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.