2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
Projektarbete i ämnesdidaktik: Lektionsplanering i fysik
Kroklinjig rörelse, speciellt cirkelrörelse
Inledning
Mitt ämnesval sker med nödvändighet utifrån min handledares planering, eftersom
jag kommer att vara så kort tid på skolan. Detta är en begränsning, men jag
uppfattar den inte som negativ. För mig innebär professionalism att kunna hantera
olika situationer och göra något bra av dem, även om man inte själv skulle ha valt
dem. Lite eftertanke visar också, att det till synes udda och tråkiga ämnet erbjuder
goda möjligheter till verklighetsanknytning, språkutveckling samt till naturvetenskapligt tänkande och allmänbildning. Därmed är det lätt att motivera utifrån lärooch kursplaner samt från didaktiska överväganden.
Läroplanen
Läroplanen (Lpf 94) stipulerar i allmänna ordalag skolans värdegrund, uppgifter
och mål. Det handlar i stora drag om att utbilda människor till goda samhällsmedborgare genom att erbjuda var och en möjlighet att finna, utveckla och dra
nytta av sina förmågor. Det finns ingenting specifikt naturvetenskapligt i
läroplanen. Det sägs emellertid att "undervisningen skall vara allsidig och saklig",
och att "eleverna skall skaffa sig en grund för livslångt lärande". I ett högteknologiskt, demokratiskt samhälle måste detta rimligtvis innebära, att skolan
åtminstone skall ge alla elever en naturvetenskaplig allmänbildning . Det går inte att
"förankra de värden som vårt samhällsliv vilar på" utan att veta något om den
tekniska kunskap och praxis som vårt samhälle är så beroende av. Samtidigt är det
så, att intresset för naturvetenskap och teknik stimuleras och vidmakthålls bäst
genom att visa, att såväl naturvetenskapens tankevärld och metoder som den
tekniska implementeringen, är en del av samhället och växelverkar med detta.
Några mål för naturvetenskapsprogrammet
I programmålen för NV-programmet står det bl.a. att "föreställningen att naturen
är begriplig är central i naturvetenskapsprogrammet". Naturvetenskaperna anses
även utgöra en viktig del av vår kultur. Begriplighet förutsätter att man kan beskriva
och förklara naturfenomen, vilket i sin tur förutsätter att man utvecklar ett språk
för ändamålet. När det gäller naturvetenskap, behöver vi både ett formellt och ett
deskriptivt språk. Om det vi kallar "kultur" skall vara gemensam för alla i ett
samhälle, måste alla ha någon kunskap om allting, dvs. ha det vi brukar kalla
allmänbildning. Naturvetenskaplig allmänbildning är dessvärre sällsynt, där skulle
skolan kunna göra en betydligt större insats.
Några andra programmål är "att utveckla ett naturvetenskapligt förhållningssätt
som en viktig del av utbildningen, som även skall ge god vana att använda
informationsteknologi som verktyg för lärande och kommunikation". Ett naturvetenskapligt förhållningssätt innebär bl.a. noggrannhet, saklighet och ifrågasättande. Det är egenskaper som är användbara i många sammanhang. Detsamma
1(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
kan sägas om förmågan att använda modern teknologi. Jag anser därför, att flera av
målen för NV-programmet är allmängiltiga och till nytta för många fler än eleverna
på just detta program. Eftersom jag skall undervisa på NV-programmet vänder jag
mig till synes till de "redan frälsta", men verkligheten har visat sig vara lite mer
komplicerad. Många elever har valt NV-programmet av andra skäl än av intresse
för naturvetenskap, och deras motivation är vacklande. För dessa elever kan
resonerande och allmänbildande inslag i undervisningen underlätta såväl inlärning
som förståelse. De välmotiverade eleverna har också nytta av att kunna uttrycka
naturvetenskaplig kunskap i ord, formelspråket lär de sig under alla omständigheter.
Kursplan och lokal arbetsplan
Den aktuella kursplanen är den för Fysik B på gymnasiets NV-program. Bland de
mål som har anknytning till mitt val av ämne finns följande:
Eleven skall ha utvecklat sin förmåga att planera och genomföra experimentella
undersökningar samt muntligt och skriftligt redovisa och tolka resultaten,
ha fördjupad kunskap om begreppen kraft, massa, arbete, energi och
rörelsemängd samt en förmåga att använda dessa begrepp,
känna till huvuddragen i universums storskaliga utveckling.
Den lokala arbetsplan som jag dessutom har att ta hänsyn till är dels min handledares planering, dels den lärobok som används i skolan. Den detaljerade lektionsplaneringen utgår således från dessa.
Elevperspektivet
Cirkulär rörelse är egentligen ett idealiserat specialfall av centralrörelse. Här kan ett
astronomiskt exempel, nämligen planeternas banrörelser i solsystemet, ge många
infallsvinklar. Problemet är välkänt för många, även för dem som inte är naturvetenskapligt intresserade. Planeternas komplicerade rörelser på himlen har
observerats och dokumenterats av människor i flera tusen år. Man fann ganska
snart periodiciteter i rörelsemönstret, och det fanns tidigt olika hypoteser, men
observationstekniken var inte god nog för att kunna bekräfta eller vederlägga dem.
Parallellt med den observationella och experimentella vetenskapen finns (och har
alltid funnits) filosofiska överläggningar, tankar som inte alltid har en grund i det
som kan iakttas. Filosofiska funderingar växelverkar med vetenskapen och ger idéer
om det ännu inte upptäckta. Denna växelverkan kan vara bra att lyfta fram i en
undervisningssituation, eftersom man därigenom kan visa att forskning inte är en
från samhället isolerad aktivitet. All forskning växelverkar med sin omgivning,
påverkas och påverkar, ger mer eller mindre nyttiga resultat, utvecklas eller faller i
glömska.
Fysikaliska lagar härleds genom att generalisera iakttagelser, vilket kan göras om
man lyckas hitta det väsentliga och bortse från det oväsentliga i ett problem.
Planetexemplet visar vad som händer när man försöker överidealisera. Epicykelteorin för planetrörelser härrör från försöken att förklara rörelserna med enbart
cirklar. Anledningen var att cirkelrörelser ansågs vara perfekta. Man var mer
2(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
inriktad på att konstruera en förklaring utifrån sina föreställningar än utifrån
verkligheten. Det kan vara förvånande för oss, men moderna forskare är inte heller
helt fria från sådan påverkan.
Så småningom fann man den rätta förklaringen till planeternas observerade
rörelser. Avgörande för detta var noggranna observationer på vilka man kunde
bygga en konsistent teori. När man ännu senare fann den kraftverkan som ger
upphov till rörelserna fick teorin sin fysikaliska förklaring. Man gjorde noggranna
beräkningar av planetpositioner för godtyckliga tidpunkter och kunde därigenom
pröva och förfina sina teorier. En ny och vetenskapligt välgrundad världsbild hade
skapats. De vetenskapliga och tekniska verktyg som hade uppfunnits i processen
kom sedan till användning även i andra sammanhang.
Man kan alltid fråga sig, vad det är för nytta med allt detta. Men sökandet efter
kunskap kan inte fragmenteras. Vi kan inte från början bestämma oss för vad vi
skall finna. Den tekniska utveckling, som har gett många människor ett bekvämare
och kanske mer meningsfullt liv, har sin grund i naturvetenskaplig forskning. Det
går inte heller att hindra den mänskliga nyfikenheten. Då är det bättre att skaffa sig
kunskap och lära sig hantera forskningen, så att den även gagnar samhället.
Med ovanstående resonemang skulle jag vilja visa eleverna att vi alla är delaktiga i
de vetenskapliga processer som försiggår i samhället. Om vi har kunskap kan vi
dessutom förstå och påverka dem. Fysik är inte enbart något som vetenskapsmän
sysslar med, den är även en del av vår verklighet, och den påverkar vår syn på
verkligheten. Förhoppningsvis påverkar det elevernas attityder positivt och hjälper
dem till bättre förståelse.
Den historiska utvecklingen belyser med sina misstag och framgångar den vetenskapliga processen: observera - beskriva - analysera - förklara - förutsäga observera på nytt - bekräfta eller vederlägga - utveckla - ständigt ifrågasätta. Inom
naturvetenskap finns inga slutgiltiga sanningar, det finns bara mer eller mindre
tillfredsställande teorier. Nya iakttagelser kommer alltid att leda till en utveckling av
teorierna.
Lektionsplanering
Repetition av rätlinjig rörelse och Newtons lagar.
Vad behövs för att en kropp skall ändra sin rörelse?
Kraft- och hastighetsriktningar.
Vad ger upphov till cirkulär rörelse?
Några enkla exempel, frågor till eleverna.
Cirkulär rörelse sedd utifrån, kraft- och hastighetsvektorer.
Hur rör sig en kropp i ett roterande system? Vilka krafter verkar där?
Några astronomiska exempel (satellit- och planetrörelser).
Några tankeexperiment, där eleverna delas in i grupper och får diskutera problemet.
Gemensam diskussion av tankeexperimenten.
3(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
Eventuellt någon laboration eller mer praktisk övning. Detta måste planeras utifrån
elevernas schema och den utrustning som finns på skolan.
Exempel på diskussionsfrågor till eleverna:
När uträttar en kraft ett arbete?
Beskriv hastighetens storlek och riktning i olika punkter för en kropp som rör sig
med konstant hastighet längs en cirkel.
Behöver en vagn i en berg- och dalbana någon motor?
Vi vet en kropps hastighet (storlek och riktning) vid två tidpunkter. Vad har hänt
dessemellan? Detta kan varieras med olika data för att träna förståelsen för
hastighetsändringar.
Vilka krafter verkar på en passagerare i en bil när bilen startar resp. bromsar?
Ett paket glider med konstant hastighet på ett horisontellt bord. Vad händer om vi
trycker på paketet rakt uppifrån?
Exempel på tankeexperiment:
Tänk dig en bil som kör med konstant hastighet genom en kurva på en asfaltväg.
Vilka krafter verkar på bilen?
Tänk dig en bil som kör med konstant hastighet genom en kurva på en isväg. Vilka
krafter verkar på bilen?
Solen, jorden och en yttre planet, beskriv hur rörelserna ser ut för en observatör i
rymden.
Solen, jorden och en yttre planet, beskriv hur rörelserna ser ut för en observatör på
jorden.
Hur skulle man kunna förklara den från jorden observerade planetrörelsen?
Solen, jorden och en geostationär satellit, beskriv hur rörelserna ser ut för en
observatör på solen.
Solen, jorden och en geostationär satellit, beskriv hur rörelserna ser ut för en
observatör på jorden.
Rör sig en geostationär satellit relativt jorden? Om ja, hur ser den rörelsen ut på
himlen?
Hur kan man från observationer visa att jorden rör sig i rymden?
Hur kan man från observationer visa att jorden roterar kring sin egen axel?
Arbetsmetoder
Jag har tänkt att ovanstående förslag skall kunna genomföras på två lektioner + ev.
laboration.
Lektionerna skall ge en introduktion till ämnet. Tonvikten ligger därför hela tiden
på att uttrycka fysikaliska fenomen och begrepp i ord, att diskutera och att
sammanfatta det vi kommer fram till. Initialt skall inga formler användas och inga
4(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
beräkningar göras. Behovet att precisera de kvalitativa beskrivningarna leder sedan
naturligt till införandet av definitioner av fysikaliska begrepp. Behovet att pröva
hypoteser leder naturligt till en formalisering av förmodade samband.
Eventuella laborationer eller övningar skall gås igenom och diskuteras innan de
genomförs, och de skall följas av enskilda eller gruppvisa rapporter (muntligt eller
skriftligt) samt av en gemensam diskussion.
Den litteratur som kommer att användas är läroboken Ergo Fysik, som finns i
skolan. Boken innehåller många bra exempel och övningar, och det finns även
frågor för att resonera om fysik. I mina lektioner kommer jag i första hand att
använda eget material. Det har jag hämtat från facklitteratur, Internet och från min
tidigare verksamhet. Om det finns möjlighet skulle jag även vilja visa datorsimuleringar av planetrörelser. På min skola används inte datorer i matematik- och
fysikundervisningen, därför planerar jag inga datorövningar. De skulle annars ha
varit ett bra komplement till andra typer av övningar.
Eventuella svårigheter kan uppstå till följd av att eleverna inte är vana vid grupparbete. De har mycket och god katederundervisning, som fungerar bra för dessa
elever. Däremot är det sällan diskussioner där hela klassen är inblandad. Såvitt jag
kan bedöma, tycker eleverna om sin lärare, som är min handledare. Jag tycker också
om honom och vi har samarbetat bra under mina tidigare VFT-perioder. Därför
kommer jag att samråda med honom angående min lektionsplanering. Det räcker
sannolikt för att undvika ohanterliga problem. Vid grupparbeten och diskussioner
måste man alltid vara uppmärksam på när eleverna börjar tröttna. Man måste också
se till att få med alla elever. Om det skulle visa sig att själva metoden med
tankeexperiment och diskussioner känns fel för eleverna, då vill jag föra en
diskussion om undervisningsformer. I bästa fall får man då veta hur eleverna själva
uppfattar ämnet och undervisningen. Det skulle man kunna efterfråga under alla
omständigheter, men tiden räcker nog inte till för det också. Som en sista utväg kan
man återgå till "vanlig" undervisning.
Mina reflektioner och mina mål
Det sägs ibland att det är läraren som lär sig mest, och någon sanning finns det i
påståendet. Det sägs också, att undervisning i naturvetenskapliga ämnen är bra för
att utveckla förmågan att tänka och resonera systematiskt. Men skulle man inte
kunna vända på det och illustrera ett allmänt undersökande och analyserande
tänkesätt med naturvetenskapliga tillämpningar? Skulle man inte på det viset kunna
ge fler människor en naturvetenskaplig allmänbildning? Jag har emellanåt funderat
över varför jag har ägnat mitt liv åt utbildning och naturvetenskap, när jag lika
gärna hade kunnat göra något helt annat. Kanske tilltalade mig naturvetenskapens
metoder mer än dess innehåll, och kanske kan jag dra nytta av den insikten i min
framtida undervisning.
När jag har läst den pedagogiska litteraturen är det främst följande som har fångat
min uppmärksamhet:
5(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
Naturvetenskap som allmänbildning. Erfarenheterna från tolv års planetarieverksamhet ger mig en rik källa att ösa ur. Dessutom blir jag alltmer övertygad
om, att skolans NV-undervisning i första hand borde vara allmänbildande och
ges till alla elever, inte bara till dem som har valt NV-programmet. Det relativa
fåtal elever som vill ägna sig åt djupare naturvetenskapliga studier har också
nytta av en kvalitativ och översiktlig kunskap.
Vardagsanknytning och konkretisering. Detta har jag också erfarenhet av,
eftersom det är en förutsättning för att förklara naturvetenskapens metoder och
resultat för en blandad publik. Gymnasieelever är också en synnerligen "blandad
publik". Trots att de har valt samma utbildning har de mycket olika förutsättningar, motivation och mål.
Språkets betydelse. Vetenskap formas av människors tankar, ord och aktiviteter.
Det är viktigt att utveckla förmågan att förstå vad andra har sagt och skrivit, och
att kunna uttrycka sina egna funderingar så att det blir begripligt även för andra.
Sutton´s artikel "Well Mary, . . ." är speciellt intressant och tänkvärd. Jag är själv
en skrivande människa och har aldrig haft problem med det, men jag har haft
kolleger som har misslyckats vetenskapligt för att de inte har kunnat uttrycka
sina resultat i skrift. Att kunna uttrycka sig är ingen självklar förmåga, men den
kan tränas. För läraren är det viktigt att rätt förstå elevernas frågor, och att ställa
frågor till eleverna på rätt sätt.
Experimentell verksamhet. Jag blev både förbluffad och log igenkännande när
jag läste Watson´s artikel "The role of practical work". Hur många laborationer har
man gjort i sitt liv, och hur många rapporter har man skrivit utan att förstå
någonting? Min egen naturvetenskapliga utbildning har varit rik på aktiviteter
och fattig på diskussioner. Först när jag yrkesmässigt skulle svara på frågor,
lärde jag mig att tala om naturvetenskap. Den erfarenheten tänker jag också
använda i min undervisning.
Vad jag genomgående saknar i litteraturen, är tankar och undersökningar kring
undervisning på gymnasienivå. Jag saknar också tips om hur man tar steget från
grundskolans konkretisering till den på gymnasienivå nödvändiga abstraktionen.
Den övergången tycks ta död på åtskilliga elevers intresse.
Efter dessa överläggningar faller det sig ganska naturligt att ställa upp följande mål
för mina elever. Eleverna bör efter lektionerna
förstå vikten av att kunna resonera om fysikaliska iakttagelser och begrepp,
sträva efter att beskriva iakttagelser på ett tydligt och entydigt sätt,
kunna tänka ut experiment för att pröva en hypotes,
kunna hitta det generella i det speciella,
kunna i ord sammanfatta det som de har lärt sig.
6(7)
2005-02-24 (version 2) / Eva Mezey
Lärarutbildning 60p, Ämnesdidaktik NO
Utvärdering
Mina lektioner har som mål att ge kvalitativ kunskap, något som är svårt att
utvärdera. Eftersom lektionerna kommer att ges under min sista VFT-vecka, måste
jag antingen göra en utvärdering i direkt anslutning till lektionerna eller göra den
under den följande VFT-perioden. En spontan utvärdering ger spontana reaktioner
men inga genomtänkta synpunkter, medan en utvärdering flera veckor senare
kanske inte ger någonting alls. Därför kommer jag att försöka göra en muntlig eller
skriftlig utvärdering i anslutning till lektionerna och tolka resultatet med hänsyn till
omständigheterna.
Didaktisk litteratur
Andersson, Björn (1989). Grundskolans naturvetenskap. Stockholm:
Utbildningsförlaget.
Andersson, Björn. (2001). Elevers tänkande och skolans naturvetenskap. Stockholm:
Skolverket.
Dimenäs, Jörgen & Sträng-Haraldsson, Monica (1996). Undervisning i naturvetenskap.
Lund: Studentlitteratur.
Ekborg, Per & Ekborg (Niklasson), Margareta (1997). Suggestopedi eller mer kreativa
arbetsformer i naturvetenskap och teknik. Malmö: Lärarhögskolan.
Ekstig, Börje. (2002). Naturen, naturvetenskapen och lärandet. Lund: Studentlitteratur.
Kompendium med artiklar i ämnesdidaktik (2005). Malmö högskola.
Löwing & Kilborn (2002). Baskunskaper i matematik för skola hem och samhälle.
Nämnaren TEMA (2000). Matematik - ett kommunikationsämne.
Sjöberg, Svein (2000). Naturvetenskap som allmänbildning - en kritisk ämnesdidaktik.
Lund: Studentlitteratur.
Skolverket (1994). 1994 års läroplan för de frivilliga skolformerna.
Skolverket. Kursplaner i fysik för gymnasiets NV-program.
Ämneslitteratur
Astronomisk facklitteratur.
Goldstein (1950). Classical Mechanics. Addison and Wesley.
Pålsgård & Kvist & Nilsson (2001). Ergo Fysik, kurs B. Stockholm: Liber.
Weidner & Sells (1965). Elementary Classical Physics, Volume I. Allyn and Bacon.
7(7)
