Click here to load reader

Metoder i naturfag -en antologi

  • View
    256

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

En antologi udarbejdet i forlængelse af Experimentariums kompetenceudviklingsprojekt for natur/teknik-lærere; MetodeLab. 2009 / 2010 Design, layout og illustrationer.

Text of Metoder i naturfag -en antologi

  • - en antologi

  • Metoder i naturfag en antologi

    Faglig redaktionSara Tougaard og Lene Hybel Kofod

    ProduktionsredaktionMette Rehfeld Meltinis og Morten Kisendal Fabricius

    . . . . . . . . . . . . . . .

    Omslag og layoutTine Vognsen, www.gulstue.com

    TrykKolind Bogtrykkeri

    1. udgave 1. oplag 2009Oplag 6000 eksemplarerISBN 978-87-91400-24-7

    Mekanisk, fotografisk eller anden gengivelse eller mangfoldiggrelse af denne bog eller dele af den er ikke tilladt iflge dansk lov om ophavsret.

    Copyright Experimentarium 2009

    . . . . . . . . . . . . . . .

    Tuborg Havnevej 72900 Hellerup

    www.experimentarium.dkwww.metodelab.dk

  • 1. delHvorfor fokus p metoder i naturfag?

    1 // St metoderne p skemaet! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . side 5Af Sara Tougaard og Lene Hybel Kofod Hvorfor er det vigtigt at undervise i undersgelsesmetoderi natur/teknik? Og hvordan kan man skelne mellem forskellige undersgelsesmetoder?

    2. delVidenskabsfag og skolefag. Perspektiver p naturfaglige undersgelsesmetoder og videnskabsteori

    2 // Videnskabsteori noget for skolens naturfag? . . . . . . . . . . . . side 11 Af Svein SjbergHvordan skal naturfaglige metoder og videnskabsteori forsts i forhold til naturfag i en almendannende skole? Og hvad br lrere og elever vide om det?

    3 // At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . side 25Af Lars Brian KroghSkal de arbejdsmetoder og -former, som skoleelever arbejder efter i skolen, vre identiske med forskningens metoder og arbejdsformer?

    4 // Frdigheder i faget natur/teknik - hvad siger Flles Ml 2009? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . side 49Af Peter NorrildEr det med udgangspunkt i faghftet for natur/teknik muligt at opstille en overskuelig oversigt over de frdigheder, eleverne skal opn og progressionen heri?

    Indhold

  • 3. delAt stte metode-lringsml i natur/teknik-undervisningen

    5 // At udvikle og evaluere praktisk arbejde i naturfag . . . . . . . . . side 63Af Robin MillarHvordan kan lreren sikre sig, at hun tnker i bde lringsml og aktivitetsml i planlgningen af det praktiske arbejde? Og hvordan sikrer hun sig, at hun tnker i bde frdigheder og kundskaber?

    6 // Lringsml, tilrettelggelse og prsentation en beskrivelse af nuancerne i praktisk arbejde . . . . . . . . . . . . . side 71Af Robin Millar Hvordan fr lreren overblik over de mange nuancer i praktisk arbejde? Og hvordan kan hun systematisere sin planlgning?

    7 // Lrerens sprgsml til eleverne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .side 91Af Jos ElstgeestHvordan kan natur/teknik-lreren ve sig i at stille eleverne de rigtige sprgsml p det rigtige tidspunkt? Og hvad er forskellen p produktive og uproduktive sprgsml?

    8 // Elevsprgsml i natur/teknik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . side 103Af Sheila JellyHvordan kan lreren skrpe sin opmrksom p de sprgsml og undringer eleverne har? Og hvordan kan de omsttes til spndende naturfaglige undersgelser?

  • Experimentariums forord

    Denne bog er blevet til som en del af projektet MetodeLab, et kompetenceudvik-lingsprojekt for natur/teknik-lrere. MetodeLab er udtnkt, udviklet og gennem-frt af en projektgruppe fra Experimentariums udviklingsafdeling. Projektet MetodeLab bygger p ideen om at stte metoderne p skemaet i natur/teknik.

    Vi er stolte af og glade for at kunne udgive denne samling vidt forskellige naturfagsdidaktiske bidrag som dog alle har interessen for arbejdsmder & tanke-gange og naturfaglige undersgelsesmetoder til flles. Alle bidrag, undtagen kapitel 7 og 8 er skrevet specielt til denne antologi og vi vil gerne takke professor Robin Millar, professor Svein Sjberg, lektor Lars Brian Krogh og Peter Norrild for deres bidrag og store imdekommenhed, og for at de har givet os fornemmelsen af, at vores projekt ogs er deres. Antologien er tnkt som en forlngelse af MetodeLab-kurserne og hvert af de 8 kapitler uddyber og perspektiverer temaer og begreber som har vret introdu-ceret p kursene. Vi er dog overbevist om at de forskellige kapitler ogs kan inte-ressere og inspirere lrerstuderende, naturfagslrere og naturfagsdidaktikere. Det er vores hb at antologien vil bidrage til den pgende debat om faget natur/teknik og naturfagslrernes kompetencer.

    Vi vil gerne rette en srlig tak til: Lundbeckfonden for gennem geners donation at have muliggjort projektet. Institutleder Jens Dolin, Institut for Naturfagenes Didaktik, KU, som har givet os uvurderlig sparring og fagdidaktiske slag over fingrene - og en is.

    Annemarie Mller Andersen og Helene Srensen, Danmarks Pdagogiske Universitetsskole, AU, for at bist med at trkke de store linjer op. Anders Isnes, leder af Nasjonalt Naturfagsenter i Oslo, og lrer Ingvill Krogstad Svanes samt Eiksmarka Skole, for stor inspiration og gstfrihed.

    Morten Kisendal Fabricius, Projektleder for MetodeLab

    Lene Hybel Kofod, Mette Rehfeld Meltinis,

    Helle Rimmer og Sara Tougaard, MetodeLab-projektgruppen

    Hellerup, august 2009

  • Undervisningsministerens forord

    I mange r har jeg indledt august med det traditionsrige Sor-mde. Jeg tog selv initiativ til disse mder i begyndelsen af 1980erne, som siden har dannet ramme for berigende drftelser om vigtige uddannelsesemner. I r var Natur, teknik og sundhed p dagsordenen.

    Sor har altid udgjort en betagende og inspirerende ramme for mderne. Men srligt i r fltes det helt oplagt at vre tt p sen og skoven.

    Jeg ved godt, at natur og teknik er meget mere end vandhuller, bjrneklo og my-retuer. For natur og teknik handler ogs om, at eleverne tilegner sig naturviden-skabelige metoder, som gr dem i stand til at anvende iagttagelser til at formulere relevante sprgsml, opstille hypoteser og modeller. Dette er ikke ensbetydende med, at elever i 1.-6. klasse alle skal vre sm forskere, men vi skal vre am-bitise med vores undervisning i natur og teknik. Naturvidenskab skal ikke vre forbeholdt nanoteknologer og havbiologer.

    Det er mit hb, at MetodeLab-antologien vil vre en inspiration for jer, som dagligt lfter denne opgave for tusindvis af elever, og at antologien vil bekrfte jer i, at undervisning i natur og teknik var et rigtigt godt valg.

    Undervisningsminister Bertel Haarder

    August 2009

  • St metoderne p skemaet! 1

  • St metoderne p skemaet! 1

    Skolefaget natur/teknik er p en og samme tid et meget lille fag og et meget stort fag. Det er lille i den forstand, at timetallet i lange perioder kan begrn-se sig til en enkelt lektion om ugen. P den anden side er faget stort, nr omfanget at trinml og slutml studeres. Desuden har natur/teknik sin egen fagidentitet samtidig med, at det retter sig imod overbygningens naturfag: Biologi, geografi og fysik/kemi.

    Flles Ml for natur/teknik indeholder fire centrale kundskabs- og frdig-hedsomrder: Arbejdsmder og tankegange, Den nre omverden, Den fjer-ne omverden samt Menneskets samspil med naturen. Vi tillader os at bryde med den normale rkkeflge for de fire omrder, fordi vi giver omrdet Arbejdsmder og tankegange tiltrngt opmrksomhed i denne antologi.

    Med St metoderne p skemaet! opfordrer vi helt konkret natur/teknik-l-rerne til at opstille metode-lringsml for eleverne af og til. For det er lige s vsentligt, at eleverne kan gre rede for, hvad en variabel eller en hypotese er, som at de kan gre rede for, hvad et pattedyr eller et kompas er. Med andre ord peger vi p, at Arbejdsmder og tankegange er et selvstndigt indholdsomrde i faget samtidig med, at det angiver, hvordan der skal arbej-des med de vrige indholdsomrder. Mange naturfagsdidaktikere peger p vigtigheden af, at eleverne trner for-skellige undersgelsesmetoder. En beherskelse af undersgelsesmetoderne i natur/teknik giver kontinuitet og sammenhng i undervisningen. Gennem

    St metoderne p skemaet!Sara Tougaard og Lene Hybel Kofod

    Kapitel 1

  • St metoderne p skemaet! 3 2 Metoder i naturfag - en antologi St metoderne p skemaet! 3

    bevidst arbejde med metoderne erfarer eleverne, at de mder, man kan skaffe sig viden p i faget, gr igen uanset hvilket kundskabsomrde, der arbejdes med. Samtidig sikres en progression i forhold til naturfagene i overbygningen, da Arbejdsmder og tankegange gr igen i alle naturfag.

    Naturfag i skolen Naturfag i skolen, og dermed ogs natur/teknik, er almendannende fag. Nr natur/teknik beskrives som et almendannende fag, gres det med henvisning til fire forskellige argumenter:

    Man skal have naturfag i skolen, fordi samfundet og industrien har brug for at unge mennesker tager en naturvidenskabelig uddannelse.

    konomiargumentet

    det er nyttigt, at man kan finde ud af praktiske greml i hverdagen, som eksempelvis at kunne samle en stikdse eller lse en varedeklaration.

    Nytteargumentet

    man som borger har pligt til at trffe beslutninger for sig selv og sin familie og at mange beslutninger involverer naturvidenskabelig viden.

    Demokratiargumentet

    naturvidenskaben er en del af vores kultur, og fordi den videnskabelige argumentation anses for at vre kulturbrende.

    Kulturargumentet

    Det vil sige, at nr man betragter naturfag, og dermed ogs natur/teknik, som et almendannende fag bliver det tydeligt, at undervisningen i faget og de praktiske aktiviteter, som finder sted i timerne, skal betragtes som en under-visning i fagets indhold og metoder ved hjlp af praktiske aktiviteter. Natur-fagsundervisningen i skolen skal ikke strbe efter at lave minividenskab. Men den skal give eleverne kendskab til naturfaglige undersgelsesemetoder.

    Naturfaglige undersgelsesmetoder

    De naturfaglige metoder kan opfattes som de spilleregler, alle naturfag har tilflles. Metoderne udgr et srlig fagsprog og en srlig mde at skaffe sig viden om verden p, ligesom andre fag i skolens fagrkke har et srligt sprog og en srlig metodik.

  • St metoderne p skemaet! 3St metoderne p skemaet! 3

    Naturfag, og dermed ogs natur/teknik, henter bde sit indhold og sine ar-bejdsmetoder i videnskabsfagene fysik, kemi, geografi og biologi. Metoderne, der arbejdes med i naturfag, er alts lnt fra naturvidenskaberne, men det er ikke meningen, at naturfag i skolen skal vre et miniformat af universitets-forskning.

    MetodeLabModellenDe fem undersgelsesmetoder er formuleret til skolefaget natur/teknik. I navngivningen af de fem undersgelsesmetoder er der anvendt ord og begreber, som allerede bruges i bde lrebger og lovtekst. I denne tekst er det alts MetodeLabs1 definition af eksempelvis Eks-periment og Prv-dig-frem, der bruges, vel vidende at andre definerer begreberne p andre mder.

    Modeller Prv-dig-frem

    Observation Sprg, ls og sg

    Eksperiment

    Konklusion

    SprgsmlUndring

    GtFormodningHypotese

    UndersgelseMling

    Dataindsamling

    Fortolkning af data

    1MetodeLab er et kompetenceudviklingsprojekt for natur/teknik-lrere, som er udtnkt, udviklet og gen-nemfrt af Experimentarium. Projektet MetodeLab bygger p ideen om at stte metoderne p skemaet i natur/teknik.

    MetodeLabModellen organiserer og anskueliggr forskellige begreber i na-turfagenes metoder. Cirklen i modellen er en simplificering af en videnska-belig proces, som gr fra enkeltundersgelser til videnskabelig viden og ind-sigt. Ideelt set starter den videnskabelige proces i et sprgsml, som bliver omformuleret til en hypotese. Hypotesen eller formodningen forflges i en

  • St metoderne p skemaet! 5 4 Metoder i naturfag - en antologi St metoderne p skemaet! 5

    undersgelse, som resulterer i en form for data, som skal behandles og tol-kes for at kunne svare p sprgsmlet og uddrage konklusioner i form af lovmssigheder.Nr man fremstiller naturvidenskaben som en simpel strben efter mere og mere viden, overser man blandt andet det faktum, at naturvidenskaben er li-ges interesseret i at undersge, ikke kun hvad man mener at vide, men ogs i at undersge og diskutere hvordan man ved det. Indenfor naturvidenskaben er det alts ikke nok, at en forsker kan fortlle, hvad hun ved, hun skal ogs redegre for, hvordan hun er net frem til sine resultater. Med andre ord: Hvil-ken metode hun har brugt. Valget af undersgelsesmetode kan vre kilde til endda meget stor debat blandt forskere og valget af undersgelsesmetode vil ogs vre indlejret i den samtid samt de normer og vrdier som omgiver forskeren og/eller forskerteamet.

    I forhold til naturfagslrerens planlgning og gennemfrelse af undervis-ning med fokus p metoder er det vigtigt at bemrke, at MetodeLabModellen netop bare er en model. Hverken videnskabelig forskning eller undervisning i naturfag i skolen foregr nr s stringent. Modellen er da heller ikke et plan-lgningsvrktj, men blot en afspejling af hvordan vi definerer feltet.I den daglige undervisning kan undersgelsen af et fnomen starte andre steder end i et sprgsml. Processen kan starte i valget af undersgelses-metode, liges vel som den kan starte i en formodning om en sammenhng. Desuden vil bde en forskers undersgelsesproces og et undervisningsfor-lb i en natur/teknik-klasse kunne komme cirklen rundt flere gange, mens der arbejdes.

    Fem forskellige undersgelsesmetoderVi skelner mellem fem forskellige undersgelsesmetoder, som er formuleret til skolefaget natur/teknik: Observation, Prv-dig-frem, Modeller, Eksperiment og Sg/ls/sprg.

    I den flgende beskrivelse bliver forskelle mellem de fem undersgelsesme-toder trukket meget tydeligt op, ligesom srlige karakteristika understreges. I realiteten str en metode dog sjldent helt alene, de griber ind i hinanden. Men hver undersgelsesmetode har sine regler, datatyper og fordele. Det er vigtigt for en natur/teknik-lrer at vide, hvornr man bruger hvilket regelst og at kende styrker og svagheder ved de forskellige undersgelsesmetoder.

  • St metoderne p skemaet! 5St metoderne p skemaet! 5

    Desuden kan det vre mere enkelt for eleverne at f greb om naturfagenes metoder, hvis der skabes en form for systematik i metoderne.

    Observation

    Observationer er omhyggelige registreringer af, hvad man sanser. Observa-tioner kan involvere alle sanser og kan vre forstrket med mleudstyr (kik-kert, lydoptager, vgt, mlebnd osv.). I observationer skrpes elevernes opmrksomhed i jagten p at finde forskelle, ligheder, detaljer og mnstre. Eksemplerne p observation som undersgelsesmetode i natur/teknik er mange og omfatter alt fra simple iagttagelser af havens dyreliv, over mlin-ger af UV-indekset, til organdissektion samt aflsninger af kort og tabeller. Observation er en selvstndig undersgelsesmetode, men observation er samtidig en integreret del af de andre undersgelsesmetoder. Nr man arbejder med observation er det vigtigt at vre opmrksom p, at alle ikke ser det samme, selvom man er eksponeret for det samme og at forskelle og ligheder ikke ndvendigvis springer i jnene p eleverne. Derfor kan det vre ndvendigt at strukturere og systematisere observationerne. Mlet for observationer er systematiseret dataindsamling og resultatet af observationer vil vre en rkke data, som efterflgende skal organiseres og fortolkes. I naturvidenskaben tilstrbes det at beskrive og registrere sine observationer meget nje, s det er muligt for andre at diskutere tolkningen af observationen.

    Prv-dig-frem

    Prv-dig-frem er en meget resultatorienteret undersgelsesmetode, hvor der er hovedvgt p at finde en konkret lsning p et problem eller et tilfredsstil-lende svar p et sprgsml. Prv-dig-frem lgger op til lreprocesser, hvor ideer kan afprves og forkastes intuitivt og uden strre systematik.Karakteristisk for Prv-dig-frem er, at eleverne i deres arbejde inddrager de ubevidste forestillinger og hypoteser, de har om emnet. I klassens natur/teknik-undervisning er der mange muligheder for at lave Prv-dig-frem, nr klassen bliver udfordret til at bygge broer og bygninger eller nr eleverne skal finde ud af, hvordan man fr en pre til at lyse. Det er ikke et krav, at der sker systematisk dataindsamling i Prv-dig-frem, da der ofte er fokus p, at eleverne skal prve s mange mder som muligt og netop bare prve-sig-frem. Data kan dog gres hndgribelige i form af logbger med lbende notater om hypoteser, succeser og fiaskoer. Det er blot vigtigt at holde fokus p, at eleverne prver sig frem, forflger ideer og

  • St metoderne p skemaet! 7 6 Metoder i naturfag - en antologi St metoderne p skemaet! 7

    gr sig mange erfaringer, mere end at lgge fokus p en sirlig logbog. I Prv-dig-frem kan der vre god basis for, at eleverne fr lejlighed til at formulere ideer og hypoteser til andre undersgelser.

    Modeller

    Modeller er forsimplede, overskuelige gengivelser af udvalgte dele af virke-ligheden. Modeller kan vre teoretiske eller fysiske. Modeller er ndvendige, nr komplicerede sammenhnge skal anskueliggres og modeller kan hjl-pe, nr man skal danne sig et overblik over den viden, man har om et felt.I naturfag er modeller en vsentlig del af undervisningen og findes i lre-bgernes illustrationer og grafer. Modellerne str ogs p naturfagslokalets hylder i form af globusser, verdenskort, kosystemer i glasbowler osv. Mo-dellernes styrke i naturfagene er blandt andet, at de tillader, at man kan tale om dele af virkeligheden uden at det er konkret tilstede i undervisningen. Eksempelvis kan klassen arbejde med modeller af fdekder i skoven uden ndvendigvis at tage alle skovens dyr med ind i klassen. Eller man kan be-grebsliggre principperne i et rensningsanlg ved at bygge et i miniformat i klassen. Den store udfordring med modeller er, at det krver hj abstraktionsevne at forst, hvad modeller skal illustrere. Eksempelvis kan det vre en stor opgave for en elev at omstte streger og pile p en tegning til at vre en reprsentation af vandets kredslb. En models vrdi i undervisningssam-menhng afhnger alts af, om eleverne har bedre kendskab til modellen end til det modellen skal reprsentere. Modeller kan deles op i fysiske modeller og teoretiske modeller. Fysiske mo-deller kan man hndtere og kan eksempelvis vre kosystemer i glasbowler, et akvarium, plastikmodeller af jet eller af menneskets indre organer. Teore-tiske modeller er forskellige afbildninger p papir eller p pcens skrm. Det kan eksempelvis vre diagrammer, illustrationer, tabeller eller kort.

    Eksperiment

    Mlet i et eksperiment er at undersge sammenhngen mellem en bestemt rsag og virkning. I et eksperiment ndrer man kun p n variabel og holder alle andre variable konstante. Et eksperiment er meget struktureret og har typisk flgende forlb:

  • St metoderne p skemaet! 7St metoderne p skemaet! 7

    Eksperiment1 Hvad vil vi undersge?

    2 Hvad er vores hypotese? Hypotesen skal indeholde en formodning om en sammenhng mellem rsag/virkning

    3 Hvad er eksperimentets variable? Der er tre typer af variable: Den variabel man ndrer prsagenDen variabel man observerer/mlerVirkningenDe variable man holder konstante Fordi de kan have betydning for virkningen

    4 Hvordan kontrolleres de konstante variable?Variabelkontrollen er designet for eksperimentets forlb. Variabelkontrollen kan dkke alt fra udstyret man bruger, mden arbejdsgangene udfres p, til mden data indsamles p

    5 Test og dataindsamling Udfald (resultater) noteres

    6 Data diskuteres Er der sammenhng mellem rsag og virkning? Holdt hypotesen?

    7 Eventuel ny hypotese

    I klassens arbejde med et eksperiment vil meget af arbejdet og mange af erkendelserne ligge i variabelkontrollen. Det er i klassens diskussion af va-riabelkontrollen, at selve eksperimentet designes og planlgges til mindste detalje, s klassen er sikker p, at det er det rigtige rsag-virkning-forhold, som undersges. I klassens diskussion af eksperimentets udfald vil det ogs vre variabelkontrollen, som er til debat. Blev alle variable holdt konstante? Var det den rigtige variabel, vi mlte p? Mlte vi p den rigtige mde?Hvis klassen ikke synes, at de har fet svar p hypotesen, kan det fre til, at eleverne nsker at strukturere eksperimentet p en anden mde med en anden variabelkontrol eller mske en ny hypotese, hvor klassen undersger et andet muligt rsag-virkning-forhold. Nr klassen gennemfrer eksperimenter i undervisningen, br det blive ty-

  • St metoderne p skemaet! 9 8 Metoder i naturfag - en antologi St metoderne p skemaet! 9

    deligt, at klassens diskussion af eksperimentets resultater bliver til en diskus-sion af metoden, som blev brugt til at n resultatet.

    Sprg, sg og ls

    Sprg, sg og ls gr grundlggende ud p at sge viden og information i bger, p nettet eller gennem interviews. Sprg, sg og ls adskiller sig ikke vsentligt fra mange andre skolefags undersgelsesmetoder. Det er oplagt at Sprg, sg og ls gr forud for eller efterflger en af de fire andre under-sgelsesmetoder. Indenfor videnskaben vil man genfinde Sprg, sg og ls i almindelig research og i reviews.

    St metoderne p skemaet!Undersgelsesmetoder er centralt indhold i natur/teknik-undervisningen, og derfor anbefaler vi at stte metoder p skemaet gennem hele skoleret. At stte metoder p skemaet betyder, at lreren tilrettelgger elevaktiviteter med specifikke lringsml indenfor undersgelsesmetoder. Metode-lrings-ml kan for eksempel vre: Eleverne skal opn kendskab til variabelkontrol eller Eleverne skal opn kendskab til systematisering af data.Opstilling af sdanne lringsml indebrer, at de kundskabsemner, aktivite-terne handler om - eksempelvis insekter eller vejret - er sat helt i baggrunden. Med andre ord: Hensigten med aktiviteterne er, at eleverne fr trnet meto-der, ikke at de lrer noget om insekter eller vejret!Men mlet er naturligvis, at eleverne nr de har trnet undersgelsesme-toder tilstrkkeligt selvstndigt kan anvende deres nyerhvervede kompe-tencer indenfor alle mulige kundskabsemner.

  • St metoderne p skemaet! 9St metoderne p skemaet! 9

    Litteratur til videre lsning

    Om at stte metoderne p skemaet

    Kapitlerne 5, 6, 7 og 8 i denne antologi

    Abrahams, Ian & Robin Millar (2008): Does Practical work really work?, i: International Jour-

    nal of Science Education, 1-25, Taylor & Francis.

    Dillon, Justin (2008): A review of the Research on Practical Work in School Science, Kings Col-

    lege London.

    Harlen, Wynne (2001): Primary Scince Taking the Plunge, Heinemann.

    Kofod, Lene Hybel og Sara Tougaard (2009): MetodeKit. St metoder p skemaet. 14 aktiviteter

    til natur/teknik, Experimentarium.

    Leach, J. og A.C. Paulsen (red.)(1999): Practical work in science education Recent research

    studies, Roskilde: Roskilde University Press, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.

    NordLab (2002). www.nordlab.emu.dk

    Om naturfag i skolen

    Kapitel 2, 3 og 4 i denne antologi

    Andersen, Annemarie Mller (et al.) (2004): Naturfagsdidaktik som omrdedidaktik, i: Sch-

    nack, Karsten: Didaktik p kryds og tvrs, DPU.

    Busch, Henrik, Sebastian Horst & Rie Troelsen (2003): Inspiration til fremtidens naturfag,

    UVM.

    Paludan, Kirsten (2000): Videnskaben, Verden og Vi, rhus Universitetsforlag.

    Sjberg, Svein (2005): Naturfag som almendannelse - en kritisk fagdidaktik, Forlaget Klim.

  • 10 Metoder i naturfag - en antologi

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 11

    Videnskabsteori noget for skolens naturfag?

    Svein Sjberg

    Kapitel 2

    Videnskabelig metodik bestr af procedurer, s man undgr at blive snydt af sig selv og af andre.

    (Norsk lreplan, LK06, generel del)

    I videnskabsteorien stiller man sprgsml af typen: Hvad er naturvidenskab? Hvor sikker er vores viden om verden? Hvordan kommer forskerne frem til deres resultater? Hvordan bliver nye ideer anerkendt af andre? Eksisterer der n eller flere metoder, som kan give os den viden? Sprgsml som disse har optaget filosofferne alle dage. Sprgsmlene er mske heller ikke s ligetil, som man ved frste jekast skulle tro. For hvad er det egentlig, forskere i naturvidenskab laver? Jo, deres aktiviteter er mange-artede: De studerer hiv-virus, de leder efter liv p andre planeter, de studerer, hvordan klimaet p jorden ndres, de studerer fossiler, som er millioner af r gamle, de studerer stjernetger, som ligger milliarder af lysr fra os, de studerer parringsmnstre og social adfrd hos myrer, de knuser atomker-ner med udstyr, der koster nogenlunde det samme som et middelstort lands statsbudget, osv.

    Hvad er det, der fr os til at lgge alt det her i n og samme kasse og omtale det som naturvidenskab? Har disse forskellige omrder noget til flles? Og hvad er det eventuelt, de har flles: De genstande, objekter eller ting, man studerer? Eller er det de flles grundtrk i den viden, man finder frem til? El-ler er det de flles metoder for, hvordan man studerer disse ting? Den slags sprgsml er vigtige bde for filosofferne og for naturfagslreren.

  • 12 Metoder i naturfag - en antologi

    Videnskabeligt bevist!

    S stor er respekten for videnskaben, at man kan hre de mest absurde pstan-de, bare de bliver udtrykt i et sprog, hvor ordene ligner videnskabens udtryk og begreber.

    (James Clerk Maxwell (183179)

    Videnskabelig er et nsten magisk ord i vores kultur. Vi hrer ustandselig, at noget er videnskabeligt bevist, eller at forskning har vist at Forskning og videnskab bliver brugt for at give trovrdighed til produkter og ideer, til alt fra vaskemiddel til alternative behandlinger for krft. Nr nutidens forskere ryster p hovedet af mediernes misbrug af videnskab, og nr de grmmes over reklamens letkbte pstande om, at noget er vi-denskabeligt bevist, er det ikke nyt, som det fremgr af citatet ovenfor, der er formuleret af elektromagnetismens fader, James Clerk Maxwell, for 150 r siden.Ofte er det dem, der er allerlngst fra naturvidenskaben, som er hurtigst til at bruge den som argument. Men det forhold, den slags grupper har til naturvidenskab, er ofte prget af en strk ambivalens: P den ene side en nsegrus og overdreven beundring p den anden side en foragt og afsky. Bde foragten og beundringen udspringer ofte af uvidenhed om, hvad viden-skab egentlig er.

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 13

    Billedet p modstende side:Videnskabeligt bevist! Nsten alle produkter markedsfres i dag med henvisning til vi-denskab. Her er en lille detalje fra en reklame for sportsstrmper. Der henvises til billeder taget med nitrogen-afklet termisk scanner, og der er et virvar af komplicerede tekniske og videnskabelige begreber. Lader kbere sig imponere af den slags? Er det informativt eller bare taget med for at narre kberen?

    I den offentlige debat og i lrebger i naturfag refereres der til den naturvi-denskabelige metode. Der er en udbredt opfattelse af, at den naturvidenska-belige metode (det lyder, som om der kun er n) er en slags opskrift, hvor man skridt for skridt og ved enkle observationer og mlinger kommer frem til sikre resultater. Et sdant syn p naturvidenskabens vsen er uholdbart, og det reprsenterer en trivialisering af, hvad videnskaben er, og hvordan den arbejder.

    Enkel videnskabsteori: tre vigtige retninger

    Det er umuligt at undervise i en videnskab uden at give en slags billede af den. Derfor er det umuligt at undervise, uden at man ogs prsenterer en eller an-den form for videnskabsfilosofi.

    (videnskabsfilosoffen Gerard Fourez 1988)

    Bde lrere og forskere i naturfag er ofte usikre p, hvordan de skal forholde sig til de mange pstande, der fremsttes enten p vegne af videnskaben el-ler med videnskaben som skydeskive og fjendebillede. Det er pfaldende, at selv naturvidenskabsfolk, som har et langt fagstudium bag sig, sjldent har haft timer eller kurser, hvor de kritisk har studeret deres eget fags egenart, metoder og sociale forankring. Nr man aldrig ser sit eget fag udefra, kan man let komme til at overtage almindeligt udbredte myter og forestillinger, som viser sig ikke at holde stik. Man kan ogs let blive offer eller taber i en de-bat om videnskabens trovrdighed, fordi modstanderne kan have tilegnet sig nogle videnskabsteoretiske kundskaber og begreber, som naturvidenskabs-folk ikke er godt nok inde i. Ogs af denne grund br en lrer i naturfag have en vis grundlggende indsigt i videnskabsteori.

    Som underviser formidler man under alle omstndigheder et syn p, hvad vi-denskab egentlig er. Hvis man ikke har et bevidst forhold til den slags sprgs-

  • 14 Metoder i naturfag - en antologi

    ml, er man efter al sandsynlighed brer og formidler af det, man kan kalde hverdagsforestillinger. Og de holder sjldent stik.

    Op gennem filosofiens historie har vi haft mange forsg p at beskrive viden-skaben og dens virke. Men det har vist sig, at det, vi prver at beskrive, er et mangesidet fnomen, og det er ikke tnkeligt, at n enkel teori kan give en dkkende beskrivelse. De forskellige teorier giver nok s forskellige billeder af, hvad der kendetegner videnskaben og dens metoder. I det flgende vil jeg ganske kort fremdrage tre forskellige hovedretninger, som jeg mener, at en naturfagslrer br have kendskab til.

    Den frste retning er den, der kendes under navnet positivisme. Den anden retning omtales dels som falsifikationsteori, dels som den hypotetisk-deduk-tive metode, hvor den vigtigste teoretiker er Karl Popper. Den tredje retning forbindes gerne med Thomas Kuhn, som introducerede begrebet paradig-meskift, og som lagde vgt p videnskabens sociale og til dels kulturelle karakter. Lad os kort se p disse tre retninger.

    Positivismens fremvkst og tilbagegangStrkt forenklet og noget karikeret kan en positivistisk videnskabsteori be-skrives sledes: Videnskabelig viden baseres p erfaringer, mlinger, obser-vationer og sanseindtryk. Forskeren skal forsge at arbejde uden forudfat-tede meninger eller teoretiske antagelser. Ud fra de data, som samles ind, drages konklusioner i form af lovmssigheder. Det sker ved, at man slutter eller generaliserer fra enkelttilflde til det generelle. Dette kaldes induktion. Disse induktive generaliseringer er videnskabelig viden. Videnskabelig viden, som kommer frem ved brug af disse principper, hvdes at vre objektiv, vrdineutral og plidelig. Iflge positivismen alts.

    Iflge positivismen baserer fakta sig p objektive sanseindtryk. De taler for sig selv, og de er grundlaget for ny viden. Den viden, man kommer frem til, er neutral, ikke farvet af ideologier, personlige interesser eller gruppeinteres-ser. Videnskaben, og derved verden, gr fremskridt. Vores viden vokser, jo flere fakta vi indoptager, mlinger og observationer bliver mere njagtige og konklusioner bliver sikrere. Vores viden vokser stt og roligt. Positivister vil hvde, at vi p denne mde afdkker virkeligheden og opdager naturlo-vene, som nrmest eksisterer i kraft af sig selv og bare venter p at blive

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 15

    opdaget. Virkeligheden er som et ukendt landskab, og videnskabens opgave er at kortlgge dette landskab. Terrnet eksisterer uafhngigt af os, og vi kan gradvist afdkke og opdage det ukendte. Efterhnden som tiden gr, bliver det kort, vi tegner af virkeligheden, stadig bedre, selv om vi endnu ikke ved alt det, der er at vide. Det ukendte er som hvide pletter p et kort, som vi er i frd med at tegne.

    Dette klassiske syn omtales af filosoffen Karl Popper som the common sense theory of knowledge, netop fordi det stemmer s godt med udbredte opfattelser af, hvad videnskab er. Nr mange mennesker (og lrebger) skal beskrive videnskabens metoder og egenart, har den mange af den slags trk. Det er ogs pvist, at denne opfattelse er temmelig udbredt blandt l-rere i naturfag.

    Dette positivistiske videnskabssyn omtales ogs med ord som empirisme og induktivisme. Disse tre ord giver tilsammen grundtanken om, hvad man op-stillede som ideal for videnskabelig viden: Bag begrebet positivisme ligger det grundsyn, at man bare skal bygge p det, som er positivt givet, og med det mente man som regel sanseindtryk. Begrebet empirisme giver en tilsva-rende association: Man forestiller sig, at kilden til al videnskab er empiri, alts erfaringer fra den virkelige verden. Med sdan et grundsyn bliver det vigtigt at eliminere al metafysisk spekulation og alle ideer, som ikke kan forankres til noget sanseligt eller observerbart. Og endelig: Begrebet induktivisme anty-der, at vi ved hjlp af induktive slutninger kan komme fra enkeltobservationer til videnskabelig viden, alts love og teorier.

    Positivismens grundtanke eller ideal er, at forskeren p en objektiv og upro-blematisk mde kan afdkke naturens love ved at foretage njagtige mlin-ger og observationer. Og nr man har et stort antal observationer, forestiller man sig, at man kan slutte sig til lovmssige sammenhnge. Men dette syn p videnskaben har vist sig at have s store svagheder, at det i dag ikke har mange fortalere. Alligevel er disse ideer ret udbredte, og vi finder dem des-vrre ofte i lrebger i skolerne.

    De to overordnede ideer i positivismen er alts, at man for det frste kan observere uden at medtage teorier og opstille hypoteser, og for det andet at induktive slutninger er mulige. Men, for at gre en lang historie kort, s har begge disse forudstninger vist sig at vre uholdbare. Ved alle obser-

  • 16 Metoder i naturfag - en antologi

    Induktion i videnskaben og i skolenDer er en rkke svagheder ved at antage, at videnskabens vkst er baseret p induktive slutninger. Videnskabsteoretikere i dag er stort set enige om, at viden-skabelig erkendelse ikke opstr som generaliseringer ud fra observationer.Hvad s med skolens naturfag? Skal man holde op med det, der lnge har vret god pdagogik, nemlig at g fra det konkrete til det abstrakte, drage slutninger og lave regler ud fra nogle f og udvalgte eksempler? Skal man give afkald p en induktiv arbejdsform?Vores svar p det er et klart nej. Skolens naturfagundervisning skal ikke simu-lere videnskabens vkst op gennem tusinder af r. Undervisningens metoder behver ikke efterligne forskerens metoder. Nej, undervisning i naturfag som i andre fag er ogs en delvis indfring i en kulturarv, som den faktisk foreligger. I en pdagogisk sammenhng er der derfor til dels tale om at overtale eleven til at konstruere begreber og se netop de sammenhnge, som vi gennem vi-denskaben i dag mener er hensigtsmssige vrktjer til at mestre og forst verden. Derfor opstiller vi situationer, som vi tror kan lede i en sdan retning, og vi introducerer begreber, som kan bidrage til denne proces.I en sdan undervisningsproces er alle metoder i princippet bne, de m vlges ud fra lrestoffets egenart og elevernes ststed. I sdan en proses kan en induk-tiv fremgangsmde vre meget velegnet. Men s er valget af fremgangsmde pdagogisk begrundet, og ikke begrundet i at det er sdan forskere arbejder.

    vationer tager man formodninger, forventninger og hypoteser med sig. Og tilsvarende findes der heller ikke nogen logisk gyldig vej fra enkelttilflde til generelt gyldige lovmssigheder. Induktive slutninger er ganske enkelt ikke gyldige. Der har vret mange forsg p at redde positivismen ved at elimi-nere svaghederne, men de er alle strandet, og positivisme som videnskabs-filosofi m i dag opfattes som forladt.

    Positivismen har imidlertid en del idealer, som man ikke uden videre skal forkaste: Respekten for observationer, fakta, evidens og empiri, samt n-sket om at undg metafysisk, okkult spekulation og henvisning til religion og autoritet.

    Det er ogs vigtigt at fremhve et andet srligt forbehold: Selv om en po-sitivistisk beskrivelse af videnskaben ikke holder vand, betyder det ikke, at man ikke kan bruge induktion som pdagogisk metode i undervisningen! I undervisning i naturfag skal man ikke ndvendigvis kopiere de processer, der ligger bag videnskabens vkst. Dette uddybes i nogen grad i boksen Induk-tion i videnskaben og i skolen.

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 17

    Karl Popper: Kritiske undersgelser og falsifikation

    Videnskabens store tragedie er, at en fantastisk teori kan blive vltet af et grimt lille faktum!

    (Thomas Huxley 182595)

    Man kan alts ikke, som positivisterne mente, udlede generelle love ud fra observationer, uanset hvor mange gange vi foretager dem. Men vi kan, som citatet ovenfor fra Thomas Huxley antyder, gre det modsatte: Vi kan modbe-vise en lov bare ved at henvise til et eksempel p, at den ikke holder! Det ene modeksempel fr strre betydning end tusind bekrftelser.

    Mange hvder, at det netop er det, der er det centrale i videnskaben: De hvder, at videnskaben m opstille udsagn, som man s kan prve at mod-bevise, eller med et fint ord: Falsificere. Udsagn, som i princippet ikke kan falsificeres, br derfor ikke regnes som videnskabelige. Dette er en central ide i den videnskabsfilosofi, som er blevet udviklet af Karl Popper. Han var oprindelig strigsk fysiker, men efter anden verdenskrig boede og arbejdede han i England til sin dd i 1994. Han er mske den videnskabsfilosof, som i nyere tid har haft strst indflydelse p det at tnke om videnskabens vsen. Mange af hans centrale ideer har ogs slet rod blandt forskere og er blevet en del af videnskabens selvforstelse.

    Popper hvder, at en hypotese alene er videnskabelig, hvis den i princippet kan modbevises, falsificeres. Det betyder, at det skal vre muligt at foretage observationer, som vil kunne vise, at den ikke er sand. Ud fra dette kriterium kan vi iflge Popper adskille videnskab fra pseudovidenskab eller fupviden-skab, hvilket er meget vigtigt for Popper. Pstande (eller hele fagomrder), som udgiver sig for at vre videnskabelige, skal man alts iflge Popper have mulighed for at undersge nrmere. De m kunne underkastes kritik. Hvis hypoteserne skal kunne give os information om virkeligheden, m de ogs kunne tle en njere granskning. Det er alts falsificerbarheden, der er Poppers afgrnsningskriterium for, hvad der er videnskab.

    Poppers krav om falsificerbarhed er et strengt krav. Iflge et sdant krite-rium ville meget af det, vi forbinder med videnskab, kunne klassificeres som uvidenskabeligt. For eksempel ville store dele af psykologien blive betragtet som uvidenskabelig i hvert fald al psykoanalyse for at tage et eksempel,

  • 18 Metoder i naturfag - en antologi

    som Popper selv bruger. Endvidere vil store dele af samfundsvidenskaber-ne falde udenfor. Samfundsvidenskabelige udsagn kan sjldent falsificeres p nogen entydig mde. Poppers krav om falsificerbarhed ser ud til at have strst gyldighed inden for naturvidenskaben.

    Popper hvder, at videnskaben gr fremskridt ved, at den lrer af sine fejl, og at den er ben for kritik. Han fremhver et ganske andet videnskabsideal end det induktive: Mens videnskaben iflge det induktive syn tager nogle sm skridt ad gangen, hvder Popper, at videnskaben gr fremskridt ved at fremfre dristige hypoteser, som s bliver kritisk undersgt i forsg p at falsificere dem. Og fundamentet i vores videnskab er dristige pstande, som har modstet utallige forsg p falsificering! Popper hvder, at videnskaben aldrig beviser, men altid forsger at modbevise, falsificere. Ja, det er kun udsagn, som kan falsificeres, der kendetegner videnskab, og som adskiller videnskab fra pseudovidenskab og tgesnak!

    Dette strider mske mod den almindelige opfattelse af videnskab. Popper hvder, at videnskaben ikke leder efter bekrftelser p sine hypoteser. Han siger, at den prver at finde modeksempler. Tusind bekrftelser er pludselig intet vrd, hvis vi finder et modeksempel. S m hypotesen forkastes eller i hvert fald ndres. Iflge dette syn kan man aldrig sige om en videnskabelig teori, at den er sand. Man kan imidlertid sige, at den hidtil har vist sig at holde stik. Man kan ogs sige, at den er bedre end andre teorier. Nr n teori bliver forkastet til fordel for en anden, er det, fordi den gamle er falsificeret, og den nye bedre er i stand til at beskrive virkeligheden. Det er sdan, videnskaben gr fremskridt iflge dette videnskabssyn.

    Poppers videnskabssyn kan ogs omtales som hypotetisk-deduktivt. Han me-ner, at videnskaben bestr af to meget forskellige faser: Den dristige fremst-telse af hypoteser og s den kritiske og forsigtige fase, hvor man prver at fal-sificere disse hypoteser eller konsekvenser, som man har deduceret fra dem.

    Det er typisk, at Poppers mske vigtigste bog brer titlen Conjectures and Refutations (Popper 1969). Med Conjectures sigter han til den frste dristige fase, det at fremstte pstande, antagelser eller hypoteser. Med Refutations sigter han til den anden fase i videnskaben, det mere forsigtige og systema-tiske arbejde med at teste hypoteserne i kritiske situationer.

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 19

    Frste fase kan iflge Popper drligt beskrives logisk og ud fra en opskrift. Der er ingen opskrift, man kan flge for at f gode ideer og gode hypoteser. Her er der tale om inspiration og kreativitet. De gode ideer opstr imidlertid ikke af sig selv, de m i sagens natur vokse ud af overblik og fagkundskab. Popper opfatter det ikke som videnskabsteoriens opgave at beskrive i de-taljer, hvordan den slags gode ideer opstr. Noget nedladende siger han, at dette er et arbejde for psykologer, og ikke for filosoffer. Han er imidlertid langt mere prcis, nr det glder beskrivelsen af videnskabens anden side: Den kritiske.

    Videnskabens anden side er alts at vre kritisk og analytisk, forsge at finde situationer, som vil stte hypoteserne p en hrd prve. Og hypoteser, som er et let ml for angreb, som kan afkrftes p mange forskellige mder, er alts dem, der opfattes som mest videnskabelige.

    Mens videnskabens frste fase er kreativ og skabende, nsten kunstnerisk, er den anden fase systematisk, velstruktureret og kritisk. Videnskaben opnr fremskridt i et samspil mellem disse to sider. Selv om det logisk set er to forskellige faser, vil de i praksis ofte g hnd i hnd og ske mere eller mindre samtidig. Dristig tnkning og kritisk afprvning.

    Selv brugte Karl Popper udtrykket kritisk rationalitet om sit syn p videnska-ben. Selv om han afviste tanken om absolutte og endelige sandheder, var han p mange mder optimist. Han hvdede hrdnakket, at videnskabelig viden stadig bliver bedre, at nye tanker vinder fodfste, fordi de faktisk er mere sande end de gamle. Det ligger i hans falsifikationsideal, at videnska-belige hypoteser skal lgges frem til offentlig debat og kritik. Han tror p den fornuftige samtale, dialogen. Et sted siger han: Jeg kan tage fejl, og du kan have ret, og ved flles anstrengelse kan vi komme nrmere sandheden. Den, som ikke accepterer fornuften, kan heller ikke overtales med fornuftsar-gumenter.

    Poppers syn p videnskabelighed har efterhnden opnet stor tilslutning, ogs blandt forskerne selv. Beskrivelsen svarer ret prcist til, hvordan de selv opfatter deres eget virke. Eller i hvert fald hvordan de selv gerne vil have, at den skal vre: Kreativ og skabende, men samtidig ndels kritisk over for sine egne pstande. Og med benhed og dialog.

  • 20 Metoder i naturfag - en antologi

    Men kritiske rster mener, at dette videnskabssyn ikke holder i praksis. Nogle argumenter er af teoretisk karakter, men det ligger uden for rammerne af en fremstilling som denne. Lige s vigtigt er det, at historien viser, at videnska-ben slet ikke forlader en teori, selv om den synes at vre falsificeret eller modbevist. I praksis bliver teorierne frst forladt, nr man har udviklet en anden og mere tilfredsstillende teori. Man har alts brug for en alternativ for-klaring. Det er ikke nok, at den gamle er forkastet.

    Dette frer os til en vigtig side af videnskaben, nemlig at den drives af men-nesker. Poppers teorier tager kun i mindre grad hensyn til, at mennesker i videnskaben ikke er vsentlig anderledes end folk i al almindelighed. Det betyder, at en teori om videnskab ogs m have elementer af psykologi og sociologi: Det drejer sig om det, der foregr inde i hovedet p den enkelte forsker, og det handler om det, der foregr i gruppen af forskere. Poppers teorier bringer os alts et langt skridt videre i forstelsen af videnskabens vsen, men han er mere optaget af videnskabens logiske sider end af de mennesker, der deltager i processen. Mske indebrer Poppers videnskabs-teori gode idealer for, hvordan man br handle og tnke, men teorien er ufuldstndig som beskrivelse af, hvordan forskningen faktisk fungerer. S vi skal alts placere videnskaben i en samfundsmssig sammenhng, og det leder os frem til at se p ideer, som kan tillgges Thomas Kuhn.

    Thomas Kuhn: Videnskab, magt og samfundFysikeren og videnskabsteoretikeren Thomas Kuhn (1923-96) har fet en enorm betydning, ogs langt uden for naturvidenskaben. Hans bog The Structure of Scientific Revolutions (Kuhn 1970, p dansk i 1995) har til dels skabt et nyt sprog for analyse af den slags forhold.

    Kuhn bringer i hjere grad psykologiske og sociologiske sider ind i beskri-velsen af videnskabens egenart. Kuhn siger, at det sjldent er de logiske argumenter, der bestemmer, hvordan videnskaben arbejder. Han hvder, at forskere er som almindelige mennesker, i og med at de er optaget af prestige, magt og indflydelse. Kuhn afviser ogs Poppers billede af forskeren som en strengt logisk og kritisk person, som altid er villig til at ndre sit syn, nr fakta tilsiger det. Tvrtimod, hvder Kuhn, er forskere mske mere konservative end de fleste. De ndrer ikke deres opfattelse s let, de insisterer hellere p det, de tror p. Og dette er mske ikke s mrkeligt: Hvis man har brugt

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 21

    et helt liv p at opbygge en virkelighedsforstelse, er det slet ikke s let at ndre den. Desuden fr man efterhnden sin egen identitet og prestige som forsker hngt op p en bestemt teoretisk retning.

    Resultatet bliver ofte, at folk, som sidder i ledende stillinger, fr en slags per-sonlig interesse i at holde p de gamle forestillinger. De har en rkke magt-midler til deres rdighed: Det er de etablerede forskere, som skal uddanne de nye. Det er de gamle, som skal undervise, som skal give eksamensopgaver, som skal bedmme besvarelser. Og ved nye ansttelser er det de gamle, der skal vurdere, hvor gode de nye er. Det er ogs de veletablerede, som skal bedmme hvilke artikler og afhandlinger, der skal trykkes i bger og tids-skrifter. I den slags situationer har man i sagens natur let ved at bedmme de synspunkter, man selv str for, som de rigtigste.

    Derfor er videnskaben ofte konservativ og bevarende, hvder Kuhn. Alts slet ikke dristig og kritisk, som Popper hvder. I og for sig er der mske ikke nogen stor forskel her: Popper beskriver mske, hvordan videnskaben br vre, nr den tager sine idealer alvorligt, mens Kuhn hvder, at han beskri-ver videnskaben, som den faktisk har vist sig at fungere.

    Det, vi her har beskrevet, omtales af Kuhn som den normale situation i viden-skaben, han kalder den normal science. Men selv om beskrivelsen ovenfor kan virke negativ, hvder Kuhn, at netop dette ogs sikrer kvalitet og frem-gang. Ved at der findes veletablerede standarder for godt og drlig, kan man lettere fjerne det amatragtige. Ved eksamener og bedmmelseskomiter bliver kandidaternes prstationer vurderet mod en given mlestok, som har vist sig at vre frugtbar for videnskaben.

    Normal videnskab omtales af Kuhn ogs som at lgge et puslespil, puzzle sol-ving. Forskerne beskrives slet ikke som kritiske og banebrydende, men sna-rere som sm arbejdsmyrer, der er travlt optaget af at bygge deres myretue af viden ud fra en given byggeplan. Selve planen bliver ikke vurderet, men de enkelte deltagere bliver dygtige arbejdere inden for de rammer, der er givet.

    Poppers kritiske forsker er travlt optaget af at afprve dristige teorier. I Kuhns normale videnskab er det nsten omvendt: Det er teorierne, der afprver forskeren! Dem, der gennem deres arbejde viser, at de behersker teorierne, fr nye chancer for at arbejde inden for de samme rammer.

  • 22 Metoder i naturfag - en antologi

    En kendt fysiker, Max Planck (18581947), sagde noget lignende lnge fr Kuhn. Han sagde, at nye ideer i videnskaben slet ikke nr frem, fordi tilhn-gere af de gamle teorier ndrer mening. Nye ideer vinder derimod frem, fordi tilhngerne af gamle teorier efterhnden dr og bliver erstattet af dem, som tror p en anden teori!

    Normal videnskab er kendetegnet ved, at den udfolder sig inden for det, som Kuhn kalder et paradigme (et grsk ord, som betyder forbillede eller mn-ster). Med paradigme mener Kuhn nrmest hele det tankest og den vir-kelighedsforstelse, der ligger til grund for forskningen, de begreber, man beskriver verden med, de sprgsml, der er rigtige at stille, de metoder, man bruger til at undersge fnomener, osv. Normal videnskab udfolder sig alts inden for et paradigme, en virkelighedsforstelse, en tradition.

    Men paradigmer kan ndres, selv om det ikke sker s ofte. Nr det sker i videnskaben, omtales det af Kuhn som en videnskabelig revolution. Nr man er inde i et paradigmeskifte (eller fr en videnskab har fet noget domineren-de paradigme), mangler man en fast og flles mlestok for, hvad der er godt og drligt. Bde gode og drlige ideer blomstrer. Ud af denne usikkerhed vokser der gerne et nyt paradigme. Nr det er etableret, fr videnskaben igen en fastere struktur, og den udvikler sig mlrettet inden for de nye rammer. I boksen Paradigmeskift nogle eksempler antydes det, hvilke ndringer i videnskaben, der kan omtales som paradigmeskift.

    Paradigmeskift nogle eksemplerDet er kun de helt store, nrmest revolutionre forandinger i videnskaben, som kan kaldes paradigemskift. Det sker ikke s ofte. Her er nogle af de mest grundlggende. Det kopernikanske systemGalilei og det nye heliocentriske verdensbillede (ogs kaldet den videnskabelige revolution!)Darwins evolutionsteoriNewtons mekanikAtomteoriens indtog i kemi og andre naturvidenskaberEinstein og relativitetsteorienKvantefysikkenWegeners teori om kontinentalforskydningHarvey og opdagelsen af blodomlbetCrick og Watson; dna og dobbelthelix

  • Videnskabsteori noget for skolens naturfag? 23

    Hvad s? Elever og videnskabsteoriGennem skolens undervisning danner eleverne sig et billede af, hvad viden-skab egentlig drejer sig om. De fr et billede af grundlaget for videnskabens kundskaber, af dens arbejdsmetoder, af hvor stabil og varig kundskaben er, af om kundskaben kan opfattes som objektiv, osv. Den slags kundskaber om naturfaget har efterhnden fet stadig strre plads i undervisningspla-ner i naturfagene i hele verden. P engelsk kalder man det ofte The Nature of Science. Det er uden tvivl et bedre og mere acceptabelt udtryk end for eksempel videnskabsteori. Men det kan betale sig at komme med en lille advarsel: Videnskabsteori, videnskabsfilosofi og epistemologi kan vre nok s kompliceret, og der er nppe nogen grund til at give eleverne detaljer i en sdan fremstilling.

    Men alligevel - der er nogle vigtige sider ved naturvidenskaben, dens meto-der og kundskaber, som det kan vre vigtigt at f frem ogs for nok s unge elever, og som alle lrere i naturfag br kende til. Her er nogle helt grund-lggende pointer. Nedenfor er de opfrt som 10 punkter, ideer som i stor grad er accepteret af de fleste videnskabsfilosoffer.

    Naturvidenskaben er empirisk. Den er baseret p erfaringer og observa-1. tioner i den virkelige verden, enten direkte i naturen eller ved forsg og eksperimenter i et laboratorium.Observationer og eksperimenter m altid fortolkes, de taler aldrig direkte 2. til os.Forskere diskuterer og argumenterer for bedst at kunne forst resultater 3. og data. De lgger data og konklusioner frem for andre forskere. Ofte kan de samme data forsts p forskellige mder. Helt ny forskning (forsk-ningsfronten) vil altid vre prget af forskellige opfattelser. Debat og uenighed er derfor normalt i videnskaben. Men efterhnden arbejder man sig frem til enighed.Naturvidenskabens beskrivelse af virkeligheden m hele tiden afprves 4. og udfordres. Hvis man bare finder et enkelt eksempel p, at en hypotese eller lovmssighed ikke stemmer med observationer, svkkes trovr-digheden til denne lov betydeligt. Og hvis man desuden har andre mder at forklare observationerne p, vil de nye ideer efterhnden erstatte de gamle.Det findes ingen bestemt fremgangsmde, opskrift eller metode til at ud-5. vikle nye tanker og ideer i videnskaben. Frem for alt krver det ben-

  • 24 Metoder i naturfag - en antologi

    hed, fantasi og kreativitet, og mske ogs en lille smule dristighed og galskab.For at forst naturen, m man bruge begreber. Mange af disse begreber 6. er opfundet (eller konstrueret) af forskere for bedre at kunne beskrive og forst observationer og data.Naturvidenskabens love og teorier bliver ofte fremstillet matematisk som 7. formler og ligninger. Matematik er nrmest videnskabens sprog.Videnskaben er lavet af mennesker, for at de skal kunne forst verden. 8. Men disse forskere er ofte brn af deres tid, de brer ideer og forestillin-ger med sig, som kan prge de tanker, de fr i deres arbejde. Videnska-ben bliver derfor ogs formet af den tid og den kultur, som den er opstet i, selvom man prver at vre s objektiv og neutral som muligt.Naturvidenskabens teorier og kundskaber kan aldrig opfattes som ende-9. lige. De udvikles og forbedres hele tiden.Nogle gange m man ogs forkaste gamle teorier og forestillinger i vi-10. denskaben. Dette kalder vi en videnskabelig revolution. Men det mest almindelige er alligevel, at man bygger videre p teorier, som har stet deres prve i lang tid.

    En sdan gennemgang af grundtrk ved videnskabens natur kan sikkert laves lngere, og den m selvflgelig tilpasses den aldersgruppe, man underviser.

    Litteratur

    Sjberg, Svein (2005): Naturfag som almendannelse - en kritisk fagdidaktik, Forlaget Klim.

    I denne bog uddybes artiklens indhold og der henvises ligeledes til anden litteratur p

    omrdet.

    10.

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 25

    At undersge verden naturvidenskabelige metoder

    i skolen og i Real ScienceLars Brian Krogh

    Kapitel 3

    Mrke huller scenen sttesR. Bybee leverer i bogen: Videnskabelig forskning og videnskabens natur en undervisningsbeskrivelse, som jeg vil bruge til at tune ind p dette kapitels problemstillinger (L.B. Flick og N. Lederman, red., 2004). Bybee beskriver et forlb fra amerikansk naturfagsundervisning, hvor eleverne via internet har haft adgang til hundredvis af UV-billeder af Jordens ydre atmosfre. Ved at studere sdanne billeder har eleverne fundet, at der er mrke huller i atmo-sfrelaget. Lreren har derfor formuleret sprgsmlet: Hvad kan mon vre forklaringen/forklaringerne p de mrke huller?. Eleverne fik efterflgende til opgave at fremstte mulige forklaringer og underbygge disse p naturvi-denskabelig vis.Efter nogle dages studier og udforskning delte eleverne sig omkring to fore-trukne forklaringer: n gruppe af elever foreslog, at hullerne var forrsaget af talrige sm kometer, som entrer Jordens atmosfre fra andre dele af Solsy-stemet. Gruppens rsonnement var, at kometerne primrt bestr af vand, som fordamper ved bevgelsen i atmosfren og absorberer UV-lys, som derved i mindre mngde nr frem til detektoren i det rumskib, som produ-cerer UV-billederne. Den anden gruppe mente, at hullerne ikke var et na-turfnomen, men skyldtes forskellig slags elektronisk stj. Blandt kilderne til denne stj fremhvede eleverne isr kosmisk strling fra rummet, som tnktes at indvirke p rumskibets datasystemer, samt elektronisk stj ved modtagelsen af billedsignalet p Jorden.

  • 26 Metoder i naturfag - en antologi

    Jeg vil nu stte kapitlets scene med nogle f sprgsml i tilknytning til case-beskrivelsen

    Udfrer eleverne overhovedet en naturvidenskabelig undersgelse? An- vender de naturvidenskabelige metoder?Hvilke aspekter af naturvidenskabens metoder kan og br indg i natur- fagsundervisningen?

    Disse sprgsml bner straks for andre og dybere sprgsml: For hvad skal vi i bund og grund forst ved naturvidenskabelige metoder, hvilket forhold br der vre mellem naturvidenskabelige metoder i videnskabsfag og skolefag, og hvordan underviser vi i dem, s de bde bliver tilgngelige, anvendelige og attraktive for eleverne? Det er min fornemmelse her, at disse sprgsml vil fremkalde sved p panden for mangen en naturfagsunderviser, og at de udgr en slags mrke huller i naturfagsundervisningens mentale landskab. I mit bidrag her vil jeg koncentrere mig om at give nogle indspark til de frste sprgsml og kun enkelte steder berre sprgsmlet om, hvordan man un-derviser i naturvidenskabens metoder.

    Real ScienceR. Bybees eksempel er vel valgt, fordi eleverne benlyst ikke selv har udfrt observationer, haft hands-on eller gennemfrt et struktureret eksperiment. Deres arbejde er ikke styret af hypoteser - men ender med dem - og hypo-teserne lader sig ikke p simpel mde berigtige eller falsificere. Samtlige af disse elementer indgr i videnskabsfilosoffen K. Poppers beskrivelse af na-turvidenskab som vrende hypotetisk-deduktiv af natur, hvilket er den mest kraftfulde forestilling om naturvidenskabelig metode, som findes blandt natur-videnskabsmnd og undervisere i naturfag. Og efter sdanne forestillinger udgr elevernes billedanalyse og formulering af (hypotetiske) forklaringer i case-beskrivelsen i bedste fald kun frste trin i en naturvidenskabelig under-sgelse.

    Iflge den hypotetisk-deduktive beskrivelse af naturvidenskab er det viden-skabsmandens opgave at formulere hypoteser, som kan gres til genstand for eksperimentel efterprvning. Alt afhngigt af eksperimentets udfald vil hypotesen herefter fremst konsolideret, om end ubeviselig, eller blive fal-sificeret og give plads for nye hypoteser. Med fysikeren A. Eddingtons ord er eksperimentet den ultimative domstol: Sandhedsvrdien af den fysiske

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 27

    naturvidenskabs konklusioner efterprves med observation som den ultima-tive domstol. Dette billede af eksperimenter og logik som vejen til (strre) og kontrollerbar vished stortrives blandt naturfagsundervisere p alle niveauer, og i en nylig undersgelse (Andersen & Krogh, 2009) blandt gymnasieunder-visere omtaltes det af mange i ental og bestemt form, som den naturviden-skabelige metode. n af rsagerne hertil er mske, at metoden er indskrevet i de nye lreplaner for gymnasiet, hvor det tilmed er et ml, at eleverne lrer om naturvidenskab og naturvidenskabelige metoder. Bekendtgrelserne in-troducerer hermed p betnkeligste vis et mangelfuldt billede af naturviden-skab, idet de discipliner, der studerer naturvidenskab, tegner et langt mere diverst billede. Som videnskabsfilosoffen J. Ziman skriver i sin bog om Real Science: De fleste, som overhovedet har tnkt over dette, er klar over, at forestillingen om en altovervindende intellektuel metode ikke er andet end en myte. Denne myte er blevet helt gennemhullet. Grunden hertil er dobbelt: Dels har naturvidenskaben selv udviklet sig, og dels er der kommet nye optik-ker ind i studiet af, hvad naturvidenskab er. Naturvidenskaben har ndret sig fra universitetsbundet, grundforskningsorienteret academic science til ogs at vre privatiseret og produktstyret techno-science. Stadig mere sofistikeret apparatur p bde mikro- og makroniveau er blevet skudt ind mellem fno-menet og videnskabsmanden. Eksperimentel observation og manipulation af fnomener sker som hovedregel kun indirekte. Samtidig har beskrivel-serne af naturvidenskab ndret sig. Filosoffer, videnskabshistorikere, viden-skabssociologer, etnografer m.m. har med hver deres optik frembragt meget forskellige beskrivelser. Filosofferne har i srlig grad beskftiget sig med naturvidenskabernes epistemiske praksis, det vil sige: Hvad kendetegner naturvidenskaben som erkendelsesmde, og hvor sikker kan man vre p dens viden? De vrige grupper har i hjere grad gjort opmrksom p natur-videnskabens kulturelle aspekter og sociale praksis. I sdvanlige fremstillin-ger af den hypotetisk-deduktive metode underspilles de sociale og kulturelle sider af naturvidenskaben.

    Billedet af how science works er sledes langt mere komplekst og mangfol-digt, end man som naturfagsunderviser og/eller curriculumdesigner mske kunne nske sig. Hvordan kan man meningsfuldt arbejde med naturviden-skabens metoder i undervisningen, hvis man ikke har en vis konsensusfor-stelse af how science works? I et tidligere arbejdspapir op til gymnasiere-formen har jeg via litteraturstudier sgt at give mine 10 bud p en sdan konsensusforstelse (se teksboks).

  • 28 Metoder i naturfag - en antologi

    Naturvidenskab stiller sprgsml til naturen og forsger at levere forklaringer 1. p disse.Naturvidenskabelig viden konstrueres i vekselvirkning med empiri/data.2. Observationer og undersgelser foretages med et filter af forforstelser og 3. tidligere teori. Der er ikke tale om neutral fact-indsamling, for eksempel forud-stter de fleste mleapparater en teoretisk oversttelse.Resultaterne formuleres oftest i form af love (overvejende deskriptive genera-4. liseringer) og teorier (forklarende og mere sammenhngsskabende model-ler). Matematik indgr ofte som en uundvrlig del af formuleringen af love og teorier.Love og teorier er principielt altid underbestemte med hensyn til data. Man 5. kan ikke bevise deres gyldighed. Naturvidenskaben har derfor til enhver tid forelbig karakter.Naturvidenskabelig viden bygger p menneskelig kreativitet og forestillingsev-6. ne. For eksempel er modellen gravitationsfelt ikke en indlysende konsekvens af fnomenet et-ble-falder-til-jorden.Naturvidenskabelig viden er socialt og kulturelt indlejret. Naturvidenskaben 7. anses for at vre universel, men kulturstudier karakteriserer den som en western-white-male-middle-class-aktivitet. Naturvidenskaben virker ind p og pvirkes af samfundet, p godt og ondt.Naturvidenskabelig viden er kollektivt forhandlet og efterprvet. Naturviden-8. skabelig viden er ikke objektiv, men inter-subjektiv qua sin sociale praksis. Denne betyder blandt andet, at man p institutionaliseret vis lgger sine data og procedurer frem til afprvning i det vrige naturvidenskabelige samfund (konferencer, publikation med dobbelt refereeing forud for publikation osv.). Mere generelt er dens sociale praksis karakteriseret ved st af normer/idealer.Naturvidenskaben har en rkke kriterier, som lgges til grund for afvejning 9. af konkurrerende teorier m.m. Deres relative betydning i konkrete situationer varierer og afspejler forhandling og personlig vurdering: Forudsigelseskraft og prcision, konsistens (internt og med data), mngden af fnomener som omfattes, enkelthed, evne til at udstikke nye undersgelsesspor og hypoteser, sknhed?Der findes ikke n naturvidenskabelig metode det er en myte!10.

    Den helt centrale pointe her er, at tekstboksen indfanger et klart skifte i be-skrivelsen af naturvidenskab et skifte fra at anvende n bestemt metode til at skabe forklaringer ved hjlp af data, forestillingsevne, logisk tnkning og efterprvning af andre, som Bybee skriver i det tidligere omtalte bidrag. Data (herunder eksperimentelt frembragte data) spiller fortsat en vsentlig rolle, men i den moderne forstelse af naturvidenskabelige metoder er den primre dataproduktion alligevel nedtonet i forhold til kognitive og sociale processer knyttet til datainterpretation og validering. Og for lige kort at vende

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 29

    tilbage til den indledende case: Det kan godt vre, at eleverne her ikke er naturvidenskabsmnd i samme forstand som Galilei, men de er det efter ovenstende og mere nutidige standarder.

    Med udgangspunkt i udenlandske undersgelser vil jeg vove den pstand, at der ligger en kmpe udfordring i at skaffe naturfagsundervisere med krop og viden bag dette billede af naturvidenskab. Dernst kommer problemet med at omstte en sdan indsigt til undervisning, s eleverne opnr et autentisk og dkkende billede af naturvidenskab. Der er i hvert fald langt fra elevforsg som et praktisk afbrk i undervisningen til en undervisning,der er centreret om det at skabe forklaringer ved hjlp af data, forestilling, logisk tnkning og efterprvning af andre. Praktisk taget alle tekstboksens punkter krver re-fokusering af praksis og/eller en decideret ny praksis. For eksempel kan man drligt illustrere naturvidenskabens forelbige karakter og kreative sider via kogebogsdrevne elevforsg, der efterviser facits fra lrebogen. Givet disse vanskeligheder, er det naturligt at overveje, om skolefaget overhovedet br tilstrbe autentiske arbejdsmder og tankegange i naturfagsundervisningen. I de flgende afsnit vil jeg sge at give bde principielle overvejelser og prakti-ske konkretiseringer, hvad angr forholdet mellem skolefag og videnskabsfag.

    Forholdet mellem Real Science og naturvidenskab i skolen principielle betragtningerVi har nu - i hvert fald i grofttegnet kontur - et billede af how science works. Er dette s ikke idealet for naturfagsundervisningens processer, alts how school science should work?

    Det principielle svar m her vre et ubetinget nej! Der er ingen ndvendig-hed i at overfre autentiske naturvidenskabelige processer og praksisser til undervisningen. Naturfag og naturvidenskab er nemlig i bund og grund helt forskellige ting! Bde forskning og undervisning er menneskelige aktiviteter af s stor vigtighed, at der er bygget samfundsmssige institutioner omkring dem. Der er visse lighedspunkter mellem de to institutionelle aktiviteter, for ek-sempel er viden omdrejningspunktet og ofte det vsentligste produkt i begge sammenhnge. Tilsvarende kan man i begge tilflde meningsfuldt tale om produktet af aktiviteten, de processer som direkte influerer produktet, og den sociale praksis og organisering som processerne er indlejret i. Vigtigere end disse lighedspunkter er der dog dn helt afgrende forskel: De to institutioner

  • 30 Metoder i naturfag - en antologi

    retter sig imod fundamentalt forskellige overordnede ml. Mlet med institu-tionaliseret akademisk naturvidenskab er frst formuleret af amerikaneren R. Merton, som lagde grunden til videnskabssociologien. I optakten til essayet The normative structure of Science fra 1942 fastslr han, at naturvidenska-bens institutionelle ml er at udvide omrdet for certificeret viden. Indenfor den senere udviklede techno-science er institutionaliseringen svagere og mlet at generere skaldt Modus 2-viden, hvilket vsentligst betyder, at ny viden skabes med anvendelse og konkret problemlsning for je. Samlet kan man vel sige, at naturvidenskab sigter mod at skabe viden og problemls-ninger, mens undervisningen handler om, at eleverne tilegner sig viden m.m. og evt. formes gennem denne tilegnelsesproces. I formlsparagraffen for fol-keskolen (1, stk. 2) er det nrmeste man kommer videnskabelse, at man strber efter at etablere rammer for oplevelse, fordybelse og virkelyst, s eleverne udvikler erkendelse og fantasi og fr tillid til egne muligheder. Disse trk kunne for s vidt vre nyttige nok i forbindelse med vidensgenerering, men i sammenhngen knyttes de til elevernes evne til selvbestemmelse og medbestemmelse. Det anderledes sigte fremgr ogs af den nye gymnasie-lov, hvor man taler om at udvikle kompetencer i videnstilegnelse (1, stk. 3, studiekompetence) og om at udvikle en formal dannelse i form af kreativitet, innovationsevne og kritisk sans (1, stk. 4). Naturfagene er alts indlejret i en anden type institution end naturvidenskab og har et helt andet sigte, hvil-ket gr, at man principielt ikke br forlade sig p en nedsivningsmodel, hvor skolefagene automatisk designes som mindst muligt fortyndede versioner af, hvad forskerne har tnkt og gjort.

    Denne pointe kan forekomme banal, men en nylig undersgelse blandt gym-nasielrere viser, at den langt fra er det. Gymnasiet er qua sin placering mest indlysende udsat for nedsivningstnkning. Ydermere er gymnasiets naturfagslrere via deres egne studier socialiseret s kraftfuldt ind i viden-skabsfaget, at de bevidst eller ubevidst bidrager til at udviske distinktionen. En sdan tendens s vi i hvert fald, da vi (Andersen & Krogh, 2009) under-sgte gymnasielreres opfattelse af fag og undervisning i optakten til gym-nasiereformen i 2005. Her stillede vi t eksplicit sprgsml om opfattelsen af videnskabsfaget, mens et andet gik direkte p forholdet mellem videnskabs-fag og skolefag. 40% af lrerne fra naturfagene svarede med henvisning til skolefaget, nr de blev spurgt om videnskabsfaget, og da de senere blev fastholdt p at reflektere over en eventuel forskel p de to, fastholdt 50% af lrerne, at der, hvad angr essensen, er tale om det samme. Kun cirka 1/5

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 31

    fremfrte argumenter for en vsensforskel. Tendensen til udviskning vari-erede dog kraftigt henover fagrkken: Cirka 80% af biologerne i samplet s denne essentielle lighed - typisk med henvisning til, at de samme metoder anvendes. Modsat var der for langt de fleste matematiklrere i unders-gelsen signifikant forskel, primrt fordi de opfattede skolefaget som simpelt vrktjsorienteret og dermed fjernt fra den udforskning, som de ans karak-teristisk for videnskabsfaget.

    Forholdet mellem (processer i) naturvidenskab og naturfag br alts ikke vre en bevidstls spejling eller den mindst mulige fortynding af naturvi-denskab. Naturfag er (som andre fag) en sammensmeltning af det sam-fundsmssigt nskvrdige med elevernes mulighedshorisont indenfor det givne vidensomrde. Det betyder, at det er fagets (ud)dannelsesopgave og elevernes udviklingszoner, der styrer, om der kan og skal arbejdes metode-autentisk p alle punkter, om man i stedet skal udvlge specifikke aspekter til eksemplarisk undervisning eller om man i nogle situationer er bedst tjent med at bringe tilpassede (u-autentiske) processer i spil. I det perspektiv er det relevant og lrerigt at studere tidligere forsg p meningsfuldt at placere naturvidenskabens metoder centralt i skolens undervisning.

    Rationaler for og erfaringer med autentiske naturvidenskabelige processer i undervisningenDer har i tidens lb vret en rkke argumenterede forsg p at bygge natur-fagsundervisning op omkring autentiske naturvidenskabelige processer. I det flgende vil jeg kort omtale rationaler og erfaringer fra et spektrum af bestr-belser. Alle reprsenterer de et bud p, hvorledes bestemte begrundelser og elevforestillinger kan realiseres i et fokuseret arbejde med afstemte dele af naturvidenskabens metoder.

    Forstandens videnskabelige vanerFor Dewey var naturvidenskab drivkraften i samfundet og det ultimative mid-del i (noget nr al) uddannelse (Shamos, M. H., 1995). Han s det som en af skolesystemets vigtigste opgaver at udvikle logisk, kritisk tnkning og hold-ninger i overensstemmelse med naturvidenskabens. Naturfagene og deres arbejde med naturvidenskabelig metode var omdrejningspunkt i en sdan bestrbelse:

  • 32 Metoder i naturfag - en antologi

    En ny slags forstand er gradvis ved at udvikle sig under indflydelse af videnska-belige metoder.

    Den egentlige udfordring for intellektuel uddannelse er forvandlingen af mere eller mindre tilfldig nysgerrighed og sporadiske antagelser til en indstilling prget af vgen, varsom og grundig undersgelse.

    Videnskabelig metode er i sin mest omfattende og intelligente betydning selve begrundelsen for undervisning i naturfag. Og dannelsen af videnskabelige va-ner burde vre hovedmlet for naturfagslrere i gymnasiet. Videnskabelig me-tode er i sin mest omfattende betydning mere end blot sprgsml om mletek-nik, manipulation og eksperimenteren. Der kan vre perioder i uddannelsen af videnskabelige specialister, hvor dette for en tid bliver et forml i sig selv. Men i sekundr uddannelse (secondary education - svarende til 8. klasse og op efter) faststtes deres vrdi og dermed ogs deres grnser af det omfang, hvormed de medvirker til at skabe og udvikle logisk tnkning og intellektuelle vaner.

    For Dewey er naturvidenskabelige metoder i undervisningen frst og frem-mest et middel til at generere en slags formal dannelse, som alle br have andel i, og som anses for at vre alment anvendelig. I folkeskolen og ung-domsuddannelserne br arbejdet med naturvidenskabelige indstillinger og rationalitetsformer g forud for naturvidenskabelig (specialist-)viden.

    Videnskaben lever ikke op til sit ansvar, hvis den alene anvender metoder, hvis hovedforml er forevigelsen af specialiserede videnskabelige discipliner, og der-med forsmmer at hjlpe det store flertal med at tilegne sig den fordomsfrihed, intellektuelle integritet, iagttagelsesevne og interesse i at afprve holdninger, som kendetegner den videnskabelige indstilling (scientific attitude). At fremme denne intellektuelle indstilling burde vre hovedmlet for alle forelsninger om alle emner.

    Videnskabshistorikere med flere vil nok mene, at Dewey idealiserer naturvi-denskaben med sin karakteristik af naturvidenskabelige indstillinger (scientific attitudes). I mange situationer har naturvidenskabsmnd vist sig ikke at leve op til sdanne ideale kriterier, og man vil sagtens kunne bestride, hvorvidt de fleste af trkkene i srlig grad kan knyttes til naturvidenskaberne. Deweys forestillinger om Progressive Education med udvikling af kritisk, social enga-geret intelligens som ml vedbliver at vre en inspirationskilde (for eksempel

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 33

    erfaringspdagogik og projektpdagogik), men p den store skala blev de aldrig realiseret. Den samme grundlggende tro p, at naturvidenskabelige rationalitetsformer kan ge ens evne til medbestemmelse, genfinder man i moderne Scientific Literacy-orienteringer, for eksempel hvor evnen til at argu-mentere med naturvidenskabelige belg (for eksempel det engelske IDEAS-projekt ved J. Osborne et al, 2002) eller evnen til at drage evidens-baserede slutninger (for eksempel OECDs PISA-definition af scientific literacy).

    Child-as-scientistUdtrykket er en fllesbetegnelse for nye statsinitierede curriculuminitiativer, som opstod i klvandet p Sputnik-chokket i 1957 i primrt USA og Eng-land. Disse curricula var i vid udstrkning drevet af et nske om at sikre den vestlige verden flere og mere kompetente naturvidenskabsfolk, s naturligt nok kunne naturfagsundervisningen i skolen ikke ligne den gte vare for meget, og logisk nok blev de nye curricula i vid udstrkning designet af na-turvidenskabsfolk fra universitetsmiljer (for eksempel fysikforskere fra MIT). Flles for rkken af curriculuminitiativer er deres samtidige vgtlgning af naturvidenskabelige processer og centrale principper i naturvidenskabens vi-denstruktur. Eleverne skulle selv foretage undersgelser, efter velbeskrevne naturvidenskabelige procedurer og med et snvert fokus p brende natur-videnskabelige begreber og love. Denne science-for-scientists-lreplan blev aldrig en succes med strre elevgrupper, for som det hedder i henholdsvis underviser- og designertilbageblik i en amerikansk fysiklrerforenings 50-rs jubilumsskrift: Det var hrdt og [det] forudsatte, at bde lrere og elever tnkte sig om. Det svre var udvidelsen fra at tnke i fysik, til ogs at tnke om fysik og som fysikere.

    Autentisk naturfagsundervisningBegrebet blev (re)lanceret med W. M. Roths bog Authentic School Science fra 1995. Fokus er nu ikke primrt at (gen)opdage naturvidenskabens prin-cipper, men at engagere eleverne i genuin og ben udforskning analog til vi-denskabsmandens. Undersgelsesprocesserne, ikke forsgsresultaterne, er det vsentlige. Denne orientering matcher tidens spirende kompetencetnk-ning, og udtrykker tillige et nske om at tegne et retvisende billede af naturvi-denskabelig aktivitet og epistemologi. Eleverne lrer derved ogs noget om naturvidenskab. Det er i hjere grad en kulturelt begrundet almendannelse end en formal dannelse, som er mlet med denne udlgning af det autentisk naturvidenskabelige. Herhjemme er konceptet frst og fremmest realiseret af

  • 34 Metoder i naturfag - en antologi

    J. Dolin m.fl. i gymnasieprojekt Autentisk Fysik (J. Dolin et al, 2001). Omdrej-ningspunktet for dette projekt var elevernes arbejde med selv at fysikalisere problemstillinger, designe undersgelser og analysere resultaterne frem mod en (oftest) empirisk-matematisk beskrivelse. Problemstillingerne for elever-nes arbejde var valgt, s der virkelig var tale om bne undersgelser - ofte i situationer, hvor lrerne i mangel af facits selv mtte skaffe sig et ststed via egne naturvidenskabelige undersgelser. Dette ekstra autentiske aspekt kan mske samtidig ses som projektets svaghed, idet det ofte ikke var muligt (og da slet ikke for elever) p simpel vis at konstruere forklaringer p de observe-rede empiriske sammenhnge. Naturvidenskabens forklarende aspekt blev sledes nedtonet til fordel for matematisk-empirisk beskrivelse. Eleverne ar-bejdede i samme grupper over lngere tid, men parallellerne til forskerteams og naturvidenskabens sociale praksis blev ikke ekspliciteret. Ved evaluerin-gen efter det torige interaktionsforlb kunne man blandt andet konkludere, at den implementerede undervisning fastholdt interessen hos eleverne bedre end traditionel undervisning. RekapitulationBrns begrebsudvikling ligner p mange mder naturvidenskabens histori-ske udvikling. R. Driver startede blgen af forskning i brns hverdagsforestil-linger i sluthalvfjerdserne, da hun skiftede sit forskningsfokus fra generelle tankemnstre til brns tnkning omkring et konkret indhold. Pludselig blev det synligt, at brn konstruerer teorier p basis af og til nytte for deres age-ren i hverdagen. Disse teorier var ofte lokale og afvigende fra nutidige na-turvidenskabelige teorier p omrdet, men typisk havde de vsentlige trk flles med tidligere naturvidenskabelige teorier. Ved tilstrkkelig udfordring (kognitiv konflikt) kunne teorierne endda p revolutionerende vis skiftes ud til fordel for mere dkkende beskrivelser. Disse indsigter tilsammen gav en fornemmelse af, at brns teoriudvikling omkring bestemte fnomener mere eller mindre flger naturvidenskabens. Som udtryk for denne tendens blev hverdagsforestillingerne bl.a. betegnet childrens science. En umiddelbar pdagogisk konsekvens af denne rekapitulations-hypotese var at udvikle brnenes forstelse af nutidens naturvidenskab med udgangspunkt i viden-skabshistorien. I en dansk kontekst har der aldrig vret udviklet et pensum p dette grundlag, men ideen var en del af inspirationsgrundlaget, da man for eksempel indfrte den skaldte historisk-filosofiske dimension som en del af gymnasiets fysikundervisning i 1988-reformen. De mest ambitise in-ternationale projekter baseret p en tilsvarende tankegang blev i realiteten

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 35

    udviklet ved Harvard i USA, i vrigt under medvirken af den senere s kendte videnskabshistoriker T. Kuhn. Et par tir senere konstaterer en anden af de centrale ophavsmnd (L. Klopfer), at tiltagene kun har sat sig f spor i na-turfagsundervisningens landskab.

    De anfrte eksempler viser, hvorledes arbejdet med naturvidenskabens metoder i vekslende grad har optrdt som ml henholdsvis som middel for naturfagsundervisningen. Begrundelserne har varieret fra rekruttering, over faglig lring og kulturelt begrundet naturvidenskabelig dannelse til formal almendannelse, som vist i Tabel 1.

    Primr begrundelse Mlgruppe Fokus

    Scientific habits of mind

    Formal, almen dannelse

    Alle uanset niveau

    Generelle tnkemnstre (logik), evne til at hndtere evidens (evt. argumentation), undersgende indstillinger.

    Child as scientist

    Rekruttering Alle der sker alligevel udtynding i pipelinen til naturvidenskab

    Begrebsstyret undersgelse med struktureret empiriindsamling. Lukket epistemologi/f friheds-grader.

    Autentisk naturfag

    Almendannelse, lring om (og i ) naturvidenskabe-lig processer

    Alle (gymnasie-niveau)

    Empirisk-matematisk modelleringskompetence.ben epistemologi/Flere frihedsgrader.

    Rekapit-ulation

    Lring (begreber, metoder)

    Alle uanset niveau

    Naturvidenskabelige begrebers og metoders udviklingshistorie som stillads for elevers lring.

    Ingen af disse tilgange leverer fuldstndige beskrivelser af naturvidenska-bens praksis, for eksempel er naturvidenskab som social praksis stort set et mrkt hul i dem alle. Kun Deweys scientific attitudes overlapper med lidt god vilje i nogen grad med dele af normsttene for naturvidenskab. Child-as-scientist-programmet er som det eneste afprvet i strre systemisk skala, og var vel nsten dmt til at mislykkes ved at insistere p en alt for bred mlgruppe. Selvom de vrige koncepter ikke rigtig er blevet afprvet i strre skala, synes de alle at have et potentiale hvad angr naturfagsundervisning

  • 36 Metoder i naturfag - en antologi

    orienteret mod brede elevgrupper. I den forstand dokumenterer de, at det giver mening at tilstrbe at arbejde med autentiske aspekter af naturviden-skab i naturfagsundervisningen. Omvendt har vi med child-as-scientist-rede-grelsen set, hvorledes elevernes udviklingszoner stter grnser for, hvor ambitist man kan arbejde med naturvidenskabelige metoder i forhold til den brede elevgruppe. Dette forhold vil blive udfoldet i det flgende.

    Kan brn hndtere naturvidenskabelige metoder?Hvad angr de videnskabelige indstillinger, er de (iflge Dewey) forbundet med vgen, varsom og grundig undersgelse. Nysgerrighed og evnen til at undres over det usdvanlige m anses at vre den altafgrende naturlige drivkraft bag opmrksom og ppasselig udforskning. Grundlggende er der indenfor psykologisk forskning i nysgerrighed almindelig enighed om, at brn er i besiddelse af bde en informationssgende (scientific i epistemologisk forstand) og en erfarings-/sansesgende nysgerrighed i deres tidligste r. Brns udforskning af deres nre omverden sker i deres frste r via tinke-ring, hvor de afprver sm variationer af kendte temaer eller tester nye stimuli via allerede kendte teknikker (for eksempel ved at putte tingene i munden). Der er noget systematisk og agtpgivende over denne udforskning. Denne tidlige tendens til naturvidenskabelig nysgerrighed synes imidlertid ofte at for-svinde eller trre ind inden mdet med formel undervisning. En rkke af de naturvidenskabelige indstillinger, som Dewey og andre har fremhvet (for eksempel fordomsfrihed, personlig integritet, rlighed osv.) er af en sdan karakter, at de efter al rimelighed falder udenfor den faglige undervisnings omrde. Andre derimod (for eksempel kritisk sans, respekt for evidens, evnen til at stille sprgsml) kan gres til genstand for undervisning og forekommer tillige srdeles relevante.

    Disse nedslag indikerer, at det er muligt at fremme, hvad man kunne kalde en undersgende tilgang (nysgerrighed, naturvidenskabelige indstillinger i bredere forstand) p et tidligt tidspunkt i skolesystemet. Brn som naturvidenskabelige tnkere?

    I et nyligt review In what sense can the child be considered to be a Little Scientist? konkluderer Brewer blandt andet sin nuancerede udredning med ordene: Brn laver teorier, der kvalitativt ikke er meget anderledes end dem,

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 37

    videnskabsfolk laver (Duschl og Grandy, red., 2008). En del af grundlaget for konklusionen hviler p moderne udviklings- og hjerneforskning. En rkke un-dersgelser peger her p overordnede og kvalitative ligheder mellem brns teorier og naturvidenskabens, mens andre mere specifikt for eksempel godt-gr, at brn i folkeskolens sm klasser er i stand til at evaluere teorier efter konsistens, empirisk akkuratesse og tilsvarende naturvidenskabelige krite-rier. Mest radikalt omtaler Brewer undersgelser, som godtgr, at brn helt ned til 1-2-rs alderen udviser nysgerrighed, udvikler og revurderer teorier og udfrer systematisk eksperimenteren. Der synes sledes at vre et tidligt potentiale for naturvidenskabelige tnkemder m.m.

    Men selv om brn formr at udvikle, afprve og revurdere teorier p m-der, som kvalitativt ligner naturvidenskabens, betyder det ikke ndvendig-vis, at deres etablerede tankegange og videnstruktur modsvarer naturviden-skabens. Brnene er henvist til at hente deres tnkeindhold ud fra deres hverdagsbundne og personlige erfaringer, i perioder forstrket af det ego-centriske personlige perspektiv, som er en del af brns udvikling. En rkke forskere har ppeget, hvorledes netop hverdagslivets opsamling af kontek-strige erfaringer med fokus p nyttevrdi begunstiger konkrete, kontekstu-elle, induktive, episodiske og associative trk ved brns tnkning og fore-stillinger. Formuleret med en grov computer-analogi kan processoren kun arbejde med de (begrnsede) input, den fr. Derfor forekommer det kun logisk, at K. Paludan i sin bog Videnskaben, Verden og Vi (K. Paludan, 2000) finder de modstninger mellem trk ved brns befstede tankemnstre og trk ved naturvidenskabens tankemnstre, som fremgr af Tabel 2.

    De unges hverdagstnkning vs. naturvidenskabelig tnkning(Paludan, 2000)

    Antropocentrisk DecentreretAntropomorfistisk DehumaniseretFinalistisk Mekanisk-kausalKonkret AbstraktKontekstuel, lokalt logisk GeneraliseretInduktiv DeduktivEpisodisk Kvantitativ, statistisk, analyserendeHolistisk ReduktionistiskAssociativ Taksonomisk

    Tabel 2

  • 38 Metoder i naturfag - en antologi

    Nr brnene tropper op i naturfagslokalet, er der sledes afgrende forskelle mellem deres etablerede tankegange og den etablerede naturvidenskabs. Man kan prve at tackle problemet p to niveauer: Curriculum-designeren kan beslutte sig for, at visse af naturvidenskabens autentiske trk holdes vk fra eller nedtones i naturfagsundervisningen. I curriculum for de min-dre klasser og almendannende naturfagsundervisning i det hele taget vil det for eksempel vre naturligt at nedtone abstrakte, deduktive, kvantitative og dehumaniserende elementer. Alternativt kan lreren p det pdagogiske niveau tackle forskellen ved som culture broker at g ind og eksplicitere og begrunde uundgelige forskelle, samt sikre eleverne en oplevelse af, at na-turvidenskabens mder har deres srlige nyttevrdi.

    Et andet blik p elevernes muligheder for at hndtere naturvidenskabelige tnkemder fr man via den kortlgning af epistemologisk tnkning hos engelske elever i alderen 9-16 r, som Driver m.fl. har foretaget (R. Driver et al 1996). Forfatterne sammenfatter vsentlige dele af deres forskning i be-skrivelsen af tre forskellige rsonnementsformer: En fnomen-baseret, en relations-baseret og endelig en model-baseret rsonnementsform. Den re-lations-baserede form ser naturvidenskabelig undersgelse som observation og manipulation af specifikke fnomener. Indenfor den relations-baserede form er det afgrende at finde sammenhnge mellem variabler via fair tests og kontrollerede forsg. Endelig forbindes naturvidenskabelig undersgelse i den model-baserede tnkning med teori-/model-evaluering og en bevidst-hed om, at model og virkelighed er principielt forskellige ting. Undersgelsen konkluderer, at fnomen-baseret tnkning dominerer blandt brn under 12 r. I aldersgruppen fra 12-16 r dominerer s en relations-baseret tnkning, mens andelen af model-baserede tnkere ges gradvist uden at dominere p noget alderstrin. Forfatterne anfrer hertil: P denne baggrund anser vi, at de fleste skoleelever ikke er blevet tilskyndet til at anvende eksplicitte mo-delbaserede rsonnementer. Udviklingen ses derfor ikke ensidigt som et udtryk for en biologisk udviklingslinje (a la Piagets stadieteori), men i lige s hj grad som et resultat af trning og eksplicitte undervisningstiltag i en for barnet passende udviklingszone. Undersgelsen giver samtidig et godt bud p, hvor udviklingszonen typisk starter for de undersgte aldersgrupper.

    Som tidligere omtalt er naturvidenskabens hovedrinde at generere forkla-ringer. Drivers rsonnementsformer giver ogs her et interessant indblik i brns tnkning omkring og brug af forklaringer. I den fnomen-baserede

  • At undersge verden naturvidenskabelige metoder i skolen og i Real Science 39

    form er der oftest ingen skelnen mellem beskrivelse og forklaring. Naturviden-skabens prference for kausale forklaringer m ndvendigvis f det svrt her. Forklaring handler om at sammenkde naturvidenskabelige strrelser (observerede, konstruerede), enten kausalt eller via matematisk-empirisk ge-neralisation det forudstter alts som minimum en relations-baseret tnk-ning. Under 25% af de 16-rige hndterer forklaringer, hvori der indgr ikke-observerbare teoretiske strrelser, og samme moderate andel anerkender, at der kan vre multiple forklaringer p et bestemt fnomen (trk ved den model-baserede form). Driver et als undersgelse giver sledes en fornem-melse for, p hvilket niveau man kan starte arbejdet med naturvidenskabelig forklaring.

    En sidste vigtig naturvidenskabelig tankegang bestr i at drage slutninger ud fra naturvidenskabelige belg i form af evidens-baserede slutninger eller i mdet med argumentation. J. Osborne (J. Osborne et al, 2005) har argu-menteret for, at netop denne tankegangskompetence er det vigtigste ml for en almendannende naturfagsundervisning. Med konkrete undervisningsma-terialer og videoklip fra undervisning af elever p 11-14 r har disse folk tillige dokumenteret, at denne aldersgr