Små forskere lærer naturfag : En longitudinell studie av 10-13 åringers naturfagkompetanse i en utforskende kontekst

Avhandling (ph.d.) - Universitetet i Oslo, 2014Hovedmålet med denne avhandlingen var å undersøke hvilke muligheter norske elever har for å lære naturfag, og tar for seg en studie der forskere og en av lærerne på en skole samarbeidet. Samarbeidet dreide seg om en langsiktig planlegging og gjennomføring av undervisning i naturfag på mellomtrinnet. Forskere deltok aktivt i planlegging av undervisningen, og hadde ansvar for å implementere progresjon og utforskende arbeidsmåter i undervisningsplanene. Videre ønsket vi å undersøke hvordan slike prinsipper i undervisningen virket på elevenes læring. En av studiens hensikter var altså å undersøke sammenhengen mellom en bestemt undervisningsdesign og elevens læreprosesser. Vi fulgte fire elever i en klasse gjennom to år (5-7.trinn), og datamaterialet består av videodata fra undervisning og intervjuer. Undervisningen tok utgangspunkt i den norske læreplanen, og vi gjorde i den forbindelse en analyse av denne planen for å finne ut hvordan den ivaretok naturvitenskapelig produkt og prosess. Både i analysen av kompetansemålene i læreplanen og av elevenes uttalelser benytter vi kategorier basert på Duschl, Schweingruber og Shouse (2007) sin metafor av produkt- og prosessperspektivene i naturvitenskap (de fire «learning strands»). Denne metaforen gir en oppsummering av hvilken innsikt og ferdigheter elever bør utvikle i naturfag etter endt skolegang. Den norske læreplanen i naturfag for mellomtrinnet ser til en viss grad ut til å kunne bidra til realisering av elevens naturvitenskapelige kompetanse. Videre ser det ut til at elevene ervervet seg relativt dyp og bred naturfaglig kompetanse mot slutten av den longitudinelle studien. Det at undervisningen var inspirert av læringsprogresjoner og gjennomsyret av støttestrukturer ved utforskende arbeid, kan ha bidratt til dette. Funn viser at elevene restrukturerte og omorganiserte sin forståelse for stoffer og kjemiske reaksjoner slik at den ble mer avansert i løpet av studien, og indikerer at læringsprogresjoner kan bidra til å styrke elevenes forståelse for naturvitenskapens produkt. Det viste seg at evnen til å koble naturvitenskapens produkt til naturvitenskapelige arbeidsmåter var ulik hos de fire elevene og varierte fra en naturvitenskapelig metode til en annen. Videre så det ut til at elevenes forståelse av stoffer og kjemiske reaksjoner påvirker ferdigheter i naturvitenskapens arbeidsmåter i positiv retning. Selv om elevenes refleksjoner over naturvitenskapelige arbeidsmåter inneholdt sentrale elementer fra naturvitenskapelig epistemologi, så det ut til at de kun hadde overfladisk epistemologisk forståelse. Resultatene indikerer at undervisningen bør tilrettelegge for kobling mellom naturvitenskapelig produkt og prosess, og for refleksjoner om utforskende arbeidsmåter underveis. Det kan se ut til at utforskende arbeidsmåter kan være et virkemiddel for å gjøre undervisningen variert og relevant for elevenes liv og fremtid, samtidig som elevene får kompetanse i både naturvitenskapens produkt og prosess. Fire artikler utgjør kjernen i avhandlingen, og de bidrar på ulike måter med resultater som gir mer kunnskap om mulighetene norske elever har for å tilegne seg naturvitenskapens produkt og prosess. I artikkel I foreslår vi en metode for å analysere den norske læreplanen i naturfag med hensyn på naturvitenskapens produkt- og prosessperspektiver (Duschl et al., 2007) og taksonomi (Webb, 1997). Resultatet viser at mer enn halvparten av målformuleringene dreier seg om å formidle naturvitenskapelige begreper og teorier. Videre dreier drøyt en tredjedel av målformuleringene seg om naturvitenskapelige arbeidsmåter. Bare 7 % av målformuleringene kan knyttes eksplisitt til samhandling og kun 3 % til den naturvitenskapelige tenkemåte. Når det gjelder målformuleringenes dybde så øker kompleksiteten oppover i klassetrinnene, dog i noe varierende grad. Analysen viser at den norske læreplanen bare til en viss grad oppfyller anbefalinger om undervisning som integrerer naturvitenskapens produkt- og prosessperspektiver (for eksempel Duschl et al., 2007). I artikkel II blir elevenes forståelse av stoffer og kjemiske reaksjoner undersøkt gjennom hele den toårige studien. Et perspektiv på konseptuell endring, definert som conceptual restructuring (Clark, 2006), brukes som teoretisk rammeverk i artikkelen. Det ser ut til at elevene restrukturerte og omorganiserte sine kunnskapsstrukturer i løpet av den longitudinelle studien, for eksempel ved hjelp av differensiering (et begrep blir til to), koalesens (to ideer flettes sammen) og promotering (fremme en bestemt ide i mange sammenhenger). Eksempler viser også at elever uttrykte ufullstendige og uferdige kunnskapselementer, og at uttalelsene deres var kontekstavhengige. Basert på tidligere forskning (Taber, 2004; Özdemir & Clark, 2007) og med støtte i våre funn, bør læreplanen introdusere stoffer i tidlig skolealder og deretter repeteres i mange sammenhenger, slik at elevene får muligheter til å anvende, utvide og raffinere sin forståelse i løpet av de neste skoleårene. Artikkel III tar utgangspunkt i studier som har funnet at forståelse og forestillinger om naturvitenskapelige begreper og teorier har stor betydning for sentrale prosessaspekter (Amsel & Brock, 1996; Echevarria, 2003; Kuhn, Garcia-Mila, Zohar, & Andersen, 1995; Schauble, 1990), og at resonneringsprosesser og begrepsforståelse er gjensidig avhengige av hverandre (Schauble, 1996). Ferdigheter i å koble begreper og teorier til naturvitenskapelige arbeidsmåter var ulik hos de fire elevene og varierte fra en naturvitenskapelig metode til en annen. Elevene anvendte teorier og begreper om stoffer og stoffers endringer på et høyere nivå når de tolket data enn når de lagde hypoteser og forslo forskningsdesign. Videre ser det ut til at elevenes forståelse av naturvitenskapens produkt kan påvirke elevenes kompetanse i naturvitenskapens prosesser i positiv retning. For å lykkes med å koble naturvitenskapelig innhold til arbeidsmåter er det viktig at lærer tilrettelegger for situasjoner som får elevene til å koble naturvitenskapelige arbeidsmåter og naturvitenskapelige teorier og begreper, blant annet gjennom å bruke maler og kriterier for vitenskapelige arbeidsmåter og ved å stille rike og relevante spørsmål. Artikkel IV tar utgangspunkt i Sandovals (2005) forslag om å samle elevers naturvitenskapelige epistemologi i fire punkter, og hensikten med studien var å undersøke hvordan elevene utvikler refleksjoner over naturvitenskapelige arbeidsmåter i en utforskende undervisningspraksis. Studentene laget og testet hypoteser, deltok i utarbeidelse av forskningsdesign og tolket data. Elevene ble flere ganger i den toårige studien bedt om å reflektere over naturvitenskapens egenart. Elevenes refleksjoner over naturvitenskapelige arbeidsmåter berørte flere elementer fra Sandovals fire hovedpunkter for naturvitenskapelig epistemologi. Et viktig funn var likevel at ingen av elevene i løpet av studien var i nærheten av et høyt refleksjonsnivå. Resultatene indikerer at eksperimentell aktivitet kan styrke elevers bevissthet om naturvitenskapelig tenkemåte, men dette er avhengig av at læreren legger til rette for refleksjoner om utforskende arbeidsmåter underveis. Refleksjon over naturvitenskapelige arbeidsmåter og refleksjon over egen læring kan i større grad kobles sammen (jfr. praktisk epistemologi, Sandoval, 2005)

Bruk av metaforer om kjemiske bindinger i kreativ skriving

This is an Open Access article published in NorDiNa. The article can be found on publisher's web page by following this link: https://www.journals.uio.no/index.php/nordina/index This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 License.I denne studien undersøkes elevers bruk av metaforer i kreative tekster om kjemiske reaksjoner. I norsk skole har det etter innføring av læreplanen for kunnskapsløftet (LK06) vært fokus på de grunnleggende ferdighetene å kunne lese og uttrykke seg muntlig og skriftlig. Skriving i naturfag har i stor grad vært preget av at elevene svarer på oppgaver i læreboka og av avskrift fra ulike kilder (Solheim, Larsen, & Torvatn, 2010; Torvatn, 2008). Skriveoppdrag som utfordrer eleven til å uttrykke sin forståelse med egne ord kan se ut til å være lite utnyttet. Kreativ skriving er en slik skrivesjanger der elevene uttrykker seg med egne ord i et ikke-vitenskapelig språk, samtidig som et kriterium for skriveoppdraget er at teksten skal være faglig korrekt. I denne studien undersøkes mer spesifikt de metaforene som elever på 8. trinn bruker for å skape mening om begrepet kjemisk binding på submikroskopisk nivå. Forskningsspørsmålet er: • Hvilke typer metaforer bruker elever om abstrakte begreper (kjemisk binding) i kreative tekster og hvordan kan disse metaforene gi informasjon om elevens forestillingsskjemaer og mentale modeller?publishedVersio

Sammenhengen mellom naturvitenskapelig produkt og prosess - En studie av dialoger fra utforskende arbeid i naturfag relatert til stoffer og stoffers endring

Øyehaug, A. B. and A. Holt (2013). Sammenhengen mellom naturvitenskapelig produkt og prosess - En studie av dialoger fra utforskende arbeid i naturfag relatert til stoffer og stoffers endringer. NorDiNa : Nordic Studies in Science Education 9(1): 33-49.This paper reports from a study where a teacher and researchers collaborated on designing science teaching promoting scientific inquiry (processes of science) and science content (product of science) for a group of students (age 11 – 13). A wide range of data from students’ performance in combining science product and processes were collected during a two year period. Results indicate that students combined product (matter and change of matter) and processes of science (making hypotheses, suggesting research design and evaluating evidence) and that these aspects support each other in science learning. The ability of linking product and process differed among students and varied from one scientific method to the other. To succeed in linking science content and processes of science it is important to scaffold student understanding, like providing templates and asking rich and relevant questions

Elevers forståelse av naturvitenskapens egenart (NOS)

Denne artikkelen presenterer en studie av seks elever (13–16 år) sin forståelse av naturvitenskapens egenart. Forståelse av naturvitenskapens egenart regnes å være sentralt for et individs evne til å ta informerte beslutninger og valg når det kommer til vitenskapsbaserte problemstillinger. Elevene deltok i en treårig intervensjon med fokus på naturvitenskapelige praksiser og naturvitenskapens egenart, veiledet av norske læreplaner. Elevene laget og testet hypoteser, deltok i planlegging av forsøk, skrev forskningsrapporter og tolket data. I de ulike naturvitenskapelige praksisene ble elevene oppfordret til å uttrykke sin forståelse for naturvitenskapens egenart. Seks elever ble intervjuet om sin forståelse av naturvitenskapens egenart hvert semester på 8., 9. og 10. trinn (unntatt høsten 10. trinn). Resultatene viser at elevene utviklet økt forståelse av flere sentrale aspekter ved naturvitenskapens egenart og en utvikling mot en anerkjennelse av kunnskap som konstruert. Elevene viste manglende forståelse av tolkningens rolle i naturvitenskapen, til tross for at de stadig tolket data i sine utforskninger. Selv om elevene brukte vitenskapelige prinsipper når de reflekterte over problemstillinger, hypoteser og i argumentasjon, så viste de manglende forståelse av slike verdier og prinsipper som underligger den naturvitenskapelige virksomheten. Disse resultatene støtter tidligere funn som vektlegger viktigheten av å hjelpe elevene til å bygge bro mellom aspekter ved naturvitenskapens egenart og elevenes deltakelse i naturvitenskapelige praksise

Mapping education for sustainability in the Nordic countries

The project is concerned with sustainability in compulsory education in the Nordic countries and is part of the Iceland Presidency Project for the Nordic Council of Ministers initiated in 2018. The overall focus of the Presidency Project is on young people but this report looks at policy, curricula, teacher education and school practices. The analysis shows both similarities and differences across the Nordic Region. Compulsory education in the Nordic countries share some striking similarities, reflecting a strong emphasis on certain aspects of sustainability such as equality, democracy.Although sustainability education has a clear application in the fields of social and political life and economic activities in all of the Nordic countries, it is still the case that when sustainability education is discussed, an environmental perspective is most often taken

Sammenhengen mellom naturvitenskapelig produkt og prosess - En studie av dialoger fra utforskende arbeid i naturfag relatert til stoffer og stoffers endring

This paper reports from a study where a teacher and researchers collaborated on designing science teaching promoting scientific inquiry (processes of science) and science content (product of science) for a group of students (age 11 – 13). A wide range of data from students’ performance in combining science product and processes were collected during a two year period. Results indicate that students combined product (matter and change of matter) and processes of science (making hypotheses, suggesting research design and evaluating evidence) and that these aspects support each other in science learning. The ability of linking product and process differed among students and varied from one scientific method to the other. To succeed in linking science content and processes of science it is important to scaffold student understanding, like providing templates and asking rich and relevant questions

Metode for analyse av læreplaner i naturfag – anvendt på den norske læreplanen

In this paper we suggest a method for analysing curriculums in science, and we use this to investigate how the present Norwegian science curriculum prepares students for scientific informed citizenry. Science is both a body of knowledge that represents current understanding of natural systems and the process where that body of knowledge has been established and is being continually extended, refined, and revised. Both elements are truly essential, a student cannot understand science without being competent in both. Thus, there are clear recommendations about how to teach science in school, described as four strands of learning. The method analyses competence descriptions both according to the four strands and taxonomic level (depth of knowledge). The analysis shows that the Norwegian curriculum only to a certain degree correlates to recommendations about how science should be taught. Moreover, it seems like the method has potential beyond science curriculum analysis

Elevers refleksjoner over naturvitenskapens egenart

This paper reports from a study where a teacher and researchers collaborated on designing science teaching promoting scientific inquiry for a group of students (age 11 – 13). Guided by the Norwegian science curriculum, students were during a two-year intervention period regularly engaged in inquiry-based science learning. The students formed and tested hypotheses, were to various degrees engaged in developing research design and took extensively part in the evaluation of evidence. In connection with each inquiry task, students were encouraged to express their ideas about professional or formal science issues emphasized in the Norwegian science curriculum (Why do scientists form and test hypothesis? What characterizes scientific inquiry? Why do scientists compare results?). Data (video recordings of classroom instructions and interviews in addition to written tests) from four students were collected during a two year period. Results indicate that the students’ epistemological beliefs remained fairly naïve through the intervention period, in spite of intensive participation in inquiry learning. The students’ lack of epistemological development may be understood in terms of the instructional emphasis on formal epistemology, in favor of practical epistemology

Bruk av metaforer om kjemiske bindinger i kreativ skriving

I denne studien undersøkes elevers bruk av metaforer i kreative tekster om kjemiske reaksjoner. I norsk skole har det etter innføring av læreplanen for kunnskapsløftet (LK06) vært fokus på de grunnleggende ferdighetene å kunne lese og uttrykke seg muntlig og skriftlig. Skriving i naturfag har i stor grad vært preget av at elevene svarer på oppgaver i læreboka og av avskrift fra ulike kilder (Solheim, Larsen, & Torvatn, 2010; Torvatn, 2008). Skriveoppdrag som utfordrer eleven til å uttrykke sin forståelse med egne ord kan se ut til å være lite utnyttet. Kreativ skriving er en slik skrivesjanger der elevene uttrykker seg med egne ord i et ikke-vitenskapelig språk, samtidig som et kriterium for skriveoppdraget er at teksten skal være faglig korrekt. I denne studien undersøkes mer spesifikt de metaforene som elever på 8. trinn bruker for å skape mening om begrepet kjemisk binding på submikroskopisk nivå. Forskningsspørsmålet er: • Hvilke typer metaforer bruker elever om abstrakte begreper (kjemisk binding) i kreative tekster og hvordan kan disse metaforene gi informasjon om elevens forestillingsskjemaer og mentale modeller