STEM-integration - mere end en målsætning for grundskolen? - Pædagogik og didaktik - GRUNDSKOLE

Integreret STEM

Mange kommuner arbejder i disse år på at iværksætte diverse STEM-strategier, hvor det prisværdige ønske ofte er at skabe en bedre sammenhæng i de naturvidenskabelige fag til gavn for uddannelsessektoren og grundskolen. I processen, hvor STEM-undervisning går fra at være en politisk målsætning til at blive en integreret del af dagligdagen i skolerne, er det dog nødvendigt at afklare forskellige didaktiske problemstillinger.

Der er i litteraturen langt fra enighed om, hvad der skal til, for at man kan definere undervisningen som STEM-undervisning. I nogle artikler angives det som STEM-undervisning, hvis minimum to af de fire discipliner indgår, mens enkelte er tydelige omkring, at alle bogstaver skal være repræsenteret, eller at matematik som minimum skal indgå. Samlet set ligger der en væsentlig opgave i at definere, hvad STEM-forløb skal indeholde, og hvilke didaktiske udfordringer og fordele der er ved at tænke STEM-integration.

Vi ser en lang række væsentlige mål med at integrere STEM-fagområder i undervisningen. Blandt andre kan nævnes:

Fagligt: en styrkelse af elevernes faglige kompetencer i de enkelte (fag)områder.

Opkvalificering af naturvidenskabelig undervisning: en styrkelse af sammenhængen i undervisningen, så den gøres mere relevant, anvendelsesorienteret, meningsfuld og motiverende. Dette vil implicit også betyde et kompetenceløft for lærerne.

Dannelsesmål: en demokratisk og handlingsorienteret almendannelse inden for science, teknologi, engineering og matematik kan i bedste fald vække interessen for disse områder blandt flere danske unge, således at flere fremover vælger en STEM-uddannelse (Michelsen, 2018).

Uddannelses- og samfundsmæssige mål: en styrkelse af elevernes 21. århundredes kompetencer fx i forhold til innovation, samarbejdsfærdigheder, kommunikationsfærdigheder og kreativitet, miljø og bæredygtighed samt et forbedret globalt udsyn (Bybee, 2013, Michelsen et al., 2020).

Kompetencemål: I Fællesmål indenfor ’S’ og ’M’-fagene lægges der op til, at eleverne skal opnå forskellige faglige kompetencer; her vil en STEM-tilgang kunne hjælpe med at opfylde disse mål.

Fælles mål og prøvemål: i læreplaner indenfor STEM-fagene beskrives ofte, at undervisningen skal undersøge store problemstillinger eksempelvis bæredygtig udvikling, teknologiforståelse, klimaforandringer osv., hvilket kræver STEM-integration for at kunne forståes og bearbejdes. Desuden vil arbejdet mod den fælles prøve i fysik-kemi, biologi og geografi naturligt kunne understøtte arbejdet med integreret STEM gennem elevens skoletid.

I STEM-undervisning kan udfordringen være at integrere de fire STEM-områder, og vi argumenterer for, at der findes mindst fire forskellige tilgange til denne integration (Figur 1): ud fra specifikke kontekster/emner, ud fra forskellige metoder/tilgange, ud fra forskellige tværgående begreber eller ud fra et eller flere af de STEM-faglige domæner. Fælles for integrationen er at udvikle elevernes kompetencer både i de enkelte discipliner, og at udvikle kompetencer på tværs af områderne.

Figur 1: STEM-integration som det centrale ud fra fire forskellige tilgange: metoder, faglige domæner, tværgående begreber og enmer/kontekster. Bladenes overlap indikerer, at vi ikke betragter dem som adskilte tilgange og forløbene vil ofte blive integreret ved brug af flere tilgange på samme tid.

Integration ud fra kontekst/emne

STEM-integrationen kan tage udgangspunkt i en kontekst, der afspejler en for eleverne autentisk og relevant situation, og kan ofte besvare spørgsmålet “hvorfor vil jeg vide dette?” (Bybee, 2018). Dette kan således både være personlige, sociale eller globale emner. Tværfaglige STEM-emner/kontekster kræver kompleksitet, samtidig med at de stadig er sammenhængende og derved udgør en enhed trods kompleksiteten. Konteksten/emnet skal derfor både være fleksibel til at kunne tilpasses de forskellige perspektiver, men samtidig robust nok til at kunne identificeres på tværs af de forskellige forståelsesrammer (Klausen, 2011).

Tværfaglige emner brugt i STEM-forløb kunne være emner inden for fx miljø eller energi, og tabel 1 opstiller udvalgte kontekster/emner for hvert trin i grundskolen og med forskellige tilgange for eleverne (personlige, sociale, globale) på de enkelte trin. Denne tilgang vil kunne skabe en ramme for at iværksætte integreret STEM op igennem grundskolen.

Kontekst/emne	Personlig tilgang	Social tilgang	Global tilgang
Kontekst/emne	Indskoling	Mellemtrin	Udskoling
Miljø	Positiv miljøadfærd Genbrug	Bortskaffelse af affald, miljøpåvirkninger ved genbrug	Biodiversitet og bæredygtighed Teknologier til bortskaffelse af affald
Ændringer i populationer	Ændringer i populationer	Overpopulation. Sammenhæng mellem populationer og miljø	Bæreevner for populationer. Faktorer der påvirker ændringer
Risikoreduktion	Menneskeskabte farer Boliger	Risikovurderinger ved pludselige (eks. jordskælv) og langsomme (eks. kystnedbrydning) farer	Klimaforandringer Konstruerede løsninger på farer
Karriere-bevidsthed	Jobs indenfor STEM	Karriere indenfor STEM	Globale muligheder Økonomiske perspektiver
Energiressourcer	Typer af ressourcer Personligt forbrug Effektivisering	Bevarelse af ressourcer Reduktion af forbrug	Globale konsekvenser Brug og bevarelse af energi

Tabel 1: Eksempler på kontekster for STEM-uddannelse. Hver kontekst er efterfulgt af mulige emner opdelt i grundskoletrin. Tilpasset fra Bybee (2018).

Integration ud fra metoder

Integrationen i STEM kan også foregå ved at tage udgangspunkt i forskellige mere metodiske tilgange. Fx kunne en empirisk eksperimentel metode også ses som en tværgående tilgang, hvor der kunne være fokus på en videnskabelig metode. Her kunne der eksempelvis være fokus på observationer, tilrettelæggelse af eksperimenter/undersøgelser samt dataindsamling, analyse og fortolkning af data. Når der arbejdes med STEM-undervisning, henvises der ligesom i science og matematik ofte til, at undervisningen skal være elevcentreret, således at eleverne tager del i læringsprocessen og bliver aktive medspillere i undervisningen. Dette lægger op til at gøre STEM-undervisningen mere undersøgende, projektbaseret eller problemorienteret. Med disse tilgange er det en pointe, at det er elevernes nysgerrighed, undren og legende tilgang, der skal være udgangspunktet for STEM-integrationen.

Integration ud fra faglige domæner

De enkelte (fag)områder (science, teknologi, engineering og matematik) kan også ses som udgangspunkt for STEM-integrationen. Ved at tage udgangspunkt i et af (fag)områderne og integrere de andre områder kan områderne integreres. Udfordringen er her at gøre integrationen ligeværdig. Matematisk modellering beskrives eksempelvis som et tværfagligt element, da det kan anvendes som et redskab til at beskrive og analysere science- og teknologi-områderne fx som i den klassiske mekanik. Matematikken kan derved give eleverne muligheden for at opleve, at de kan bruge et fælles redskab, uanset om emnet er inden for S, T, E eller M. Engineering kan også være et af de elementer, der formår at forbinde S, T og M. Eksempelvis kunne et fokus på at udvikle en ballon-bil/raket (Figur 2) i en engineering-proces være en overordnet tilgang til at anvende de andre STEM-områder.

Figur 2: eksempler på STEM-aktiviteter udviklet af og med grundskolelærere med fokus på integration af S, T, E og M. Øverst til venstre udvikling af faldskærme i en engineering-proces (mellemtrin), øverst til højre dykkerrefleks hos mennesker og havpattedyr (udskoling), nederst raketbil (indskoling).

Integration ud fra tværgående begreber

STEM-integration kan også foregå ved at sætte fokus på specifikke STEM-begreber, som kan arbejdes med på tværs af S, T, E og M. Dette kunne fx være begrebet mønstre: at observere og at klassificere elementer og mønstre ud fra egenskaber eller andre faktorer, der kan udforskes i alle STEM-områderne i en fælles integration. Det kunne også være årsag og effekt som begreb ved at undersøge og forklare kausale forhold og mekanismer, herunder forudsigelser og forklaringer (Bybee, 2018).

Udfordringer med integreret STEM

Det er ikke kun forskelligheder i fagene, der kan give udfordringer i arbejdet med integreret STEM, og der beskrives i litteraturen udfordringer på flere forskellige niveauer for, at denne integration skal gennemføres succesfuldt. For det første kræver integrationen, at de organisatoriske rammer understøtter udvikling af dette, og at det indtænkes i dagligdagen på skolerne. Skolen er i dag struktureret i fag (ligesom læreruddannelsen), prøver, test og faglokaler i skolen er tilpasset disse fag, hvilket kan være en hæmsko for integrationen. For det andet er det en udfordring at undervise i (fag)områder, som ikke er ens normale undervisningsfag, og det kræver en speciel STEM-lærerkompetence at være opmærksom på sammenhængen mellem disse (fag)områder og at kunne fascilitere denne undervisning.

Som nævnt indledningsvis ser vi en lang række væsentlige mål med integreret STEM (faglige mål, mål om forbedret undervisning, dannelsesmål, uddannelses- og samfundsmæssige mål samt mål mod læreplaner og prøver), men naturligvis ikke uden udfordringer. Der er her i artiklen beskrevet fire forskellige tilgange til netop at kunne opnå en integration af områderne i STEM, der i så fald vil kunne bane vejen for at kunne opnå flere af de opskrevne mål, men på trods af denne beskrivelse betyder det stadig, at for at få STEM-integration til at lykkes i grundskolen, kræver det en ekstra indsats på både ministerielt-, ledelses-, lærer- og elevniveau. Men forestil dig, hvad vi kunne opnå, hvis STEM-integrationen i sidste ende gjorde, at lærere og elever blev fagligt stærkere til gavn for grundskolen, de naturvidenskabelige uddannelser og ikke mindst for naturen.

Kreditering

Lars Seidelin, ph.d., postdoc, Syddansk Universitet, LSUL – Laboratorium for Sammenhængende Uddannelse og Læring. Forsker ved Teknologipagten og Dorte Moeskær Larsen, ph.d., postdoc, LSUL - Laboratorium for Sammenhængende Uddannelse og Læring. Lektor ved Læreruddannelsen, UCL.