9789147084227

ISBN 978-91-47-08422-7 © 2008 Författarna och Liber AB förlagsredaktör: Eva Sundmyr omslag och typografi: Birgitta Dahlkild förläggare: Emma Stockhaus produktion: Kenneth Olsson bildredaktör: Elisabeth Westlund omslagsfoto: Christina Dackéus

Första upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Nacka

Tryck: Korotan, Ljubljana, Slovenien 2008

kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm tfn 08–690 90 00 www.liber.se kundservice tfn 08–690 93 30, fax 08–690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se

Innehåll Förord 8 Inledning 11

Naturvetenskapligt arbetssätt

14

Naturvetenskaplig didaktisk forskning och undervisning 15 Naturvetenskaplig forskning 16 Naturvetenskapliga upptäckter 18 Utforskande och undersökande arbetssätt 20 Utforskande, undersökande och begreppsbildning 23 Teoretiska perspektiv på kunskap och lära 26 Empiristisk kunskapstradition 26 Konstruktivism 29 Sociokulturellt perspektiv 31 Konstruktionismen – vårt valda tillägg 32 Likheter och skillnader mellan perspektiven 33 Sammanfattning 34 Att kommunicera och gestalta tankar 35 Tilltro till barns förmåga och strategier 35 Lärande individuellt och i grupp 39 Följa och dokumentera lärprocesser 43 Skapa en relation till platsen, materialet och uppgiften 44 De hundra språken 46

Naturvetenskapligt utforskande arbete

54

Börja för att komma vidare 55 Att ”äga” frågan 55 Noggranna observationer med hjälp av bildspråket 68

Produktiva frågor 69 Concept Cartoons 73 Materialets betydelse 76 Sorteringsövningar 79 Andra sätt att börja 82

Följa, värdera och utvärdera lärprocesser

86

Pedagogisk dokumentation kopplad till ett innehåll 87 Retrospektiv och prospektiv dokumentation 87 Ett kollektivt verktyg 88 Att konstruera kunskap tillsammans 89 Att använda pedagogisk dokumentation som lärare 90 Projektera – att göra ett upplägg för ett projekt 91 Små barns naturvetenskapliga utforskande 93 Dokumentera händelser – det barnen gör 93 Tid att undersöka 96 Dokumentera och kommunicera – projektarbete med femåringar 99 Organisation av projektarbetet 100 Barnen har teorier om träd 100 Begreppsbildning 106 Sammanställning av höstens arbete 111 Vårens projekt – välja spår att fördjupa 111 Låta idéerna mötas 115 Pedagogisk dokumentation som ett verktyg för utvärdering 120 Frågor styr 121 Vad lärde sig barnen? 123 Kunskap och mening 125

Trädet – ett projekt i skolan med dokumentationen som styrmedel 126 Syften med projektet 126 Undervisningsprocessen 126 Ämneskunskap 132 Organisation, lärande grupper och lärprocesser 134 Ett utforskande där barnet äger frågan 139 Projektets pedagogiska dokumentation 139 Språkets betydelse och kopplingen till läs- och skrivinlärning 140 Vad lärde sig barnen av projektet? 140 Fler infallsvinklar 141 Slutkommentarer 141

Ämneskunskap som möter barns frågor 143 Ämneskunniga lärare 144 Hur gamla är stenar och har de varit levande? 146 Om stenars ålder och hur de har bildats 146 Jordskorpan består av stora ”pusselbitar” som rör sig 147 Döda stenar som en gång varit levande 148 Levande eller dött 149 Kan man förstå vad fåglarna säger? 151 Fåglarnas anpassning till miljön 152 Varför svävar man fritt i rymden? 153 Om tyngdkraften 153 Barn tycker om att öka eller minska friktionen 154 Karuseller och gungbrädor 154

Hur kan ljuset studsa? 156 Ljusets reflektion 156 Regnbågens alla färger 157 Varför kan man se månen på dagen? 159 Morgonstjärnan är egentligen planeten Venus 159 Att mäta tid med skuggor 160 Månens faser 160 Olika kalendrar 161 Stjärnbilder och myter 162 Vi ser Betelgeuze som den såg ut för fem hundra år sedan 162

Inget nytt under solen

164

Idéer och tänkvärda tankar 165 Carl von Linné 165 John Dewey – learning by doing 166 Primary Science i Storbritannien 167 Coombes School 168 Bifrostskolan 169 Reggio Emilia och Reggio Children 170 Framtiden 171 Litteratur 173 DVD 175 Videofilm 175 Internet 175 Barnlitteratur 176 Bildförteckning 177 Register 178

Förord ”Det roligaste med att flyga med pappersplan är att de aldrig flyger likadant”, säger Gustav fyra år, och visar på människans stora drivkraft att inte veta hur det går nästa gång. Att upptäcka likheter och skillnader, att göra distinktioner, är något som vi människor enligt den chilenske biologen Humberto Maturana älskar att göra. Det får oss att tänka.

Den här boken präglas just av barns iver att utforska olikheter och skillnader och av liv och lärprocesser och författarnas egna reflektioner i relation till dessa processer. Vid läsningen har jag hela tiden tänkt på hur viktigt det är att ”lyssna” till barns förundran, nyfikenhet och frågor och låta dem undersöka och utforska det som engagerar dem, hur komplicerat det än först verkar. Det förutsätter att vi inte genast förenklar utan istället som lärare försöker härbärgera komplexitet, en komplexitet som innefattar både ämnesområden, arbetssätt och teoretiska perspektiv.

Under 1990-talet påbörjade vi inom Lärarhögskolan i Stockholm, numera Stockholms universitet, ett omfattande förändringsarbete med inriktning mot lärande i förskolan och de första åren i grundskolan. I nära samarbete med förskolor och skolor har vi tydliggjort innehållet det vill säga de ”ämnesområden” som ska ge de blivande lärarna en kunskapsgrund i yrket. Vi har också gett lärarutbildningen för de yngre åldrarna en tydligare forskningsbas.

Det har varit ett mödosamt arbete eftersom det till stor del handlat om att utmana förgivet tagna föreställningar om barn, kunskap och lärande och om hur vi i lärarutbildningen ska kunna integrera 8

lärarkunskap, ämnesdidaktik, ämnesteori och verksamhetsförlagd utbildning.

Den här boken kan ses som ett mycket viktigt bidrag till denna förändringsprocess. Författarna har arbetat tillsammans i inriktningen ”Barn och naturvetenskap” och de delar här med sig av sitt fortlöpande sökande för att finna nya former för ett naturvetenskapligt utforskande arbetssätt.

En fråga som de ställer är varför det i grundskolan är ett vikande intresse för skolämnena biologi, fysik och kemi när erfarenheten visar att redan små barn mycket tidigt är intresserade och fascinerade av naturvetenskapliga fenomen. Kan det möjligen handla om hur undervisningen i dessa ämnen bedrivs, både i skolan och i lärarutbildningen?

För att svara på dessa frågor utmanar författarna de förändringsstrategier som hittills prövats för att inspirera till ett större intresse för de naturvetenskapliga ämnena i skolan och i lärarutbildningen. De utmanar bland annat det naturvetenskapliga empiristiska grundantagandet att världen går att upptäcka och att språket avspeglar världen – något som får till konsekvens att vi ser på världen på ett objektifierat sätt.

Med stöd i egna erfarenheter och i nyare didaktisk och ämnesdidaktisk forskning överskrider de också traditionell naturvetenskaplig undervisning som framför allt fokuserat sådana ämneskunskaper och laborationer där svaren redan ligger färdiga.

En stor styrka i boken är att författarna genom teoretiska ställningstaganden och konstruktiva exempel reder ut några vanliga motsättningar inom utbildningstänkandet. En sådan motsättning är dualismen mellan ämnesteori och lärarkunskap. Med referens till teoretiska ställningstaganden och val utmanar de denna dualism genom att kritiskt granska en linjär och hierarkisk kunskapssyn som gör att barns och

studenters teorier och frågeställningar ses som mindre värda.

Samtidigt som de lyfter fram vikten av gedigna ämnesdidaktiska kunskaper och ämnesteori, som kan hjälpa studenterna att synliggöra vardags-, skolämnes- och vetenskapliga begreppsvärldar, förordar de att undervisningen bör börja i ett aktivt utforskande med fokus på vad som händer i själva görandet, och där studenters och barns egna frågor och teorier ses som värda att uppmuntras och undersökas vidare.

Utgångspunkten är den italienske filosofen Loris Malaguzzis tänkande ”alla barn är intelligenta” – att alla barn oavsett social bakgrund, etnicitet, funktionshinder är på upptäcktsfärd i världen och utforskar världen utifrån sina egna tankar och teorier och på så sätt försöker skapa mening i världen. En mening som de också vill kommunicera till andra.

Denna utgångspunkt förutsätter en lärandekultur som bygger på ett aktivt lyssnande på det som väcker barns och studenters intresse. När studenterna i den verksamhetsförlagda utbildningen och i utbildningen på högskolan börjar upptäcka naturvetenskapen i sin egen och barns vardag väcks deras intresse för de naturvetenskapliga frågeställningarna. Med hjälp av öppna och konstruktiva frågor som kan stödja utforskande och bidra till en djupare förståelse av olika

begreppsvärldar överskrids också ett av pedagogikens värsta gissel, det enkla fråga–svar-mönstret.

En viktig grund för ett sådant överskridande har varit pedagogisk dokumentation. Liksom studenterna i lärarutbildningen och lärarna i förskolor och skolor har författarna i egenskap av lärarutbildare mycket medvetet arbetat med pedagogisk dokumentation och reflektion, och på så sätt har de kunnat följa och synliggöra barns, studenters och sina egna lärandestrategier och lärprocesser. Denna dokumentation kan sedan ligga till grund för bedömning och utvärdering av verksamheten och som ett bidrag till lärares professionella utveckling.

Barn och naturvetenskap är en bok som visar på att vardagens naturvetenskap rymmer en tillräcklig komplexitet för att utmana barn och lärare att gemensamt utforska och skapa kunskap om ett outsinligt fält av fenomen och processer. Att utforskandet skapar lust och intresse hos barnen, men också hos studenter och lärarutbildare går inte att ta miste på.

Haut-de-Cagnes april 2008 Gunilla Dahlberg, professor vid Institutionen för didaktik och pedagogik, Stockholms universitet

9

10

Inledning vad har naturvetenskap med lärande och små barn att göra? En hel del skulle vi vilja påstå. Inom naturvetenskaplig forskning finns en lång tradition av utforskande, undersökande och experimenterande för att lösa forskningsproblem. Små barn utforskar, undersöker och experimenterar för att komma underfund med hur världen fungerar. Det finns stora skillnader men också betydelsefulla likheter mellan hur en vetenskapsman arbetar och hur ett barn utforskar naturvetenskap i sin närmiljö. Vi har tagit fasta på likheterna i de naturvetenskapliga forskarnas sätt att arbeta och jämför det med ett utforskande och undersökande arbetssätt med barnen.

Barn kan mycket i dag. De lever mitt ibland oss och inte i en avskild barndomsvärld. De får tillgång till en ständig ström av dels fakta och information från TV, radio, tidningar, dels populärkultur som spel, filmer, musik och reklam samt förstås samtal med kamrater, föräldrar och andra vuxna. Men hur får barnen all denna information att hänga ihop med sina egna erfarenheter, där de kan skapa förbindelser som gör den meningsfull? Får de möjlighet att dela sina erfarenheter med varandra? Detta är pedagogiska utmaningar i förskola och skola i dag, inte minst när det gäller undervisning i naturvetenskap.

Vi som skrivit denna bok är fyra lärare som mötts i lärarutbildningen i Stockholm. Vi har alla olika kompetenser, Ingela Elfstöm är doktorand, lärarutbildare och undervisar i didaktik och pedagogik. Christina Wehner-Godée har undervisat i didaktik, pedagogik, media och är läromedelsförfattare. Båda har erfarenhet av arbete i förskolan i första hand, men även

med yngre barn i skolåldern. Lillemor Sterner och Bodil Nilsson är lärarutbildare med kunskaper inom biologi, geologi, kemi, fysik och båda har erfarenhet av undervisning i grundskolan, liksom av fortbildning av verksamma lärare i förskola och skola.

Under några år har vi haft förmånen att få arbeta tillsammans inom lärarutbildningen med att utveckla kursen ”Barn och naturvetenskap”, en kurs som sträcker sig över två terminer och handlar om naturvetenskap för de yngsta barnen, allt från barnets första år i förskolan upp till och med skolår 5. Kursen har inneburit ett fortlöpande sökande för att finna former för undervisning och teoretiska perspektiv som svarar mot de utmaningar som ämnet naturvetenskap står inför i dag. När vi i denna bok skriver ”vi” syftar vi därför på de erfarenheter vi fyra har gjort under själva förändringsarbetet. I vår beskrivning av ett utforskande och undersökande lärande i naturvetenskap vänder vi oss såväl till lärarutbildare och studenter som till lärare som arbetar med barn i förskola, förskoleklass, fritidshem och upp till och med skolår 5.

Vi har valt att genomgående använda benämningen lärare i boken, eftersom det är den officiella titeln, både i förskola, skola och skolbarnsomsorg.

Inom lärarutbildningen har antalet studenter som väljer naturvetenskaplig inriktning minskat, vilket avspeglas i ett vikande intresse för skolämnena fysik, kemi och biologi i grund- och gymnasieskolan. Varför är det så, frågar vi oss, när vår erfarenhet är att små barn tidigt är fascinerade av naturvetenskapliga fenomen. De utforskar och undersöker ständigt den fysiska värld som omger dem. Undersökningar visar att ungdomar i Sverige och övriga västvärlden är mycket intresserade av naturvetenskap (Sjöberg 2000, ROSE-projektet). Särskilt frågor som rör deras egen och jordens hälsa, teknisk utveckling samt villkor 11

för natur och djurliv. Men det framkommer också att ungdomarna tycker att deras frågeställningar sällan eller aldrig tas upp i skolans NO-undervisning.

Många verksamma förskollärare och yngre lärare i grundskolan saknar utbildning i naturvetenskap.

När vi mött dem i fortbildningskurser har de blivit förvånade över hur mycket av deras vardagserfarenheter som har koppling till kemi, fysik och biologi, erfarenheter som de skulle kunna använda sig av i sin egen yrkesverksamhet.

Vi har också funderat över om naturvetenskapens starka koppling till en manligt dominerad vetenskaplig tradition kan utgöra en förklaring till varför både flickor och pojkar väljer eller väljer bort naturvetenskap. Det kan ha att göra med hur man vill definiera sig själv eller hur man ser på sig själv, men också hur man bedöms och blir definierad av andra. Naturvetenskapliga ämnen har ju åtminstone tidigare haft hög status och ansetts vara ett svårt ämne lämpat för studiebegåvade barn och ungdomar. En form av uteslutning som kan kopplas tillbaka till just de kompetenser som ansetts tillhöra en maskulin sfär, som logiskt tänkande, rationalitet, förnuft och aktivitet. Detta skulle vi vilja utmana med ett synsätt inspirerat av Carlina Rinaldi (2006b) vetenskaplig ledare för förskolorna i Reggio Emilia. Hon skriver att alla barn är intelligenta. Med det menar hon att alla barn undersöker och utforskar världen utifrån sina egna förutsättningar och att de vill kommunicera detta med andra. Vi som lärare måste vara påhittiga nog att möta alla barns utforskande i ett gemensamt relationellt sammanhang i förskola och skola.

Att se undervisning i naturvetenskap ur ett genusperspektiv har ibland resulterat i försök att locka flickor med ämnen som ansetts ligga närmare ”kvinnliga” intressen, som smink och matlagning. Men i stäl12

let för att överskrida könsstereotypa mönster anser många att man på detta sätt förstärker dem. Vad vi själva uppmärksammat som viktigt att fråga sig och vara vaksam på, är hur och på vilka sätt man själv uppfattar och ser på barns lek. Ser vi till exempel olika på flickors och pojkars lek i sandlådan? När en grupp flickor sitter och geggar med sand och vatten i sandlådan, ser vi det som om de ”bara” bakar kakor? Tenderar vi att definiera samma lek med pojkar inblandade som att de utforskar? Hur ofta intervjuar vi flickor om deras syn på kraft när vi sett dem spela bollspelet ”King” på skolgården? Vi tror att man måste börja i sina egna föreställningar för att kunna se med andra ögon på det barnen gör och för att över huvud taget se barns undersökande som ingångar till naturvetenskaplig undervisning. Detsamma gäller för att kunna överskrida könsstereotypa mönster i undervisningen och i synen på naturvetenskap.

Allt detta har påverkat oss och gjort att vi börjat undra över hur vi kan förändra undervisningen i naturvetenskap så att den berör barn och ungdomar och tar utgångspunkt i deras frågeställningar. Vi har försökt bygga upp en undervisning tillsammans med studenterna med utgångspunkten att egna frågor går att undersöka och utforska. Att det går att börja där nyfikenheten föds och se att vardagen rymmer ett myller av fenomen som hör till det naturvetenskapliga ämnesområdet. Ett första steg i den upptäckten är att få syn på det som barn utforskar i sin vardagliga miljö, i den egna leken.

Under vårt förändringsarbete har vi inspirerats av både nationell och internationell didaktisk forskning i naturvetenskap och av didaktisk forskning om yngre barn. I den här boken vill vi dela med oss av hur vi arbetat och byggt upp en förändrad undervisning.

Vi vill lyfta fram vilka teoretiska redskap vi använt

och hur det bland annat påverkat undervisningens organisation, lärarens roll, synen på ämnesteori och barns kompetenser.

Rop efter mer ämneskunskaper kan leda till en strikt ämnesuppdelning som motverkar det mer övergripande ämnesintegrerade arbetssätt som förordas i läroplanerna Lpfö 98 och Lpo 94. Men det behöver inte bli så. Det ena behöver inte utesluta det andra, utan det kan snarare bli en fråga om turordning och om hur och när ämneskunskapen kommer till användning. Det är upptäckter vi själva gjort när vi förändrat undervisningen från mer traditionell, med fokus på enbart ämneskunskaper och laborationer, till utforskande och undersökande, med fokus på vad som händer, själva görandet och teorier. Samtidigt har vi blivit medvetna om hur oerhört mycket ämneskunskap lärare behöver för att känna igen olika fenomen

och kunna ge nya utmaningar. Vi ser därför både förberedelser och processer som lika betydelsefulla som målet i sig, men vid olika tidpunkter i lärandet. Vi tror inte att det finns några enkla lösningar eller recept.

Men vi tror att vi måste börja i barns, ungdomars och vuxnas egna och gemensamma frågeställningar och att vi lär genom att utforska tillsammans. Det finns inga enkla basfakta som lägger grunden till allt. Det är vi själva som gemensamt konstruerar den kunskap vi har om världen, och det gör vi på nytt med varje ny barngrupp eller grupp av lärarstudenter. Varje gång förändras och förskjuts vår egen förståelse genom de nya erfarenheter vi får av varandra i gruppen.

Stockholm i maj 2008 Ingela Elfström, Bodil Nilsson, Lillemor Sterner och Christina Wehner-Godée

13

Naturvetenskapligt arbetssätt

V

årt undervisningsområde är didaktik.

Didaktik kan beskrivas som konsten att undervisa med pedagogiken som ledstjärna. Pedagogik är ett vidare begrepp och innefattar allt som rör uppfostran och utbildning till ansvarstagande vuxna samhällsmedborgare. Enligt högskoleförordningen ska all undervisning inom universitet och högskola vara vetenskapligt anknuten och vila på vetenskaplig grund. Genom att studenterna själva har möjlighet att bli förtrogna med ett utforskande och undersökande arbetssätt kan de samtidigt dra paralleller till naturvetenskaplig forskning.

14

Naturvetenskaplig didaktisk forskning och undervisning

D

et didaktiska sammanhang vi de senaste åren

försökt skapa och utveckla genom ett utforskande och undersökande arbetssätt påminner om tillvägagångssätt som är vanliga inom naturvetenskapligt arbete. Undervisningen karaktäriseras av att studenterna lär sig naturvetenskap och didaktik genom att göra egna utforskande undersökningar med teorianknytningar. Det är verbet göra, det vill säga själva aktiviteten, som är i fokus i undervisningen i lärarutbildningen. Studenterna gör utforskande och undersökande projektarbeten under den verksamhetsförlagda utbildningen tillsammans med barnen. Internationellt sett går den här formen av undervisning ofta under namnet ”Inquiry Based Science Education”. Enligt många didaktiker inom naturvetenskapen, till exempel Judith och Norman Lederman (2004), innebär det att eleverna själva får ställa sina frågor, planera sina undersökningar, använda naturvetenskapliga metoder och tolka sina resultat. I naturvetenskap finns det väldigt sällan bara ett svar på de frågor naturvetare undersöker. Det beror på att naturvetenskaplig kunskap delvis är en produkt av mänsklig slutledning, fantasi och kreativitet, även om den också baseras på empiriska bevis. Därför kan man säga att naturvetenskap aldrig är absolut eller sann och att denna kunskap är prövande och kan förändras. Begreppet ”inquiry” är mångtydigt och det finns många tolkningar av hur det kan förstås. En av flera möjliga

översättningar av ”scientific inquiry” som vi vill lyfta fram är ”vetenskaplig undersökningsprocess” eller ”vetenskaplig forskningsprocess”. Den definitionen innehåller både likheter och skillnader i jämförelse med processen att skapa kunskap genom att utforska och undersöka i skolsammanhang. Detta gäller såväl i förskola, förskoleklass, fritidshem, grundskola som i utbildning till lärare.

Vi har valt att genom en mängd exempel försöka ge en bild av vad vi lägger in i begreppen forskningsprocess och utforskningsprocess.

Den didaktiska naturvetenskapliga forskningen och det förhållningssättet vi inspirerats av finns iscensatt på olika håll i världen. Vi tänker framför allt på hur man arbetar i förskolor och skolor i staden Reggio Emilia i norra Italien. Våra kontakter har skett genom föreläsningar, litteratur och studieresor. Det är bland annat genom den kommunikationen vi har haft möjlighet att förstå vad vi håller på med – och hur vi kan komma vidare.

Vi har också haft kontakt med och tagit del och inspirerats av den forskning som bedrivs i de naturvetenskapliga ämnenas didaktik i andra länder i väst, särskilt i Storbritannien. Där i Primary School, har undervisningen i naturvetenskap länge haft en mer framträdande plats än i Sverige.

En viktig samarbetspartner är också forskningsgruppen för lärandets etik och estetik vid Stockholms 15

universitet som leds av professor Gunilla Dahlberg.

Här pågår forskning utifrån socialkonstruktionistiska perspektiv som utmanar synen på barn och lärande och som tar i beaktande hur förändringar i samhället påverkar förutsättningarna för undervisning i dagens förskola och skola (Dahlberg, Moss & Pence, 1999; Lenz Taguchi, 2000; Nordin-Hultman, 2004; Elfström, 2005; Olsson 2008).

Naturvetenskaplig forskning Barn undersöker naturvetenskapliga fenomen på samma sätt som många naturvetenskapsmän gör eller har gjort. För att tränga in i detta förhållningssätt kan vi börja med att titta på hur naturvetarna gör när de forskar. Det är inte helt lätt att ”se” hur de gör eftersom de gör på många olika sätt. Det beror bland annat på vad forskningen handlar om, vilken naturvetenskap det är, om det är grundforskning eller tillämpad forskning, vem det är som forskar och så vidare. Finns det då något som är gemensamt för hur forskare gör?

Naturvetare försöker lösa olika problem och de studerar problemen på många olika sätt, men alla använder sig av någon form av naturvetenskapliga metoder. Dessa är organiserade sätt att hitta svar och lösa problem, och de innehåller vissa bestämda steg.

Ordningen och antalet steg kan variera beroende på problemet och undersökningens art. Här nedan följer en genomgång av några av dessa steg.

• Att formulera ett problem: Problemet är frågan som man vill ha svar på. Nyfikenhet och undersökningar har resulterat i många naturvetenskapliga upptäckter. Frågan är ofta det centrala i den naturvetenskapliga forskningen.

16

• Observation: Det kan vara en observation av något fenomen som inte har en förklaring, och denna observation kan vara det som väcker nyfikenheten och som gör att frågan uppstår.

• Att formulera en hypotes: En hypotes är ett möjligt svar på frågan. Det är viktigt att en hypotes är undersökningsbar och den ska ha formen av ett påstående. En hypotes bygger oftast på en teori, det vill säga på ”gammal” kunskap. En hypotes måste kunna bekräftas eller falsifieras (visas vara fel).

• Att identifiera och kontrollera variabler: För ett rättvist försök (Fair test) måste man välja vilka variabler som ska ändras och vilka som ska vara kontrollerade det vill säga, ej ändras. Här väljs en variabel ut som ändras för att testa en hypotes. De andra variablerna måste kontrolleras så att de inte ändras.

• Att testa en hypotes: Experiment och undersökningar designas och genomförs. Typen av undersökning beror helt på frågan, hypotesen, förförståelse med mera.

• Ofta upprepar man experiment för att kunna lita på resultatet och se att det är upprepningsbart.

• Samla data = empiri: Det kan vara tabeller med mätresultat, diagram eller bilder. Det kan även vara listor med diverse beskrivningar eller en så kallad survey-undersökning, som innebär en kartläggning, exempelvis en granskning av en djurpopulations ätbeteende. Survey-undersökningar är mycket vanliga inom den biologiska forskningen.

• Tolka data: genom att organisera sina resultat i tabeller, diagram, grafer eller genom att göra statistiska bearbetningar av data eller liknande

kan man möjligen se ett mönster och då kan man fastlägga vad mätresultaten säger.

• Dra en slutsats: En slutsats är ett beslut man tar baserat på bevis. Resultaten jämförs mot hypotesen, och om resultaten stöder hypotesen eller inte är avgörande för om hypotesen anses vara korrekt eller inte.

Det finns många likheter mellan det som forskaren gör och det som barnet gör, men naturligtvis även skillnader. Dessa skillnader består till exempel av att forskaren ofta samlar data, empiri, forskningen är ofta kvantitativ. Detta gör inte barnen. Dessutom är ju forskaren oerhört inläst på sitt område och har en mycket djup teoribas. Det finns även särskilda akademiska kriterier för att bedriva forskning som endast uppfylls på högskolor och universitet. Därför har vi valt att kalla barnens undersökningar för ”utforskande” för att skilja det från riktig forskning. Det som ibland kallas ”forskning” i de lägre skolåren och som består av att eleverna plockar ihop texter från internet och annan litteratur får inte förväxlas med utforskande!

Vi kan inte kika in i barnens huvuden och få syn på vad de tänker, men vi kan observera deras handlande och därigenom dra slutsatser om den tankeprocess de förmodligen genomgår. Ett exempel från en förskola: Joel är en liten pojke på ett och ett halvt år som nyss börjat i sin förskola. En lärare filmar Joel under en förmiddag, för att se vad han gör tillsammans med de andra barnen. Först tycker hon att det verkar som han mest går omkring från rum till rum och prövar något en kort stund, för att sedan lite planlöst fortsätta till nästa aktivitet. Man skulle kunna se det som ett exempel på att små barn har svårt att koncentrera sig och att de inte kan behålla uppmärksamheten på

något särskilt länge. Men när läraren senare tittar på filmen, ser hon något helt annat. Det Joel gör under förmiddagen är att han undersöker ett naturvetenskapligt fenomen, nämligen ljud, och det gör han konsekvent i hela den inspelade sekvensen.

Joel står inne vid rutschkanan, med en liten hammare av trä i handen. Han knackar på kanan, på ställningen av trä och sedan åter på själva kanan som är av plast.

Han prövar detta flera gånger och stannar liksom upp och lyssnar efter ljudet i rummet. Han klättrar upp och står uppe i kanan och bankar på stolparna där uppe och ropar lite innan han åker ner. När han kommit ner och fortfarande sitter på kanan bankar han igen. Det låter annorlunda när han själv sitter i kanan, än när den är tom. Från sin plats i kanan upptäcker han ett klockspel i fönstret. Han släpper hammaren och går dit och drar i trådarna, så att klockorna börjar ringa. Han ringer flera gånger och lyssnar mellan gångerna. Det är ett ganska högt ljud.

Joel fortsätter in i musikrummet bredvid. Han prövar olika instrument genom att ta en trumpinne och slå lätt på olika trummor och andra klanginstrument.

Han slår och drar med pinnen på olika sätt. Det finns också rasselinstrument som liknar små ägg, och som fungerar som små marackas. Joel tar ett ägg, skakar, lyssnar och skakar.

En av lärarna frågar om Joel vill jobba med lera och tar med honom in i verkstan och visar på bordet där fyra något äldre barn sitter och arbetar med lera. Joel tittar en stund, får lera, hämtar själv en kavel och sätter sig vid bordet. Han dunkar med leran i bordet, rullar intensivt med kaveln fram och tillbaka mot bordet, dunkar med kaveln igen. Han tittar på de andra barnen och fortsätter att banka på leran med kaveln. Han byter den släta kaveln mot en kruskavel och prövar att rulla den mot bordet, sedan på leran och mot brickan. Efter en stund

17

går han vidare och ställer sig vid den lilla sandlådan med ”rinnig” sand, som finns på ett litet bord i ett hörn i verkstaden. Han öser och häller och håller muggen olika högt när han låter sanden rinna ut, så att det blir olika fart och olika ljud.

Vad är det Joel gör egentligen? Om man jämför den här sekvensen med naturvetenskaplig forskning, finns det likheter med det som Joel gör. Det startar med en observation av en skillnad. Ljudet av hammaren låter annorlunda på träställningen och plastkanan. Joels nyfikenhet väcks och han verkar formulera en fråga för sig själv om hur saker låter. Han pratar ännu inte, men när han står uppe i kanan ropar han förtjust efter att ha bankat i ställningen, som för att säga: ”Kolla!

Hör här!” Sedan påbörjar han en undersökning där han experimenterar kring hur olika saker låter och hur han själv kan framkalla olika slags ljud. Hur låter det här? Hur kan jag få det att låta? Det är som om han samlar på erfarenheter av olika ljud och söker upp skillnader. Om vi hade följt hans undersökningar under fler tillfällen hade vi kanske märkt hur han börjat generalisera, ordna och sortera sina erfarenheter. Han gör också korta undersökningar där han låter en variabel variera och en vara fast. Han slår på de olika instrumenten med samma trumpinne, bankar på kanan på olika ställen och på olika material med samma hammare. Han prövar olika kavlar mot samma underlag och häller ut sanden med olika hastigheter och från olika höjder.

Naturvetenskapliga upptäckter Det finns många exempel från naturvetenskapens historia om hur olika vetenskapsmän gjort stora upptäckter, och här följer nu några nedslag i dessa berättelser som också visar hur de använt natur18

vetenskapliga metoder. Med dessa exempel vill vi också visa på att det finns många likheter med hur barn och forskare undersöker naturen och vår omvärld. Det kan gälla observationer med alla sina sinnen, rättvisa försök, klassificering, slumpen, oväntade händelser med mera.

Tidmätning – observationer och mätningar Under hela mänsklighetens historia har människor förundrats och fascinerats av himlafenomen. Stjärnhimlen som bakgrund och de sju objekten (sol, måne och planeterna Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus) som på olika sätt rörde sig över himlavalvet observerades under årtusenden. De mönster i rörelserna som då upptäcktes kom att ge upphov till tidmätning. Dessa mätningar av året och årstiderna, dygnet och månaderna håller än i denna dag, även om vissa justeringar successivt har gjorts. Våra olika kalendrar har justerats utifrån nya upptäckter. Forna tiders förklaringsmodeller var av mytologisk karaktär, det vill säga man trodde att olika gudar styrde och ställde eller man trodde på magi och trolldom. Det var långt ifrån det vi i dag kallar naturvetenskap!

Men vi ska inte glömma att det trots allt var noggranna observationer och mätningar som gjordes under mycket lång tid, och de ligger till grund för hur vi mäter tid än i dag.

Galilei – experiment, rättvisa försök, falsifiering Galileo Galilei var en enorm begåvning inom matematik och fysik och han gjorde massor av uppfinningar.

Hur arbetade han? Galilei utförde mängder av experiment som ett led i att pröva alla sina hypoteser och teorier. De teorier som fanns dessförinnan var oftast från Aristoteles tid, men Aristoteles hade inte gjort så många experiment, utan mest fört logiska resone-

mang. Han hade till exempel hävdat att tunga föremål faller fortare än lätta föremål. Galilei menade att detta var fel och att det i stället berodde på luftmotståndet som saktade ner lätta föremål, exempelvis en fjäder.

Det finns en legend som berättar att Galilei för att bevisa sin hypotes släppte två kanonkulor, en tung och en som var mindre tung, från samma höjd i det lutande tornet i Pisa. Här använde han sig av det som kallas ”rättvist försök”. Kulorna föll till marken samtidigt och därmed bevisade Galilei sin teori att alla föremål faller med samma hastighet när luftmotståndet inte påverkar (se även s. 151). Genom noggranna observationer och insamling av data upptäckte Galilei också att Jupiter hade fyra månar. Detta övertygade honom om att Kopernikus heliocentriska (solen i centrum) världsbildsteori stämde bättre med verkligheten än Aristoteles och Ptolemaios geocentriska (jorden i centrum). Vad Galilei gjorde var att han falsifierade Aristoteles världsbild, som sa att jorden var alltings centrum (Brody & Brody 2000 och Tallack 2003).

Linné – sortering, klassificering En av Carl von Linnés stora insatser var att han klassificerade, beskrev och jämförde mängder av växter och djur. Utifrån dessa data sorterade han sedan arter med likartade egenskaper i den systematik som fortfarande används inom biologin. I dag används förstås andra mätmetoder, till exempel DNA-sekvensering, för att få fram släktskap mellan olika arter. En hel del arter har i dag fått en annan plats i systematiken än på Linnés tid. Sortering och klassificering är en vetenskaplig metod som är och har varit oerhört viktig, särskilt inom biologin. Ett barn som får en påse med olika leksaker eller som plockar naturmaterial som stenar, mossor, lavar och liknande, sätter spontant igång med att sortera dessa utifrån sina egna kriterier. Det vill

säga barnet försöker hitta likheter och skillnader och klassificerar för att bilda begrepp. Sortering är ett sätt för alla att få ordning på omvärlden och för Linné var klassificering en drivkraft under hela hans liv (Brody & Brody 2000).

Mendel, Fleming, Mendelejev, Ørstedt … slumpen, oväntade händelser Alla framstående vetenskapsmän inom naturvetenskap har i sin forskning konsekvent använt naturvetenskapligt arbetssätt (listan kan göras hur lång som helst). Men det finns även inslag av slump, tur och fantasi i mångas forskning och det kan man inte bortse ifrån. Ett bra exempel på ”tur” är Alexander Fleming som upptäckte penicillinet 1928. Men som Louis Pasteur sa 1854 i ett tal som han höll till Ørstedt: ”Chance only favours the prepared mind.”

En av Flemings odlingar av stafylokockbakterier hade förorenats av en slump. Han var på väg att kassera petriskålen när han upptäckte att bakterierna runt mögelfläcken var förstörda – där det borde ha vuxit en tät matta av bakterier var det alldeles tomt.

Möglet, som hette Penicillium notatum, hade alltså producerat något som bakterierna inte tålde. Detta något fick namnet penicillin av Fleming och utvecklades till medicin, kallad antibiotika, av Howard Florey och hans forskningsteam. Under andra världskriget fick penicillin en enorm betydelse. Fleming och Florey fick nobelpris i medicin 1945 för denna upptäckt. Det är viktigt även för forskare att fånga tillfället i flykten!

(Tallack 2003 och www.nobelprize.org 2008).

Amatörforskaren Bentley Många har fascinerats av vackra snöflingor och velat undersöka dem. Vid ett stilla snöfall då det är några minusgrader kan man breda ut ett mörkt tyg på ett 19

bord på gården. Med hjälp av luppar kan sedan barnen undersöka snöflingorna som faller på duken. Alla snöflingor är sexkantiga. Det beror på att det alltid är sex vattenmolekyler som först binds till varandra och bildar en sexhörning. Därefter byggs den på med fler och fler molekyler så att den till slut blir en snöflinga synlig för ögat. De sex kanterna återfinns hos varje snöflinga, men var och en har olika miljö på sin väg ner mot marken vad gäller temperatur och luftfuktighet. Därför får de alla olika mönster trots att de alla är sexkantiga.

Den som bland andra upptäckte detta var den tyske astronomen Kepler. Han gick på Prags gator en snöig vinterdag och upptäckte att alla snöflingor hade sex kanter. Kepler hade en teori om att naturen var uppbyggd av harmoniska samband. Det som Kepler skrev kom sedan att ligga till grund för den del av kemin som kallas för kristallografi.

En annan person som ägnade hela sitt liv åt att utforska snöflingor var bonden Wilson Bentley. Han bodde i staten Vermont i USA och var inte bara bonde utan också amatörfotograf. Han fotograferade fem tusen olika snöflingor under sitt liv. Alla är olika till sin form, men de är alla sexkantiga. År 1931 kom hans bok Snow Crystals ut och där finns två tusen fotografier av snöflingor (Libbrecht 2003).

Utforskande och undersökande arbetssätt Ett utforskande och undersökande arbetssätt är jämförbart med ett naturvetenskapligt. Det blir särskilt tydligt om man jämför olika moment i processerna under arbetets gång.

Både det utforskande och det naturvetenskapliga arbetet startar vanligtvis i en upptäckt, i en fråga eller 20

i någon form av problem, som uppstår i kontakt med ett material, något fenomen eller en händelse. När det gäller barn är kännetecknet på en spännande upptäckt oftast utropen: ”Titta här! Kolla!” Det gäller särskilt barn i grupp. De barn som inte talar ännu brukar visa genom att hoppa, studsa eller någon annan glädjeyttring. Men barn kan även koncentrerat gå in i ett tyst undersökande.

Sedan följer noggranna observationer. Barn undersöker: Vad kan det här göra? Vad kan man göra med det här? De gör ofta jämförelser med sig själv och andra. De allra yngsta observerar genom att rent konkret undersöka platsen de befinner sig på med hjälp av sina sinnen; syn, känsel, hörsel, smak och lukt. Äldre barn och vuxna är lite mer återhållsamma och har dessutom mer erfarenhet att bygga vidare på.

Barnens utforskande process fortsätter med att de samlar, ordnar, sorterar och benämner i lek och gestaltande. Ett naturvetenskapligt arbete bygger även det på att samla, sortera, pröva och benämna. Om man i begreppet lek innefattar nykombinationer, lek med tankar, fantasi och ett förutsättningslöst prövande, så finns det även med i det naturvetenskapliga arbetet när det fungerar som bäst.

Det är lika viktigt att formulerade frågor och hypoteser blir möjliga att undersöka i såväl den utforskande och undersökande som den naturvetenskapliga arbetsprocessen. Det är en förutsättning för att man ska komma vidare i processen.

När det gäller att formulera hypoteser, det vill säga antaganden, kan de vara svåra att identifiera i en utforskandeprocess. Det gäller att lyssna mycket noga. Först då kan man kanske höra, särskilt när det gäller barn, att de har antaganden om vad saker och ting kan vara bra för eller kan användas till. Många gånger är dessa antaganden mycket fantasifulla och