Undersøgelser i naturvidenskabsundervisning skaber muligheder for kursisters aktive deltagelse

Indledning

I naturfagene udgør undersøgelser en central del i udviklingen af den naturfaglige forståelse for omverdenen. Dette gælder både for den enkelte kursist på avu, for studerende ved tekniske og gymnasiale uddannelser, og for forskere inden for naturvidenskab. Men hvad vil det egentlige sige at arbejde undersøgelsesbaseret, og hvilke muligheder er der med denne tilgang?

Undersøgelser i forbindelse med undervisning i naturvidenskab omfatter både praktisk arbejde i felten og i laboratoriet eller klasselokalet. I felten kan det være undersøgelser af hvilke dyr der lever i en sø eller landskabsformer i lokalområdet. I laboratoriet kan det være undersøgelser af syrer og baser eller undersøgelser af energiomsætning i forbindelse produktion af elektricitet.

I denne artikel arbejder vi med forskellige forståelser for hvad undersøgelsesbaseret undervisning vil sige, nogle grundlæggende principper for undersøgelsesbaseret undervisning og peger på sammenhænge mellem den valgte didaktik og det forventede udbytte hos kursister. Vi vil give eksempler på dette i form af undervisning, som:

• Omfatter praktisk undersøgende arbejde, der muliggør læring gennem flere sanser og læringsstile
• Systematisk arbejder med kursisternes varierende grader af frit valg i deres arbejde med naturvidenskabelige undersøgelser
• Organiserer progressionen i arbejdet med undersøgelser efter kursistafstemte mål og delmål.

Eksemplerne vil vise hvordan kursisternes forskellige forforståelse og aktive deltagelse er vigtigt for deres læringsudbytte. Den beskrevne undervisning vil udfolde, hvordan man kan tilbyde kursisterne forskellige muligheder for aktiv deltagelse.

LÆRING gennem undersøgelse

Læring igennem undersøgelser en særlig vigtig metode i naturvidenskab, fordi kursisterne ikke alene lærer noget om naturvidenskab, men også om forudsætningerne for hvordan disse lovmæssigheder, hypoteser, sammenhænge og forklaringer på fænomener er opstået. Det er ikke den eneste måde at lære naturvidenskab på. Men undersøgelsesbaseret undervisning leder både til forståelse af naturvidenskabelige ideer, og til en forståelse af hvordan disse ideer er opstået (Harlan, 2012). Læringssituationer er komplekse, og involverer både kropslige handlinger, perceptioner, sansninger og sproglighed. Gennem boglig undervisning tilegner kursisten sig begreber og sproglighed, og dermed en bevidst erkendelse af naturvidenskabelige elementer. Men når kroppen involveres aktiveres en implicit læring, der ikke udnyttes ved katederundervisning (Schilhab, 2020). Erkendelsen går også gennem handlinger og sansninger, hvor de tilegnede begreber anvendes og sættes sammen. Anvendes flere tilgange til et stof er der rige muligheder for en varieret og alsidig undervisning.

Undersøgelsesbaseret undervisning kan antage mange former (Artigue og Blomhøj, 2013), men der er samtidig nogle greb og undervisningsmetoder, der går igen (Harlan, 2012). Det er blandt andet at udvikle en undervisning, der er problembaseret, hvor kursisterne selv er med til at stille spørgsmål, der undersøges. Og det er at etablere en produktiv fejlkultur, hvor misforståelser opfattes som læringens baggrund. Kursistens livserfaringer fx forståelse af et naturfagligt fænomen, eller et begreb kan danne udgangspunkt for, hvordan undervisningen gribes an. Og her er vanen med at opstille hypoteser og argumentere for dem et praktisk greb. Kursisternes egenaktivitet og samarbejde er også en vigtig del i den undersøgelsesbaserede undervisning, hvor læreren vejleder i kursistens læringsforløb. Der skabes en dialog mellem de enkelte kursister, og mellem lærer og kursister når der lægges en større grad af autonomi og ansvar ud til kursisterne (Artigue og Blomhøj, 2013).

VARIERENDE grader af frihed

Med varierende grader af frihed kan man som lærer regulere kursisternes selvstændige arbejde og differentieret tilpasse det til deres evne til selv at regulere deres læring og arbejde. I avu sammenhæng er vigtigt at besinde sig på kursisternes tidligere skole-erfaringer. Nogle vil kende til projektorganiseret undervisning med forventning om deltagernes selvforvaltning, andre vil være vænnet til mere lærerstyret og –centreret undervisning. Denne sidste gruppe kan føle en utryghed ved at påtage sig ansvaret for deres eget arbejde, hvorfor det kan være nødvendigt at guide disse kursister i deres selvstændige arbejde.

Her beskrives et eksempel på undersøgelsesbaseret praktisk arbejde i felten, der viser kursisternes mulighed for at tage valg som har betydning for dem selv i løbet af undersøgelsesprocessen.

Undersøgelse af livet i en sø

Ferskvandsdyr i en sø byder på mange muligheder for undersøgelser og iagttagelser af tilpasninger, livsprocesser og økologiske forhold. De fleste undervisningssteder har nem adgang til en større eller mindre sø, og mulighed for at fremskaffe feltudstyr som ketsjere, net, hvide bakker, små akvarier og lignende samt gummistøvler eller vaders. Til støtte af kursisternes bestemmelse af indsamlede dyr kan man med fordel anvende illustrerede bestemmelsesduge, der både viser systematisk metode, navne og billeder.

© Gengivet med tilladelse fra Benny Lindblad, Natweb.

Figur 1. Dug til bestemmelse af små dyr i de ferske vande. Gengivet med tilladelse fra Benny Lindblad, Natweb.

Kursisternes undersøgelse kan struktureres på forskellig vis. Læreren kan stille produktive spørgsmål, som: Hvor tror I der lever dyr henne? Hvordan kan du forklare det?  Hvor i søen forventer I at fange flest forskellige dyr? Herved aktiverer læreren kursisternes tidligere erfaringer, og det er vigtigt at kursisterne får lov at argumentere for deres ideer. Læreren (og medkursister) må ikke dømme eller fordømme, men skal arbejde for at der skabes et miljø hvor det er OK at komme frem med ideer.  Vil dyrene være langs med bredden, i vegetation i vandet, eller i det mere åbne vand? Vil det afhænge af hvilke net eller ketsjere de bruger hvad der indsamles? Vil det afhænge af hvordan deltagerne undersøger deres indsamlede prøver? Vil det afhænge af hvordan de bruger deres net eller ketsjere?

Kursisterne bør nu formulere deres antagelser om dette, inden de går i gang med at indsamle dyr. Hvis I arbejder med logbøger eller arbejdsark, så skal der sættes tid af til at kursisterne kan skrive ned eller tegne deres ideer og hypoteser. Noterne anvendes til kursisternes læring, ikke til kontrol, og skal ses som procesværktøjer, så de ikke er bange for at skrive noget forkert (Harlan, 2012).

Kursisternes medbestemmelse vil gøre det praktiske arbejde mere betydningsfuldt for dem ved, at det netop er deres egen undersøgelse de gennemfører og ikke en læreren har formuleret eller hentet fra en lærebog. På denne måde oplever kursisterne det som en reel undersøgelse, og ikke en styret iagttagelse af udvalgte ferskvandsdyr. Læreren kan vælge forskellige grader af styring af deltagernes undersøgelse fra instrueret iagttagelse, videre over struktureret, guidet og åben undersøgelse (se skema nedenfor). I dialogen med deltagerne må læreren afstemme samtalen efter sit valg af givne frihedsgrader, men altid sikre at stille deltagerafstemte spørgsmål, som er produktive for deltagernes læring. Dvs. spørgsmål, som afstemt udfordrer deltagernes tænkning og læring, så de selvstændigt kan arbejde på deres niveau.

Sidst i forløbet bør kursisterne opfordres (og gives tid til) at tage noterne frem igen og sammenholde dem med deres resultater. Ikke som kontrol, men som værktøj i læringsprocessen og som refleksion over egne ideer. Det er desuden vigtigt at fastholde kursisterne i, at deres undersøgelser skal være systematiske.

Frihedsgrader i undersøgende arbejde

Undersøgelser bliver mere vedkommende for deltagere når de selv har indflydelse på deres eget arbejde. Det skal være muligt for kursisterne at tage, for resultatet, afgørende valg undervejs. Det betyder at vi som lærere skal være opmærksomme på hvordan vi interagerer med vores deltagere. Man kan skelne mellem fem forskellige niveauer af frihedsgrader:

Tabel 1, forskellige typer af lærerinvolvering ved undersøgende arbejde (efter Barfod og Daugbjerg, 2018)

Det afgørende er, at hver enkelt deltager oplever de valg, som vedkommende skal og kan træffe i sit undersøgelsesarbejde, som betydningsfulde. Det er ikke et spørgsmål om at vælge den røde eller den blå spand til at indsamle dyr i, men fx spørgsmålet om ketsjeren skal føres hen over bunden, eller om der skal graves spadestik ned i bunden.

LÆRINGSPROGRESSION gennem delmål

Med læringsprogression tilpasser man mål med undervisning til deltagerne og sikrer at de har lært, det de skal bruge i det videre undervisningsforløb. Målene skal derfor formuleres, så deltagerne kan forstå dem og opnå dem. Umiddelbart fører en reformulering til deltagerafstemte mål i form af slutmål for undervisningen. Disse slutmål kan deltagerne ikke indfri, når de starter på undervisningen. Undervisningen kan med fordel opdeles efter en række delmål. Mål for undervisningsfag fra bekendtgørelser og lignende er sjældent direkte anvendelige i planlægning og gennemførelse af daglig undervisning (Hamza, Sillasen & Daugbjerg, 2016).

Elektrisk kredsløb, hvor flere pærer kan tændes en ad gangen

Et slutmål for en lektion kan være at lave et elektrisk kredsløb med flere pærer, og hvor man kan tænde og slukke for en pære ad gangen. Læring om elektriske kredsløb forudsætter, at deltagerne kender de komponenter, der indgår i et elektriske kredsløb: pærer, ledninger, batterier, kontakter og lignende. Et første delmål i kursisters undersøgende arbejde med elektriske kredsløb er, at de får eller deler deres forståelse for de forskellige komponenters særkender. Dette kan gøres struktureret, dvs. med tydelig instruktion med fokus på en komponent af gangen og så langsomt kombinere dem og bygge et elektrisk kredsløb op. Det kan også gøres åbent, hvor deltagerne får udleveret alle komponenter og så skal undersøge, hvad deres særkende er. Uanset den valgte tilrettelæggelse er det vigtigt at sikre sig, at alle deltagere har en grundlæggende forståelse af komponenterne, inden undervisningen fortsætter. Næste delmål kan være at lave en serieforbindelse af to pærer, dette nye delmål ligger inden for det kursisterne kan gøre ud fra deres første delmål om kendskab til komponenter. Et efterfølgende nyt delmål kan være at indsætte en kontakt, så de kan tænde og slukke for de to pærer på en gang.

Læreren spørger så kursisterne om det er hensigtsmæssigt i deres hjem, at alle pærer slukker når de slukker for en enkelt kontakt. Inden kursisterne bliver sluppet løs for arbejde frem mod lektionens slutmål, at have flere pærer i kredsløbet og at kunne tænde og slukke for en pære ad gangen, skal de lære at lave en parallelforbindelse med to pærer, som lyser samtidigt. Der er således endnu et delmål inden kursisterne endeligt kan arbejde hen imod slutmålet. I denne proces arbejder kursisterne sig fra opgaver med meget få frihedsgrader og stor lærerstyring hen mod undersøgelser, der er mere frie. Kursisterne har forudsætninger for at tage betydningsfulde valg, når de selv skal bygge et stort kredsløb – måske endda lægge lys ind i et modelhus eller bygge en fastelavnsmaske der kan blinke med øjnene.

Når kursisterne er lykkedes med at forbinde to pærer, som lyser gennem en parallelforbindelse, så har opnået alle de delmål, der gør, at de bør kunne kombinere viden og erfaringer om batteriet som strømkilde, ledninger som strømførende, pæren som lyskilde, og kontakter som afbryder eller slutter strømkredse. De kan ved at diskutere, vælge materialer og afprøve finde frem til hvad der virker, og forklare hvorfor det så virker.

Progression i undersøgelsesarbejde

En detaljeret opdeling i flere mål gør det overskueligt for deltagerne, hvad de skal undersøge og hvornår deres undersøgelse lykkedes. Kursisterne vil føle, at de mestrer både viden om elektriske kredsløb og det praktiske om at arbejde med elektriske kredsløb. Det er vigtigt at være opmærksom på denne dobbelthed, at viden om et naturfagligt fænomen og færdigheder til undersøgelser af fænomenet ikke er det samme og at de kan styrke hinanden. Kursisterne kan udvikle deres viden og deres færdigheder ved at tage udgangspunkt i deres aktuelle viden og færdighed og så bygge oven på disse. Dette er kendt som zonen for nærmeste udvikling, hvor deltagerne lige præcis kan arbejde med og lære af de stillede opgaver, undersøgelser og udfordringer.

Undersøgende arbejde

I faget naturvidenskab indgår det praktiske arbejde som en naturlig del. Undersøgelserne er både en vej til at indføre kursisterne i naturvidenskabelig metode og ræsonnement, og en måde at arbejde med fagstoffets begreber og sammenhænge. Den undersøgelsesbaserede undervisnings dobbelte formål skal derfor omhyggeligt gennemtænkes, for at lykkes. Men det er muligt, når kursisterne får lov til at være medskabende i de undersøgelser, der foregår, og der på holdet skabes en produktiv fejlkultur. Det er både motiverende og inspirerende at få lov selv at (sam)arbejde, og læreren kommer til at optræde mere som en dialogpartner end som en instruktør. Naturvidenskabelige undersøgelser skal ikke alene bekræfte gængs viden eller den boglige undervisnings temaer, de skal også være ægte undersøgelser med udgangspunkt i deltagernes spørgsmål. Dermed fremhæves de kritiske dimensioner af naturvidenskaben også (Artigue og Blomhøj, 2013).

Kreditering

Lektor, PhD Peer Daugbjerg og Forskningsleder, PhD Karen Barfod, VIA – februar 2021