Læring gjennom utforskende arbeidsmåter

Newton nettverksmøte 29. - 30. oktober 2012 Stein Dankert Kolstø

Institutt for fysikk og teknologi Universitetet i Bergen

Elektrolyse av kobberklorid Hva skjer ved anoden og katoden?

Eksperiment først, eller teori først?

Elektrolyse av kobberklorid

Læringsmål: Hva skjer ved anoden og katoden?

Redoks, Ioner, ionebindinger, elektrisk straum, Cl2 elektroder, anode, katode, Kobberklorid

Elektrolyse av kobberklorid •  Lærer forklarer om ioner og ionebindinger før

elevene starter opp med øvelsen. •  Etter 7 -8 minutt:

– Skal vi ha dette på prøve? – Eg forstår ingen ting av dette? Koffor

skal vi lære om dette? – Kan vi ikkje ha prosjekt om dette? – Skal vi svare på spørsmål om

dette på prøve?

Elevøvelser gjør naturfag gøy?

5750 norske elever, Pop 2 = 6. og 7. klasse 1995

Teorilæring vs. øvelser

5750 norske elever, Pop 2 = 6. og 7. klasse 1995

PISA 2006 Tid for tunge løft s.115

Oppgave Hvilke aktiviteter og tankemessige prosesser

inngår du lærer naturfaglig teori? – Dvs lærer noe så godt at du ikke trenger å slå det

opp når du skal praktisere kompetansen –  Ikke tenk på undervisning av elever, men bare på

egen læring Samtal 2og2 eller 3og3.

– Om ti minutter presenterer alle noen ideer for hverandre.

Utforskende læring? Inquiry-based science teaching?

Betingelser for læring gjennom praktisk arbeid i naturfag

– lære teori – utvikle metodekompetanse

Vev er bygget opp av celler…

●

●

●

●

●

●

●

Naturvitenskapelig kunnskap er:

•  Språklig kunnskap •  Teoretisk kunnskap: ikke observerbar

– Fortolkninger av observasjoner – Tolkningene er teoristyrte

•  Selv løkceller? – Celler = ? Avgrenset ting? Noe mer?

L Skjønte dere det dere arbeidet med forrige time? E Ja (mang ’ja’) L Hva skjønte dere ? (Går så fra gruppe til gruppe og spør)

’Hva lærte dere?’ E1 Å lage molekyler L Hva kan dere andre legge til? E2 Lærte om forskjeller E3 Når vi skal bruke lange og korte stenger E4 Se hvordan de var når vi hadde bygget E5 At de kunne ha greiner E6 Jeg forstod ikke forfor det var noen korte og noen lange L Dere? E7 Hydrokarboner, om hvordan bygget opp og satt sammen E8 Mye av det samme E9 Ja, mye av det samme

Kobling natur – teori krever språk

•  Teori finnes bare i begreper

• Og dermed bare som naturfaglig språk

Observasjoner Naturvitenskap

-  Abstrakt - Symboler

-  Språk

Kobling

Kobling er krevende

Kinesisk ordtak

Det jeg hører, glemmer jeg. Det jeg ser, husker jeg. Det jeg gjør, forstår jeg.

SPESIELLE UTFORDRINGER VED PRAKTISK ARBEID

Strategier elevene brukte for å forklare

•  Elev VG1 (sal og service): Når eg skriver det, så skriver eg rett av boken som eg eigentlig ikkje forstår noko av.”

•  Kopiere forklaringen til andre i klassen

•  Fikk lærer til å skrive ned forklaringen på tavla, - eller muntlig mens eleven skrev

•  Læreren fortalte hvor i boken de fant rett forklaring

Daria.no

Endring i språk og tenkemåte

Hverdags-språk og forklaringer

Naturfaglig forklaring og språk

Switch!

Lettere å pugge?

Det eleven kan klare

Den nærmeste utviklingssonen

Anode Ionebinding Det eleven kan

Lettere å pugge?

Kjemisk rensing

”Det som skjer er at alu-ionene ...”

”Aluminiumen liksom legger seg rundt sulfatet”

Fosfater i kloakk: felles ut med alu-sulfat

Switch?

Hverdags-språk og forklaringer

Verdsatt?

Lære å ’snakke’ naturfag: 3. rom

Hverdags-språk og forklaringer

Naturfaglig forklaring og språk

”3. rom” Ut-testene bruk

Oppsummering av grunnideer

•  Utgangspunkt: –  Abstrakte begreper er bare mulig å forstå gjennom å se eller

erfare situasjoner som begrepene skal beskrive eller forklare. –  Læring må ta utgangspunkt i elevenes for-forståelse og

hverdagsspråk –  Vi forstår teori i lys av observasjoner og observasjoner i lys av

teori (”lenke” eller ”koble” teori og data) •  Elevers faglige snakk:

–  Stimulere til å formulere og snakke igjennom resonnementer med egne ord (”3. rom”)

–  Elevene må erfare at egne forsøk på faglige bidrag faktisk brukes som bidrag i samtalen

•  Naturfaglig teori –  Bør ikke brukes til å vurdere elevers ideer underveis –  Bør presenteres sent i forløpet når den kan klargjøre elevenes

egne observasjoner og forklaringsforsøk

”3 rom” Ut-testene bruk

EKSEMPLIFISERING AV UTFORSKENDE ARBEIDSMÅTE

Fenomenet «friksjon»

Vi gav elevane rammer for forklaringa – Beskriv observasjonar

•  Vi såg at mynten forsvann gradvis ned i fyrstikkeska når…

– Bruke vitenskapelige modellar og begrep til å forklare observasjonane

•  Mynten forsvann fordi når vi stoppa fyrstikkeska…

Korleis få til fagleg snakk?

Eleven sitt språk: ”Han e jo på en måte ikkje løs, men på en måte løs..”

Faglige helklassesamtaler •  Ikke rekk opp hånden!

– Forberedelsesaktiviteter • Gruppe gruble, forsøk, • Kortsnakk to og to • Noter en ide

– Alle delta: Slik du tenker eller har forstått … – Læringsstrategi: lære gjennom

å dele, få tilbakemeldinger, tørre å røpe feil, lytte, bidra.

Ein modell for praktisk arbeid

Vår siste time: Friksjon og mynt 1.  Introduksjon.

•  Klassediskusjon: ”Kva er friksjon?” •  Lærar demonstrerar: Skråplate med ulike underlag

2.  Elevaktivitet om friksjon: mynt i fyrstikkeske 3.  Skrive eiga forklaring i små grupper 4.  Presentere og diskutere i klasse 5.  Skrive endeleg forklaring

Modul nummer 1326 Elektrisitet og strømkretser

•  Mål for modul: Elevene skal kunne forklare begrepene … kunne gjennomføre … lodde… koble… identifisere…

•  2 - Didaktisk plan for Newton-modul

•  Før elevene kommer til Newton-rommet skal besøkslærer ha gjennomført et forarbeid som sikrer at elevene kjenner til spesifiserte kunnskaper og ferdigheter

•  Videre må elevenes læringsarbeid i vesentlig grad drives framover ved å stille elevene åpne spørsmål. Åpne spørsmål er karakterisert ved at:

–  De starter gjerne med formuleringer som: hva tror dere…, hvordan vil dere begrunne…, hvorfor…, hvilke andre muligheter ser dere, osv.

–  De har som formål å aktualisere og synliggjøre elevenes forkunnskaper –  De stimulerer til kritisk og kreativ tenkning. –  De kan ikke besvares entydig galt eller riktig.

Newton Aktivitet 2: Strømkretser

•  Oppgave 1a: Klarer dere å få lys i pæra?

•  Oppgave 2a: Skru lyspæra inn i en holder. Koble ledninger på hver side … Hva skjer med pæra? Hvordan forklarer dere dette?

•  Oppgave 3: Et amperemeter måler elektrisk strøm. Finn dette fram. Hva er enheten for elektrisk strøm? Hva er egentlig elektrisk strøm?

•  Oppgave 6a: Dere skal nå koble to 3,5 V lyspærer i serie… Hvordan tror dere pærene vil lyse nå …?

•  … se om antagelsen deres stemte. Prøv å forklare dette ved å bruke at det er motstand (resistans) i pærene, og jo mer motstand det er, dess verre er det for strømmen å komme gjennom.

Observere først?

Så evt. hypotese? /

/ Så forklare?

Ny versjon: Teknisk/praktiske utfordringer?

Mitt utkast til utforskende utgave •  Lærer: Demonstrer eksperimentet

– Oppgave: Prøv dere frem og lag en beskrivelse av hva som skjer i eksperimentet

•  Elevene: Utforsker eksperimentet – Felles: Legg frem beskrivelser, svar på spørsmål,

utfordre andres beskrivelser. Hva kan varieres? •  (ny runde) •  Felles diskusjon: Sammenhenger? Formler?

Hva kaller vi fenomenet? Utstyret? •  Elevene individuelt: Skrive rapport

med eksperiment og bekrivelser

Oppgave Se på aktiviteten ”Strømkretser”

– Utvikle ideer til et alternativt og mer utforskende opplegg

–  Identifiser en hovedoppgave (”forskningsspørsmål”) og faglige aktiviteter underveis som støtter elevene og stimulerer dem til å arbeide med det faglige innholdet i eget forskningsspørsmål

Samtal 2og2 eller 3og3. – Om 15 minutter presenterer alle noen ideer for

hverandre – Så arbeider vi 15 minutter til der vi prøver å ta med

oss gode ideer vi hørte fra andre grupper

”Eksperimenter litt med utstyret. Kva samanhengar kan du finne?” Vi velde ut motstandar som i følgje teorien var ohmske og ikkje-ohmske. Vi testa dei forskjellige motstandane, og dei som var slik at straumen blei for stor for spenningskjelda, forkasta vi.

Strømkretser •  Koble sammen batterier, ledninger og lysdioder/

lyspærer på ulike måter

•  Bruk et amperemeter til å måle strømmen. Finn selv ut hvordan amperemeteret brukes

•  Lag en beskrivelse som forteller om hvor mye strøm som går gjennom ulike deler av ledningene.

Strømkretser - spenning •  Lag en beskrivelse som forteller om hvor stor

spenningen er i ulike deler av en elektrisk krets. •  Prøv igjen å koble sammen batterier, ledninger

og lysdioder/lyspærer på ulike måter. •  Bruk et voltmeter til å måle spenningen.

Finn selv ut hvordan voltmeteret brukes.

•  Lag en matematisk beskrivelse (graf eller likning) som forteller hvordan strømmen varierer i ulike deler av en elektrisk krets når spenningen varieres.

ENGASJERE

•  Presentasjon av arbeidsoppgaven – Motivere…

•  Lærer demonstrerer kort bruken av utstyret •  Felles diskusjon: hva kan vi endre for å

undersøke elektrisitet nærmere? – 2og2 diskusjon først, så bidrag fra hver gruppe?

UTFORSKE og FORKLARE •  Eksperimentering – med egne forklaringer som mål

–  Notering av målinger, grafer og ideer

•  Underveis-deling i klassen eller forskergruppe –  Formulere metoder og ideer –  Alle i gruppen skal kunne svare på spørsmål –  Diskusjon av forslag til forklaringsmodeller og tester –  Lærer (m.fl.) utfordrer med spørsmål om hypotesen kan

forklare andre observasjoner og tester

•  Fornyet eksperimentering –  …

•  Underveis-deling i klassen eller forskergruppe –  …

•  Individuell skriving av rapport

Observere månen

• Høyde •  Asimut •  Fase

• Øve på trær mm – Felles graf – Uteliggere – Nøyaktighet – Usikkerhet

Hva lurer jeg på om månen?

•  ”Skriv alt dere vet om månen!” •  ”Skriv spørsmål dere har om månen.”

– Dele, stryke

•  Klasselister – Vi vet! – Hvordan vet vi det?

– Vi lurer på. • Hvordan kan månen være synlig om dagen? • Hvofor er det ikke måneformørkelse oftere? • Hvorfor har månen faser?

Observere månefaser • Grupper, fem uker, hver dag • Noter i skjema på vegg (sml)

– Dato, tid, skylag, månehøyde, asimut, nærmeste stjernebilde, tegn månefasen

•  Skyet? – Forutsi hvordan du tror...

•  Felles observasjoner første dagen

Modellbygging – og testing •  Lærerdemonstrasjon – tannpirker med rund perle

–  Strak arm: Kan vi skjule hele månen? –  Forutsi! Gå ut og sjekk! –  Arm ut til siden: Se på månen og lyset på ballen!

•  Se på observasjonenene: Hva kan ha forårsaket mønsteret? – Lag modell! –  1. Jorden skygger –  2. Månen går rundt jorden,

ser del av månen med sollys på

•  Lag tegninger som støtter egen forklaringsmodell –  Grupper: for hver forklaring. –  Hvordan kan vi teste modellen? –  Lag en undersøkelse

Endring av modeller •  Hva bør en god modell vise?

– Vis med tegning med månen i ulike faser! – Lærer utfordrer med spørsmål – En god modell forklarer data!

•  Publisere modell for klassen – Klassen vurderer modellen.

•  Hvilke observasjoner hjelper mest for å teste ulike modeller? – Gruppe med modell 1 få problemer med å forklare

halvmåne ...

Forskermøter

•  Forskbart? •  Rettferdig test? •  Støttes av data? •  …

•  Argumentering •  Kritisk vurdering •  Utforskende samtaler

Rapportskriving

•  Tegn modellen din • Noter data som støtter • Noter data som går imot

•  Skriv en forklaring av månefaser der du bruker naturfaglige ord

•  Skriv ned spørsmål du nå har om månefaser

PRINSIPPER FOR UTFORSKENDE ARBEIDSMÅTER

Forståelse

•  Kunne ... – ?

Kognitivt skjema fotosyntese 2

Sollys

lysenergi

klorofyll fotosyntesen

CO2 Vann

Sukker

stivelse

næring

brukes i

Ausubel

• Pugg – vilkårlig forankring

• Meningsfull læring – ikke-vilkårlig forankring – meningsfulle strukturer

Kognitivt skjema fotosyntese 1

Sollys

lysenergi

klorofyll

fotosyntesen

Vann

Sukker

stivelse

næring

Materie

Kjemisk bundet energi

inneholder

transformeres i

danner

absorberes i

omdannes til

fungerer som inneholder

CO2

Forståelse

Kjennetegn på egnede eksperiment

•  Mulig å lage et godt utforskende spørsmål •  Gir overraskende observasjoner •  Kan ikke forklares med hverdagskunnskap •  Muligheter for variasjon, •  Raske å repetere, •  Enkle og gjennomskubare

Utforskende spørsmål

• Med krav til utvikling av en forklaringsmodell eller beskrivelse

Åpen arbeidsmåte – elevene trenger støtte og krav!

•  Didaktiske prinsipp –  Ikke presentere teori –  Ikke evaluere innspill i lys av rett teori – Felles ansvar (og karakter) i gruppen

•  fremmer deling, diskusjon og forklaringer internt – Krav til presentasjon underveis

•  fremmer tolkning av data, skriving og skissering – Krav til deling og diskusjon med andre grupper

•  forskermøter eller klasse – Krav til individuell sluttrapport

•  fremmer gjennomtenkning, oppsummering og konsolidering

– Tydelige Læringsmål og milepæler

Åpen arbeidsmåte – elevene trenger støtte og krav!

•  Støttestrukturer – Maler

•  for observasjoner og forsøk på forklaringer •  For skriving av sluttraport

– Forskermøter / Klassesamtaler •  Presentere forklaring •  Sammenlikne forklaringer •  Diskutere styrker og svakheter •  Lærer oppsummerer og utfordrer til spesielle

eksperiment, tester, ideer, ... – Vurderingskriterier

•  Krav til beskrivelser, forklaringer, skisser, henvisning til observasjoner, formulering med egne ord

– Litteratur?

Introduksjon av nye naturfaglige ideer?

•  Tema •  Eksperiment •  Krav til utvikling av (naturfaglig!)

forklaringsmodell •  Felles identifisering av aktuelle variable •  Ulike forkunnskaper spres mellom elever

gjennom elevsnakk •  Deling av nye ideer som dukker opp •  Veiledende utfordrende spørsmål fra lærer

underveis •  Krav til konsistens mellom observasjoner og

forslag til forklaringsmodeller

John Hattie

•  Visible learning – Elevenes må snakke, skrive, – regne, skissere... (tankekart)

•  Visible teaching – Lærer i aktiv dialog med elevene

• Utfordringer -> tenke, snakke, skrive, regne,... – Tilbakemeldinger – Læringssamtaler

• Naturfag: Inkluder observasjoner! – forankring og motivasjon