a u f g
Lars Brian Krogh og Hanne Møller Andersen
Fagdidaktik i naturfag
Frydenlund
Fagdidaktik i naturfag 1. udgave, 1. oplag, 2016 © Forfatterne og Bogforlaget Frydenlund ISBN 978-87-7118-672-7 Forlagsredaktion: Sigrid Kraglund Adamsson Fagredaktør: Flemming B. Olsen Korrektur: Lene Müller, LM Sprogservice Grafisk tilrettelæggelse: Morten Thunø Hansen Grafisk produktion: Balto, Litauen
Kopiering fra denne bog eller dele deraf er kun tilladt i overensstemmelse med overenskomst mellem Undervisningsministeriet og Copydan. Enhver anden form for kopiering er uden forlagets skriftlige samtykke forbudt ifølge gældende dansk lov om ophavsret. Undtaget herfra er korte uddrag i anmeldelser.
Frydenlund Alhambravej 6 DK-1826 Frederiksberg C tlf.: 3393 2212 post@frydenlund.dk www.frydenlund.dk Tilmeld dig forlagets nyhedsmail på www.frydenlund.dk/nyhedsservice.
INDHOLD
I
. EN FAGDIDAKTIK FOR NATURFAGENE .......................................... 9 Udgangspunkt og definition ......................................................................... 10 Fagdidaktik som pejlemærke – på vejen til en reflekteret praksis ......... 11
II . HVORFOR UNDERVISE I NATURFAG?............................................ 15 Perspektiver på begrundelser for naturfagene......................................... 16 Udfordringer for fremtidens naturfaglige uddannelser........................... 19 Typer af argumenter for naturfag ................................................................ 20 Et kritisk blik på argumentationstyperne ................................................... 21 Begrundelser – i fagenes læreplaner og hos lærerne.............................. 24 Naturfag for alle eller naturfag for de få?.................................................... 27 Naturvidenskabelig almendannelse som sigtepunkt ............................... 28 Scientific literacy – én betegner, mange betydninger ............................. 30 Nødvendigheden af at have sine begrundelser på plads ......................... 34
III . LÆRINGSTEORETISK BAGGRUND FOR AT UNDERVISE I NATURFAG ..................................................................... 37 Mental konstruktivisme ................................................................................. 38 Socialkonstruktivisme.................................................................................... 44 Læringsteoretiske pejlemærker for undervisning .................................... 48
5
IV . UNDERSØGELSESBASERET UNDERVISNING........................... 65 Traditionelle eksperimenter.......................................................................... 67 Nyere forståelser – undersøgelsesbaseret undervisning ....................... 67 Strukturer omkring det undersøgelsesbaserede arbejde ....................... 70 Om betydningen af mål for det undersøgende arbejde ........................... 74 Eksperimentel kompetence som mål........................................................... 77 Virtuelle undersøgelser ................................................................................. 80 Teoretiske pejlemærker i forhold til det praktiske arbejde...................... 82
V . IT I NATURFAGSUNDERVISNINGEN............................................... 87 Introduktion ..................................................................................................... 88 It – hvad skal det gøre godt for?.................................................................... 91 Konkrete it-anvendelser – i et didaktisk perspektiv.................................. 95
VI . SPROG OG KOMMUNIKATION I NATURFAGENE .................... 109 Samtale og dialog i naturfagsundervisningen ......................................... 110 Naturvidenskabens særlige sprog ............................................................. 111 Et overordnet blik på kommunikation og interaktion i klasserummet.......................................................................... 113 Den spørgsmålsdrevne undervisning........................................................ 116 Aktiviteter og organisering, der understøtter faglig dialog................... 120 Opsummering og konkrete anbefalinger................................................... 124
VII . EVALUERING I NATURFAGENE........................................................ 127 Evalueringsparadigmer ’in action’ i dansk naturfag ................................ 128 Elevevaluering – centrale evalueringsspørgsmål og -typer................... 130 Formativ evaluering...................................................................................... 133 Summativ evaluering.................................................................................... 142 Evalueringens forside og bagside .............................................................. 152 Opsummering................................................................................................. 154
6
VIII AKTUELLE UDFORDRINGER – ET SAMLENDE PERSPEKTIV............................................................................................. 157 Læringsudfordringen ................................................................................... 158 Dannelsesudfordringen ............................................................................... 160 Motivationsudfordringen............................................................................. 163 Samspils-/interdisciplinaritetsudfordringen ........................................... 165 Lærerudviklingsudfordringen .................................................................... 167
LITTERATUR ....................................................................................................... 171
7
Na tu rf ag
a u f g
VI
SPROG OG KOMMUNIKATION I NATURFAGENE
Fagdidaktik i naturfag
Samtale og dialog i naturfagsundervisningen I en kemitime i 1.g skal eleverne lave en bestemmelse af saltindholdet i et rundstykke. Inden de går i laboratoriet, gennemgår de principperne i analysemetoden. Et udsnit af denne samtale kan ses på figur 11.
En analyse af saltindholdet ved fældning Lærer »Hvis I skal lave en fældningsreaktion … hvad vil I så gøre?« [pause] »I ved, at I har noget chlorid i opløsningen …« Jacob »Bruge overskud af et eller andet …« Lærer »Kan I huske, hvordan man fælder med sølv?« [pause] »Har I prøvet det før?« Jesper »Nej, det har vi ikke!« Lærer »Det har I nu prøvet … det gør vi med sølv …« [skriver Cl- på tavlen] »Hvad skriver jeg så?« Lars »Hg« Jacob »Ag« Lærer »Ag+« »Det var en af de første øvelser, I lavede på første år.« [pause] »Hvad så herovre på den anden side?« Lars »(…) AgS?« [utydeligt] Lærer »Hvad er det for en reaktion, vi får? Hvad er det, vi får ud af det her?« Jesper »Sølvchlorid.« Lærer »Ja … sølvchlorid.« Jesper »Bare spørg mig, når der er noget.«
Figur 11. Uddrag af en klasserumssamtale fra kemi.
Læreren stiller mange spørgsmål og forsøger at lede elevernes tænkning i den rigtige retning. Eleverne kommer ikke med så mange brugbare input, så læreren leverer flere og flere hints. Elevernes udbytte af en sådan pseudodialog er, efter alt at dømme, begrænset. Spørgsmålet er så, hvad læreren kunne have gjort for at gøre denne lærestyrede samtale mere lærerig for eleverne? Ville det nytte med 110
Sprog og kommunikation i naturfagene
større opmærksomhed på naturvidenskabens særlige sprog? Kunne han med fordel have stillet anderledes spørgsmål – eller blot håndteret svarene anderledes? Hvilke muligheder er der for at udvikle hele den kommunikative situation f.eks. ved at slække på lærerstyringen til fordel for en mere autentisk dialog? Disse er nogle af spørgsmålene, som vil blive berørt i det følgende.
Naturvidenskabens særlige sprog Når eleverne første gang møder naturvidenskaben i skolen, har de allerede årelang erfaring med naturvidenskabelige fænomener, og de har etableret hverdagsforståelser af dem. I det omfang disse overhovedet er beskrevet, så er det naturligvis i hverdagstermer og -talemåder. Undervisningens primære opgave bliver derfor at etablere dialog mellem erfaringer/forståelser på hverdagsform og naturvidenskabens særlige måde at se, tænke og tale om tingene på. Alene af den grund bør begge sprog være til stede i undervisningen. I sidste ende er det et undervisningsmål, at eleverne kan forstå og selv anvende naturvidenskabens sprog. Ud fra en pædagogisk mål-middel-tænkning er det samtidig en pointe, at bevidst brug af sprog er det ultimative middel for at nå læringsmålet. Det naturvidenskabelige fagsprog adskiller sig fra hverdagssproget på mange måder. Lærere har typisk størst opmærksomhed på særegne fagspecifikke ord, såsom accelerator, petriskål, burette osv. Det er absolut relevant at introducere disse ’benævnere’ for specielle naturvidenskabelige genstande, men den faglige læseforskning viser, at disse i almindelighed er blandt de letteste for eleverne at håndtere. Jerry Wellington & Jonathan Osborne (2001) har på basis af forskningen formuleret en taksonomi for, hvor vanskelige naturvidenskabelige typer af ord er for elever. Her er benævnelser den nemmeste kategori, efterfulgt af henholdsvis procesord, begreber og matematiske symboler. Kategorierne er underinddelte, og inden for hver kategori fremstår det konkrete, og det, der kan beskrives udtømmende, som nemmere end det abstrakte og teoretiske. Grundlæggende udtrykker taksonomien, at det ikke så meget er ordene som deres hverdagsfjerne, naturvidenskabelige meningsindhold, der giver læringsmæssige problemer. 111
Fagdidaktik i naturfag
Mere overraskende er det måske, at de virkeligt svære ord falder helt uden for taksonomien, simpelthen fordi de ikke er naturvidenskabelige. De bruges imidlertid særlig hyppigt i naturvidenskab til at forbinde udsagn og sammenstykke sætninger på. Logiske konnektiver er en sådan gruppe af ord, som forbinder udsagn logisk med hinanden, f.eks. derfor, omvendt, i det væsentlige, tilsvarende, derudover, i praksis. Naturvidenskaben bruger disse ord til at etablere kausalitet, til at fremhæve det væsentlige, graduere sammenhænge og indbygge forbehold uden at skulle gå i detaljer. Problemet er, at de overlader det til modtageren at afkode, hvad der er udeladt – og mange af dem indebærer tillige et krav om at rumme og logisk forbinde flere udsagn i hovedet på samme tid. Da eleverne netop ikke er faglige insidere, og mange har problemer med at tænke formelt operationelt, oplever de naturligt en sådan sprogbrug som ekstremt krævende. Den britiske sprogforsker Michael Halliday har beskæftiget sig dybtgående med naturvidenskabens måde at bruge sproget på – og de vanskeligheder, det skaber for outsidere (se f.eks. Halliday & Martin 1993). Han peger bl.a. på, at naturvidenskaben, i modsætning til hverdagssproget, sjældent har konkrete aktører, som gør noget. I naturvidenskabens sætninger er det handlende grundled oftest af abstrakt natur, såsom strømmen, energien, cellen, kredsløbet. Derudover trækker man i naturvidenskaben hyppigt det væsentlige udsagnsord sammen med navneordet, f.eks. bliver en sætning som »Vandet afgiver varme« nemt til »Varmeafgivelsen …« eller sætningen »Cellerne deler sig hurtigt« til »Den hurtige celledeling«. Ved at indarbejde verbet i en såkaldt nominalgruppe opnår naturvidenskaben at udtrykke sig kompakt og uden unødig kontekst, hvilket tjener kommunikative formål inden for naturvidenskaben – men samtidig gør naturvidenskaben svær for den outsider, som vil tilegne sig den. Denne korte omtale af træk ved det naturvidenskabelige sprog skulle gerne give en ide om, hvad man bør fokusere på, når man laver faglig læsning i naturfag: Man bør introducere vigtige fagtermer – og prøve at sikre sig, at eleverne har deres centrale meningsindhold på plads. Ellers vil en senere forklaring, hvori de indgår, aldrig give mening. Hvor hverdagsord anvendes med en særlig betydning i naturvidenskab, bør 112
Sprog og kommunikation i naturfagene
dette gøres eksplicit. Et eksempel kunne være ordet arbejde, som stik imod al hverdagsrimelighed kan være negativt i naturfag. Man bør tillige hjælpe eleverne med at afkode sætningers logiske struktur og inddrage dem i en drøftelse af, hvad der mon ligger under brugen af specifikke konnektiver. Endelig bør man træne dem i at opløse sammentrukne nominalgrupper. Det er indlysende, at eleverne kun kan lære naturvidenskabens sprog ved at arbejde med det og praktisere det. Betyder dette så, at man som lærer bør fortrænge al hverdagssnak fra klasseværelset og insistere på, at der kun tales i fagsprog i timerne? Som antydet tidligere er svaret et klart nej. I henhold til socialkonstruktivistisk læringsteori er det vigtigt, at hverdagens spontane begreber og sprog bringes i kontakt med naturvidenskabens mere abstrakte, og at forståelse i form af en indre overbevisende stemme må vokse frem af mødet. Der findes empiriske studier, som viser, at elever, som har arbejdet målrettet med at forbinde hverdagssprog og naturvidenskabeligt sprog, lærer mest – og i øvrigt husker det længst. Ved bevidst at koble de to sprogdomæner, kan man således støtte elevernes læring. I en tidlig tilegnelsesfase har hverdagssproget måske særlig relevans, hvorefter man kan koble ved f.eks. at sige: »Ok, nu har vi talt om det i hverdagssprog, hvordan vil I forklare det hele ved at bruge naturvidenskabelige ord?«.
Et overordnet blik på kommunikation og interaktion i klasserummet I det følgende vil vi præsentere to forskellige forskningsbaserede optikker på kommunikationen i det lærerstyrede klasserum.
Den kommunikative tilgang Inden for naturvidenskabelig undervisning er der tradition for, at den gode lærer gennemgår/præsenterer fagets viden på en entydig, logisk og velstruktureret måde, hvorved den naturvidenskabelige viden kommer til at fremstå som en samling af ret så indiskutable facts. Det er en af grundene til, at dialog og samtale har ringe kår i de naturvidenskabelige fag. Eduardo Mortimer og Philip Scott har observeret og analyseret kommunikationen i en række naturvidenskabelige klasser 113