfører kendte aktiviteter. Naturvidenskabelige forklaringer består ofte af ukendte størrelser som gør ukendteting, og eleven er en fremmed i en fremmed verden. Derfor hænger mange forklaringer i naturfagsklassen ikke på forklaring af fænomener, men på forklaring afressourcer som eleven har brug for til at forklare fænomenet..” (Ogborn et al., p. 13).

Naturvidenskabelige forklaringer først bliver mulige og meningsfulde, når man har konstrueret de nødvendige entities, dvs. har det nødvendige minimum af klarhed over, hvad de enkelte begreber er og kan:

Before we can explain respiration we have to tell about lungs, blood, oxygen, carbon-dioxide and hemoglobin. (p.13)

Ifølge Ogborn et al (1996) er en forklaring en særlig historie, som • bygger på et sæt af aktører/hovedrollehavere, som i naturvidenskab oftest

ikke er personer, men begreber. • normalt forudsætter, at det er klart, hvad den enkelte aktør er og kan.• indebærer en serie af hændelser, hvor aktørerne gør noget af det de kan• hændelserne har en konsekvens eller et udfald i overensstemmelse med

naturen af aktører og hændelsesforløbet. Her indføjes et element af årsag-virkning til den forklarende historie.


Brug af fagsprog fremmes ved at

• give eleverne mulighed for at praktisere naturfags-snak (tale i længere tid, skrive mere, stille spørgsmål, diskutere indbyrdes)

• lære eleverne hvorledes de kombinerer fagbegreber og bruger fagsprog (udpege specielle fagvendinger, fokusere på nøglebegreber, lave begrebskort, omformulere fagudsagn)

• diskutere elevernes hverdagsopfattelser af emnet (få alle til at formulere deres egen opfattelse, relatere til etableret fagsprog)

•lære eleverne de forskellige faglige genrer(talesproget, fagopgaver, øvelsesrapporter)

bygge bro mellem hverdagssprog og videnskabeligt sprog ved at- lade eleverne udtrykke faget i deres eget sprog(beskrive med egne ord, beskrive fx figurer så ikke-fagkyndige forstår dem)

- lære eleverne at beskrive hverdagsfænomener ved hjælp af fagets sprog- lade eleverne udtrykke sig om faget på ikke-logisk/deduktive måder(lave historier, tegne, agere).


Dialogisk læring

Mening opstår i dialogen og samspillet mellem de talende- responsen er det aktiverende princip- forståelse forudsætter respons- dialogen konstitueres af spændingen mellem dialogpartnerne- de uafklarede sider, usikkerhederne, mulighederne åbner for de involveredes engagement og forsøg på meningstilskrivelse

Det autoritative ord- hierarkisk, fjernt, kræver ureflekteret tilslutning- er der uafhængigt af eleven, ”the word of the fathers”Det autoritative ord binder os, uafhængigt af hvilken magt det ville have til at overbevise os

(Bakhtin 1981, p. 342)

Det indre overbevisende ord- afsøgende, nært, en stadig udfordring til nye, selvstændige formuleringer- giver rum til fællesskabets og den enkeltes meninger, er halvt ens eget og halvt andresDen semantiske struktur af en indre overbevisende diskurs er ikke definitiv, den er åben; …

(Bakhtin 1981, p. 346)


Dialogisk undervisning

Eleverne i det flerstemmige klasserum• bliver set og hørt• får en stemme• får faglig tillid• bliver engagerede• lærer at udtrykke sin faglige indsigt• skriftligt og mundtligt• er i dialog med de andre elever• er i dialog med læreren

(efter Olga Dysthe)

Lærerens rolle i den dialogiske undervisning er at• stille autentiske spørgsmål• stille opfølgende spørgsmål• værdsætte elevsvar• gøre stemmerne tydelige• præcisere enighed og uenighed• udfordre• tydeliggøre konflikter• tilføre ny information• opsummere• give plads til og fremme reflektion


Dialogfremmende tiltag

Den indre dialog med stoffet kan fremmes gennem• opøvning i notatteknik• logskrivning/studiebog• fokuseret forberedelse• at lære at stille spørgsmål• forskellige skriveteknikker

Dialogen mellem eleverne kan fremmes gennem• summegrupper• pararbejde• styret gruppearbejde• aktiverende arbejdsformer (fx begrebskort)• ikke-monologisk undervisning.

Documents

Dias nummer 1 - Institut for Naturfagenes Didaktik...7.-9. klasse Redegøre for Jordens inddeling i klimazoner og plantebælter. Placere de væsentligste elementer i det globale vindsystem