Naturvetenskap och lärande

Huvudämne
Naturvetenskap
och lärande
Lärarutbildningen, Malmö högskola
www.mah.se/lut/nms
Naturvetenskap och lärande
Följande text vill beskriva centrala delar av tankar och innehåll i huvudämnet naturvetenskap och lärande vid
lärarutbildningen i Malmö. Dessa tankar genomsyrar även sidoämnen i naturvetenskap.
Naturvetenskap som kunskapsområde
Naturvetenskapen har en lång historia, sammanlänkad med filosofin och tekniken, och innebär ett
systematiskt sätt att närma sig vissa av tillvarons stora frågor. Naturvetenskapen utgör en viktig komponent i
den globala kulturen men vi är ofta inte medvetna om detta; vi är ofta blinda för hur den påverkar vårt
samhälle och våra liv på ett djupare plan. Teknik har historiskt sett utvecklats inom naturvetenskapen
vilket också skapat grunden för den moderna tekniken samtidigt som dess framtida utveckling också förutsatt
och förutsätter teknik. Att utbilda nya generationer i naturvetenskap är därför en ansvarsfull uppgift.
I dagens världssamhälle betraktas ofta naturvetenskapen utifrån två mytologiska perspektiv: antingen en blind
och kritiklös beundran av naturvetenskap eller en känsla av rädsla eller förakt. Förmodligen grundar sig båda
perspektiven på okunskap om naturvetenskapens metoder, möjligheter och begränsningar. Ett mer
nyanserat och insiktsfullt förhållande till naturvetenskap är en förutsättning för att kunna hantera vår
gemensamma framtid. Hur skapar vi dessa förhållanden i undervisningen?
Filosofer beskriver naturvetenskapen som öppen, antiauktoritär och kritisk medan skolans elever uppfattar
den som auktoritär, sluten och oföränderlig. Hur uppkommer denna skillnad? Och hur påverkar läraren,
undervisningen och läromedlen denna syn?
Elever säger att naturvetenskapliga ämnen är abstrakta och de har rätt eftersom naturvetenskapens uppgift är
att abstrahera begrepp och teorier från den konkreta verkligheten. Ett klassiskt exempel är månen som snurrar
runt Jorden och äpplet som faller ner från trädet; med fysikens generaliseringar är detta samma fenomen. Det
blir en utmaning för naturvetenskapsläraren att få med våra barn och ungdomar på resan från det konkreta till
det abstrakta.
Huvudämnet Naturvetenskap och lärande
Huvudämnet Naturvetenskap och lärande är ett professionsämne, där kunskaper i naturvetenskapliga, tekniska,
samhällsvetenskapliga med flera vetenskapsområden integreras med frågor som rör lärande och lärandets
villkor. I villkoren för lärandet ingår såväl allmänpedagogiskt som ämnesdidaktiskt stoff. Även verksamhetsförlagd tid, VFT, ingår i huvudämnet.
Huvudämnet Naturvetenskap och lärande, kan läsas inom två spår:
• 210-poängsspåret, Naturvetenskap och lärande, riktar sig till studenter som ska verka som lärare
inom förskola och grundskolans tidiga skolår.
• 270-poängsspåret riktar sig till studenter som ska verka som lärare inom grundskolans senare skolår
samt i gymnasieskolan.
Studenterna ska under huvudämnesstudierna skaffa sig en egen uppfattning av naturvetenskap som ett
upplevande, utforskande, hypotesprövande och kommunicerande ämne med nyfikna, undrande, funderande,
prövande och diskussionsbenägna aktörer.
Huvudämnets innehåll ska vara relevant för undervisning inom den obligatoriska skolan i naturorientering,
biologi, fysik, kemi och teknik, samt inom gymnasieskolan i naturkunskap. Gällande kursplaner i grund-skolan, (2000 – 09) innefattar dels en gemensam kursplanetext dels skilda kursplaner för de tre olika ämnena bio-
logi, fysik och kemi. Den gemensamma kursplanen är avsedd att stödja och komplettera de enskilda planerna.
Teknik räknas inte till de naturvetenskapliga ämnena i skolans styrdokument, utan har en fristående kursplan.
Inom skolan hanteras ämnesuppdelningen på olika sätt såväl på olika skolor som inom olika skolor. Det är
inte ovanligt att ämnena samläses i ett NO-block, och att teknik-ämnet inkluderas i detta block. I gymnasieskolan har kärnämnet Naturkunskap en egen kursplan.
I grundskolans kursplaner för de naturvetenskapliga ämnena finns följande tre aspekter:
• Kunskap om människa och natur (d.v.s. ämnesinnehåll)
• Kunskap om naturvetenskaplig verksamhet (d.v.s. ett vetenskapsteoretiskt perspektiv i bred bemärkelse)
• Förmåga att använda sig av naturvetenskapliga kunskaper för att ta ställning i värdefrågor, som
t ex hälso- och miljöfrågor (d v s tillämpning av ämneskunskaperna)
Både punkt två och tre ovan är snarare att betrakta som ”meta-naturvetenskap” (miljöperspektiv, samhällsperspektiv, historiskt perspektiv, filosofiskt perspektiv och undervisningsperspektiv) än som traditionell
ämnesdisciplinär naturvetenskap. Därför betonas i huvudämnet såväl ämnesinnehåll (fysik, kemi och biologi)
som humanvetenskapliga perspektiv på naturvetenskapen. Detta är i linje med Aikenheads (2006) och
Sjöbergs (2005) betoning av att stärka de humanistiska perspektiven i skolans NV-undervisning, där
naturvetenskaperna och deras ämnesinnehåll placeras in i diverse humanvetenskapliga kontexter.
Centrala begrepp inom naturvetenskap
Det naturvetenskapliga innehållet i huvudämnet har vi delat upp i tre kunskapsområden: liv, materia och
energi. Hur dessa kunskapsområden interagerar med varandra finns åskådliggjort nedan:
Naturvetenskapligt innehåll
Evolution
Från cell till organism
LIV
Biomolekyl
Bioprocesser
Fotosyntes
Förbränning
Från elektron till galax
elektron, kärna, atom,
molekyl, stjärna och planet
Ekologi
Energiformer
Växelverkan
Energiomvandling
Reaktioner
Fasomvandlingar
MATERIA
Strålning
ENERGI
Kurser i huvudämnet
Huvudämnet är uppbyggt dels av kurser som speglar skolans eller universitetets vetenskapsområden, t ex
Teknik samt Ekologi och evolution, dels av kurser med tvärvetenskapligt innehåll, t.ex. Naturvetenskapen i
samhället, Naturvetenskapen i trafiken samt Miljöfysik. Kursinnehållet är i samtliga kurser tematiskt ordnat,
och traditionellt ämnesinnehåll samsas med dels kunskap från andra vetenskapsområden, dels med ämnesdidaktiskt och allmänpedagogiskt stoff.
”Människan och hennes energibehov” är exempel på en tvärvetenskaplig kurs. För att förklara och förstå
kroppens inre energibehov, hämtas stoff från inte bara biologi, utan även från kemi, fysik och medicin.
Förståelse för människans behov av energi utanför kroppen kräver kunskaper i kemi, fysik, biologi och
teknik. För att förstå hur kunskapen om kroppen och energi vuxit och växer fram, hämtas stoff även från
humanvetenskaperna. Insikter i hur naturvetenskaplig begreppsförståelse utvecklas i språkliga sammanhang
samtidigt som språket utvecklas, erhålles från ämnesdidaktisk och språkvetenskaplig forskning.
Med syfte att studera vetenskapliga helheter snarare än detaljer, har s k explanatory stories (Millar & Osborne,
1998), identifierats och fått stor betydelse vid val av naturvetenskapligt innehåll i huvudämnet. Med
explanatory stories avses nyckelmodeller och förklaringar, som utgör grunden för förståelse av ett antal
naturvetenskapliga fenomen. Som exempel kan nämnas partikelmodellen av atomer, världsbilden, cellen
samt energiprincipen. Dessa explanatory stories återkommer och bearbetas i olika huvudämneskurser med
olika vardagliga ingångar till stoffet och med ökande vetenskapligt djup.
Även ett samhälleligt perspektiv har styrt valet av ämnesstoff i huvudämnet. Ett aktuellt samhälleligt
problem eller fenomen blir studenternas utgångspunkt, och för att förstå detta problem eller fenomen behöver studenterna använda såväl naturvetenskapliga som samhällsvetenskapliga kunskaper. Exempel på sådana
utgångspunkter är barnets situation i trafiken eller ett träningspass på gym.
I alla kurser ingår resonemang om naturvetenskap, vilket innebär fokus på naturvetenskaplig kunskap som resultat av mänskliga tolkningar och förklaringar till olika fenomen (t.ex. ”solens vandring över himlavalvet”).
Studenterna ska förstå sammanhang, där olika teorier uppkommit och uppkommer, och vem som har/har
haft tolkningsföreträde under olika tidsepoker. På så sätt kan förståelse för teoribildning utvecklas, och synen
på naturvetenskaplig kunskap som något statiskt ifrågasättas. Exempel på områden, där teoribildningen är
snabb, är genteknik, immunologi och partikelfysik. Studenterna tränas i att följa och kritiskt granska mediala
framställningar av aktuell naturvetenskaplig forskning som den framställs i olika typer av medier.
I kursen Samhälle och naturvetenskap, fördjupas detta sätt att betrakta naturvetenskap.
Det naturvetenskapliga kunskapsinnehållet beskrivs och diskuteras med ett naturvetenskapligt språk, där ett
ord eller begrepp kan ha en helt annan betydelse än samma ord i det vardagliga språket, som arbete, kraft,
m.fl. I huvudämnet tydliggörs och diskuteras löpande skillnaden mellan de båda diskurserna, samt hur de
hänger samman. Att i vardagstermer klä upplevelser, erfarenheter och tankar runt exempelvis naturfenomen
eller experiment, för att sedan övergå till att använda naturvetenskapliga begrepp, är ett sätt att arbeta konkret
med de olika språkbruken. Andra sätt att arbeta med språkbruken är bearbetning av ämnesdidaktisk litteratur
eller av erfarenheter från den verksamhetsförlagda tiden, VFT.
Kursen i teknik tar sin utgångspunkt i människans grundläggande behov och samhällets tekniska system.
Praktiskt problemlösande arbete med enkla konstruktioner utgör stor del av kursen.
Exempel på hur arbete med diskursövergångar kan gestaltas på följande sätt:
Utveckling av förståelse för begreppen värme – tryck – densitet – rörelse samt sambanden dem emellan kan
möjliggöras genom praktiska experiment. Varför börjar t.ex. ett ”änglaspel” att snurra om stearinljus tänds
under änglarna? Sonderande samtal (Barnes, 1978) i vardagsdiskurs kan ge utsagor som ”värmen stiger uppåt,
det blir rörelse”. Med pedagogens hjälp kan utsagorna problematiseras - Vad är det som rör sig? Hur ser
värme ut? Kan värme vägas, eller mätas på annat sätt? Utifrån vardagsspråket utvecklas det vetenskapliga
språket. Fenomenet kan så småningom uttryckas i naturvetenskaplig diskurs: ”Varm luft expanderar därför
att luftmolekylerna rör sig mer och därigenom kräver större plats. Luftmängden får lägre densitet än den
omgivande luften, och stiger därför uppåt.”
På liknande sätt kan studenternas förståelse av olika naturvetenskapliga fenomen utmanas och utvecklas i
dialog med andra studenter och lärare under huvudämnesstudierna. I dialogen ingår olika språk, t.ex. bild,
modellbygge, muntlig dialog, skrivande och läsande. Språkets meningsskapande dimension
problematiseras inom huvudämnet, varvid erfarenheter från den verksamhetsförlagda tiden vävs in. Studier
och analys av barns och ungdomars tankar runt naturvetenskapliga och tekniska fenomen, både i den
verksamhetsförlagda tiden och i litteratur, kopplas samman med didaktiska överväganden.
Samtidigt problematiserar studenterna hur elevers språk utvecklas i funktionella sammanhang och hur språkutvecklande miljöer kan iscensättas inom ramen för det naturvetenskapliga och tekniska lärandet. Lekens
betydelse för barns språkutveckling och lärande framhålls specifikt för studenter med inriktning mot förskola
och grundskolans tidigare år. Leken spelar dessutom stor roll för barnets hela utveckling, dess förmåga till
empati, socialisation och koncentration.
Laborationer, experiment och andra undersökningar är viktiga delar av naturvetenskapens metoder och
belyser begrepp som empirisk grund, prövbarhet, kausalitet, generaliserbarhet, vetenskapsteori, validitet och
reliabilitet. I huvudämnet analyserar och diskuterar studenterna olika sätt att iscensätta t.ex.
laborationer. Skillnaden mellan den normativa inriktningen av vanliga skollaborationer och forskningens ifrågasättande och förutsättningslösa undersökande, problematiseras. Språkets betydelse i olika typer av laborationer undersöks också.
Studenterna arbetar i huvudämnet praktiskt med exkursioner och utomhusundervisning, och reflekterar över
begrepp som upplevelse, ämneskompetens samt didaktisk kompetens.
Kursers positioner inom huvudämnet och deras tillhörighet avseende grundnivå och avancerad nivå beskrivs
för 210hp-spåret, samt för 270hp-spåret beskrivs i bilaga 1.
Kopplingen mellan den verksamhetsförlagda tiden, VFT, och studenternas huvudämnesstudier
Studenternas VFT-erfarenheter, av såväl ämnesdidaktisk som allmänpedagogisk karaktär, analyseras i huvudämnet. Värdegrundsfrågor lyfts särskilt upp i detta sammanhang. Studenterna ska bl.a. utveckla kompetens
i och handlingsberedskap att arbeta både förebyggande och ingripande mot mobbing och kränkande behandling. De självständiga arbetena blir en av de arenor där synteser mellan verksamhets- och högskoleförlagd
tid i huvudämnet kan ske. I Naturvetenskap och lärande är det självständiga arbetet på grundnivå ett sammanläggningsarbete, där flera självständiga delar inom olika kurser ingår. På dessa delar ställs allt högre krav på
skriftlig förmåga, samt förmåga att problematisera, analysera och dra slutsatser. De självständiga delarna som
finns i olika kurser förbereder för det avslutande självständiga arbetet på avancerad nivå samt leder fram till
ett vetenskapligt tänkande och en handlingsberedskap för det framtida yrket.
Allmänt utbildningsområde, AOU
Det allmänna utbildningsområdet ingår i samtliga kurser och en progression inom detta äger rum under huvudämnesstudierna. En vetenskaplig progression ska även ske under huvudämnesstudierna.
En lärare måste kunna uppfylla alla examensordningens mål. Detta innebär bland annat att studenten måste ha
kunskap om
•
•
•
•
•
•
demokratins värdegrund
ledarskap och grupprocesser. Konflikthantering
läs och skrivinlärning - utveckling. Språkutveckling
bedömning
användandet av IKT i skolan
föräldrasamverkan
men också det som är Malmö högskolas tre perspektivområden, nämligen
• miljö
• genus
• migration och etnicitet
Utveckling av det allmänna utbildningsområdet, AUO, inom 210 hp - och 270 hp spåret
För närvarande utvecklar vi framförallt två områden inom det allmänna bildningsområdet:
Bedömning
Det huvudsakliga arbetet med att studera hur kunskaper om analys, bedömning och värdering av barns och
elevers lärande sker i två huvudämneskurser genom att behandla följande områden:
Styrdokument
• Formativ och summativ bedömning
• Kunskapsbedömande frågor t.ex. provfrågor, klassrumsfrågor, projektuppgifter
• Bedömningsverktyg t.ex. matriser för tolkning av redovisningar, urkund, hur kan man tolka
beskrivningar och förklaringar,
Betygssystem
• Bedömningsformer t.ex. kvalitativ och kvantitativ bedömning samt olika former av prov
• Bedömningar av interaktiva kommunikationer över nätet, hemprov osv
• Bedömning av grupparbeten, laborationer, former för dokumentation av arbeten (redovisningar).
• Metakognition
• Kamratbedömning och självbedömning
• IUP och skriftliga omdömen
Exempel på progression gällande bedömning inom huvudämnet kan vara studium av matriser som
verktyg vid bedömning. Först får studenterna komma i kontakt med matriser gällande deras egen
utveckling i huvudämneskurserna. Sedan i huvudämnet får de påverka och utveckla matriser samt göra
helt egna matriser.
Språkutveckling
Framförallt inom 210hp spåret utvecklas den tidigas läs och skrivinlärning. Kompetens köps in från KSM
för att säkerställa denna.
Perspektiven
Två av högskolans perspektiv, genus och etnicitet, kopplas bl.a. samman med det specialpedagogiska
perspektivet ”en skola för alla”. Det sistnämnda ses i huvudämnet som ett paraplybegrepp, där genus och
etnicitet ingår, och genomsyrar alla huvudämneskurserna. Det specialpedagogiska perspektivet fördjupas på
avancerad nivå och vikten av att förebygga och motverka diskriminering och annan kränkande behandling av
barn och ungdomar betonas. I kursen ”Naturvetenskapen i samhället” läggs andra perspektiv som genus och
etnicitet, än de som ligger i ”en skola för alla”. Här problematiseras själva naturvetenskapen, och inte minst
framställningen av den, utifrån genus- och etnicitetsperspektiv. Naturvetenskapliga frågor, såsom t ex
evolutionsteori, diskuteras även i förhållande till olika religioner och livsåskådningar. Miljöperspektivet
är av innehållsmässiga skäl starkt genom hela huvudämnet.
Inom Naturvetenskap och lärande examineras studenterna på olika sätt, t.ex. skriftliga, enskilda tentamina,
studentledda undervisningsmoment, litteraturseminarier, provkonstruktion, projektarbeten, tillverkning av
tekniska artefakter, enskilda didaktiska skrivuppgifter, analys av laborationssituationer samt arbete med
matriser för exempelvis processbedömningar. Studenten ska med hjälp av olika examinationer under
utbildningens gång utveckla metakognitiva kompetenser, t.ex. genom att analysera sin förståelse av olika
naturvetenskapliga fenomen i webbaserade samtal eller genom att bedöma sin skrivutveckling under
utbildningens gång.
Forskning och utveckling
I anslutning till huvudämnet Naturvetenskap och lärande är en forskningsmiljö på Malmö högskola
under uppbyggnad. Forskningen är förankrad i den internationella didaktiska forskningen om naturvetenskaplig undervisning och lärande, men skiljer sig från denna genom att de teoretiska utgångspunkterna tas
i ett socio- kulturellt perspektiv istället för i det dominerande konstruktivistiska paradigmet. Forskningen
präglas av kombinationen av teoretiskt djup med aktionsforskning och empiriskt utvecklingsarbete.
Många av forsknings- och utvecklingsprojekten är således mycket nära kopplade till lärarutbildningen – både
på campus och i partnerskolorna. En del av projekten studerar lärarstudenters eget lärande i campuskurser,
t.ex. genom förändrade bedömningsformer eller utvecklar studenternas professionella lärande genom
samarbetsprojekt med partnerlärare. Andra projekt studerar elevers lärande. Samtliga projekt innehåller
en växling mellan utvecklingsarbete och forskning. Flera projekt bildar tillsammans ett sammanhållande
longitudinellt studium av samspelet mellan lärarstudenters bakgrund, motivation, inriktning osv. och de
aktiviteter, som lärarutbildningen erbjuder studenterna. I andra projekt utvecklas partnerskolor tillsammans
med lärarutbildare och lärarstudenter, samtidigt som dessa processer studeras vetenskapligt. Forskningen
skapar på detta sätt en kunskapsbas för grundutbildningen. Det finns en medveten strävan efter gemensamt
kunskapsbyggande mellan forskare, studenter och partnerskolornas lärare. Flertalet projekt förhåller sig till
frågor om betydelsen av genus, klass och språkbakgrund. Exempel på projekt är hur lärarstudenter använder
naturvetenskapliga kunskaper för att förstå kontroversiella samhälleliga frågor, ungdomars attityder till
vetenskap respektive pseudo-vetenskap, ungdomars syn på genteknik genetik resp. organdonationer,
nätbaserade dialoger, nätbaserad och interaktiv bedömning, självbedömning och bedömning av gruppdynamik för att stödja studenternas professionella utveckling. Teknikdidaktisk forskning bedrivs kring hur
teknikundervisningen kan användas för att stödja elevers språkutveckling, vad som händer när barn själva
konstruerar datorspel samt forskning som studerar hur datorspel kan användas för att öka särskilt flickors
intresse för teknik.
Forskningen bedrivs i projektgrupper i vilka i stort sett samtliga lärare deltar. Examensarbeten och magisteruppsatser integreras i princip i dessa grupper. Samarbetet mellan personer med olika kompetens underlättas
av att projekten fokuserar på gemensamma projekt, i vilka de olika kompetenserna är nödvändiga. Samarbetet
mellan lärare utan formella forskningsmeriter, forskare och doktorander betyder, att forskning blir en
angelägenhet för alla som arbetar i miljön.
Resurserna för forskning är dels en professor i teoretisk fysik, som fungerar som forskningsledare också för
övriga huvudämnen, en docent i fysik med didaktisk inriktning, en docent i pedagogiskt arbete samt elva
lektorer, disputerade i pedagogik, kulturgeografi, etnologi eller naturvetenskapliga ämnen. Av dessa elva
universitetslektorer, arbetar mer än hälften aktivt på docentmeritering. Inom huvudämnet finns cirka tio
stycken forskarstuderanden i pedagogik, naturvetenskapens didaktik samt inom lärande för hållbar utveckling.
Studentinflytande
Varje kurs avslutas med en individuell skriftlig utvärdering utifrån kursens syfte och mål. Dessa kursutvärderingar ligger till grund för den återkoppling kursledaren och studenterna gör i anslutning till kursens
avslutning. Arbetslaget ger sin syn på studenternas utvärdering samt vilka förändringar som görs till nästa
kurs.
NMS har även ett studeranderåd där varje huvudämne har studeranderepresentanter. Detta studeranderåd
sammanträder tre gånger per termin.