De underliggende faglige og kognitive temaer i natur/teknologi

Herunder følger et indblik i de forskellige faglige temaer i natur/teknologi, som de deltagende elever har mødt i testen. Da TIMSS er et internationalt studie, bruges betegnelsenScienceinternationalt for det fag, som vi i Dan-mark kender som natur/teknologi. Ligeledes er de faglige områder, som de kategoriseres i TIMSS-studiet, ikke direkte forenelige med danske termer.

På engelsk kaldes de faglige områder henholdsvisPhysical Science,Life Sci-enceogEarth Science.

På dansk har vi valgt at kalde disse områder for ’Fysik/Kemi’, ’Biologi’

og ’Geografi’. Herunder følger en beskrivelse af de tre faglige områder, som de defineres i TIMSS, efterfulgt af en beskrivelse af de tre kognitive domæ-ner ’Viden’, ’Anvendelse’ og ’Ræsonnement’. Ligesom indenfor matematik er der også i natur/teknologi forskel på, hvor meget de enkelte faglige om-råder og domæner fylder af testen. De enkelte faglige omom-råder og kognitive domæners andel er gengivet i tabel 2.4. Overordnet set adskiller testen i na-tur/teknologi sig i TIMSS 2019 fra 2015 ved, at der i 2019 er større fokus på videnskabelig praksis og undersøgelse, forstået som evnen til at formulere spørgsmål på baggrund af observationer, skabe evidens for en påstand (fx gennem testning af hypoteser via et eksperiment) og bearbejdelse af data.

Det gør de, da det er elementer, der ifølge den kvalitative gennemgang af de deltagende landes curricula i TIMSS 2015 fylder mere i landenes curricula (Mullis, Martin, Goh, m.fl. 2016; Mullis og Martin 2017).

Tabel 2.4 Faglige områder og kognitive domæner i natur/teknologi

Fagligt område Procent Kognitivt domæne Procent

Biologi 45 Viden 40

Fysik/kemi 35 Anvendelse 40

Geografi 20 Ræsonnement 20

Note:

Oversigt over opgaverne i natur/teknologitestens procentvise fordeling på de faglige områder og de kognitive domæner.

Det faglige område ’Fysik/kemi’ dækker over kendskab til fysiske tilstands-former af stoffer og materialer og deres forandringer. Området udgør 35 procent af testen i natur/teknologi. Undervisningen indenfor dette område fokuserer ofte på, at eleverne lærer, at mange fænomener, de observerer i

hverdagen, kan forklares gennem forståelse af teorier og begreber fra fysik-ken og kemien. Området dækkerKlassifikation, egenskaber og forandringer ved stoffer og materialer, som indeholder stoffers tilstandsformer, skift mel-lem tilstandsformer og kendetegn herved, egenskaber ved forskellige stoffer (fx varmeledning og magnetisme) og klassificering på baggrund heraf samt kemiske forandringer, der kan genkendes fra hverdagen.

Former for energi og omdannelse af energi er ligeledes en del af

’Fysik/kemi’-området, og indbefatter identificering af både vedvarende og ikke vedvarende kilder til energi, lyd og lys, varme og simple elektriske systemer. Området tester forhold som elevernes evne til at genkende omsætning af energi fra en form til en anden, identificere, om et elektrisk kredsløb er sluttet, varmeledning, identificering af en energikilde og det at relatere kendte fysiske fænomener (fx skygger eller regnbuer) til lys.

Som led i området ’Fysik/kemi’ omhandlerKræfter og bevægelse grund-læggende mekanik. Kendskab til tyngdekraften, genkendelse af, at en kraft-påvirkning kan påvirke et objekts bevægelse, sammenligning af kraftpåvirk-ninger og kendskab til gnidningsmodstand er dele af området. Som led i det faglige område hører også kendskab til effekten af, at simple mekanismer som en løftestang, et gear eller en udveksling kan være med til at gøre en bevægelse lettere eller påvirke retningen af en påvirkende kraft.

’Biologi’ dækker evnen til at forstå og beskrive livsprocesser i mennesker, dyr og planter, deres indbyrdes interaktion samt sundhed og sygdom. Det udgør 45 procent af testen.

Egenskaber og livsprocesser for organismer omhandler emner som for-skelle mellem levende organismer og ikke-levende ting, ligesom det tester viden om, hvilke forhold der skal til for at opretholde liv (fx luft, vand, mad og et passende miljø), og evnen til at genkende og beskrive disse. Ligele-des er kategorisering af de større grupper af levende arter (insekter, fugle, fisk, reptiler, pattedyr, planter) en del af området i 4. klasse, ligesom skelnen mellem bløddyr, hvirveldyr og leddyr er det. Kendskab til større egenskaber eller kendetegn ved dyr og planter og deres funktion og betydning testes, såsom tænders evne til at knuse mad, lungers evne til at trække vejret og rødders evne til at optage vand og næringsstoffer fra jorden.

Livscyklus, reproduktion og arvelighed omhandler de forskellige faser i en livscyklus og almindelige faser i dyr og planters livscyklus, fx planters spiring, vækst og udvikling, reproduktion og frøspredning, og evnen til at genkende, sammenligne og kontrastere genkendelige planter og dyrs livs-cykler. Det testes, om eleverne kan genkende, at planter og dyr reproducerer

sig selv med egne artsfæller og herigennem får afkom med ensartede egen-skaber, og adskille egenegen-skaber, som skyldes arv (fx hårfarve eller øjenfarve) fra egenskaber, der ikke gør (fx et træs brækkede grene). Til denne del hø-rer også at kunne genkende og beskrive forskellige reproduktionsstrategier og deres betydning for, hvor stor en andel af artens afkom der forventes at overleve.

Indenfor det faglige område ’Biologi’ hører også viden omOrganismer, miljø og deres indbyrdes interaktion. Det dækker fysiske egenskaber, der hjælper levende organismer til at overleve i deres naturlige miljø, og at kunne forbinde disse egenskaber til konkrete planter og dyr og et omkring-liggende miljø (fx et dyrs farves betydning for muligheden for at kamuflere sig i et givent miljø, længden af et træs rødders betydning for at kunne trække vand op). Levende organismers tilpasning til miljøet og mulige reaktioner på ændringer i levevilkår, herunder menneskers reaktion på temperaturforandringer, fysisk udfoldelse og fare, ligesom menneskets påvirkning på miljøet hører ind under området i form af viden om fx luft- og vandforurening, og hvordan det kan påvirke mennesker og dyrs levevilkår.

Økosystemerer en del af det faglige område ’Biologi’, og der testes kend-skab til grundlæggende økosystemer som en skov, en sø og en græseng, li-gesom evnen til at placere kendte dyrearter i tilhørende økosystemer testes.

Det indbefatter viden om, at alle dyr og planter har brug for føde og energi for at kunne leve og reproducere sig, og basalt kendskab til fotosyntesens betydning for planter. Ligeledes indgår i områdetØkosystemerkendskab til simple fødekæder for kendte dyr og planter og de enkelte arters placering og betydning i denne kæde. Således er kendskab til rovdyr og deres bytte samt forskellige dyr og planters konkurrence om plads og føde i et økosystem en del af området.

Mennesker og helbreder det sidste område indenfor den biologiske del af testen i natur/teknologi. Det indbefattter viden om overførsel, forebyggelse og symptomer på smitsomme sygdomme (feber, hoste og maveonde), genkendelse og beskrivelse af almindelige metoder til forebyggelse af smit-somme sygdomme, såsom anvendelse af en vaccine, håndvask og isolation fra syge mennesker. Området indeholder viden om adfærd, der bidrager til opretholdelse af et godt helbred i form af at kunne beskrive forhold omkring madvaner, regelmæssig motion, tandbørstning og betydningen af søvn, samt at kunne identificere fødevarer, der indgår i en sund kost, såsom frugt, grønt og fuldkorn.

’Geografi’ dækker de sidste 20 procent af testen i natur/teknologi. Det dækker bredt over kendskabet til Jorden som bosted for mennesker og dyr samt dens placering i solsystemet. Dertil kommer fysiske egenskaber ved Jorden og dens observerbare forandringer og en forståelse af, hvorledes man undersøger, fortolker og drager konklusioner af forsøg inden for området.

Jordens fysiske karakteristika, ressourcer og historieomhandler viden om, at Jordens overflade er opbygget af et ulige forhold af vand og jord, og at Jor-den er omgivet af en atmosfære. Herunder også viJor-den om fersk- og saltvand og vandets kredsløb. Genkendelse af nogle af Jordens ressourcer, som an-vendes i hverdagen (fx vand, vind, olie og mineraler), og viden om betyd-ningen af anvendelse af vedvarende og ikke-vedvarende eller fornyelige res-sourcer testes. Der testes kendskab til, hvordan tiden, vind og vejr har været med til at forme Jorden, og at det er en fortsat igangværende proces, som sker meget langsomt, men er med til at skabe fx bjerge og dale. Viden om, at der kan findes spor af tidligere tiders liv i form af fossiler, og evnen til at lave simple deduktioner om Jordens forandring ud fra denne viden om tidligere liv på Jorden indgår i området.

Under området hører også viden om Jordens vejr og klimaer, som in-deholder at kunne knytte viden om ændringer i vands tilstandsformer til almindelige vejrfænomener som skydannelser, dug, fordampning af vand-pytter og sne, ligesom beskrivelser af, at vejrforhold kan være forskellige på forskellige geografiske lokationer og forandres over året.

Eleverne forventes at have viden om Jorden i solsystemet i form af ob-jekter i solsystemet og deres bevægelser, ligesom evnen til at beskrive solen som centrum for planeternes bevægelse omkring den er del af ’Geografi’.

Kendskab til månen som kredsende om Jorden, og at månen fremtræder forskelligt, afhængigt af hvornår på måneden man betragter den. Ligele-des er Jordens egen bevægelse i solsystemet del af området, med viden om, hvordan dag og nat er relateret til Jordens rotation om egen akse, og hvordan man kan påvise denne rotation ved at henvise til skyggernes forandringer over dagen, ligesom beskrivelse af årstiderne og deres relation til Jordens bevægelse om solen og forskelle heri for forskellige steder på Jorden er en del af det faglige område.

I det følgende beskrives de kognitive domæner indenfor na-tur/teknologi. De tre domæner, ’Viden’, ’Anvendelse’ og ’Ræsonnement’, har samme overskrifter som indenfor matematik og har også indenfor natur/teknologi en sammenhæng med, hvad det er for kognitive processer, eleverne forventes at engagere sig i i faget og i opgaveløsningen. Mens

de tre kognitive domæner kan virke hierarkiske i den forstand, at man skal vide, før man kan anvende og ræsonnere, så er der indenfor alle tre kognitive domæner opgaver i testen, der knytter sig til hele skalaen for opgavesværhed. Dog fylder de to første domæner, ’Viden’ og ’Anvendelse’, mere end det sidste, ’Ræsonnement’.

Domænet ’Viden’ udgør 40 procent af de kognitive opgaver i testen.

Dette domæne bedømmer elevernes kendskab til fakta, relationer, pro-cesser, udstyr, materialer og begreber. Korrekt og dybdegående kendskab til denne viden vurderes at være et grundlag for at kunne engagere sig i mere kognitivt komplekse aspekter af natur/teknologi. Domænet ’Viden’

indeholder evnen til atGenkalde og genkendefakta eller identificere disse ud fra oplysninger, relationer mellem forskellig viden og begreber såvel som at identificere egenskaber ved konkrete organismer, materialer og processer samt udstyr og procedurer til at arbejde med viden indenfor na-tur/teknologi. Til dette område hører også viden om terminologi, symboler, forkortelser, enheder og skalaer, der bruges i relation til natur/teknologi.

Ligeledes hørerBeskrivelse til domænet ’Viden’. Det omhandler evnen til at beskrive eller genkende beskrivelser af egenskaber, strukturer, funk-tioner, materialer og organismer samt relationer mellem disse og andre fæ-nomener. Ligeledes ses det som en del af domænet at kunne give passende Eksempler på forskellige organismer, materialer og lignende samt relatio-ner, processer og fænomener med relation til disse.

Domænet ’Anvendelse’ udgør ligeledes 40 procent af de kognitive ele-menter i testen. I dette område testes elevernes evne til at anvende viden om konkrete forhold, relationer, processer, begreber, udstyr, materialer og metoder i kontekster, som forventes at være genkendelige i forhold til de-res undervisning i natur/teknologi. Det handler om at kunneSammenligne, kontrastere og klassificereforskelle og ligheder mellem grupper af organis-mer, materialer eller processer ved at identificere og beskrive disse og at kunne gøre dette på baggrund af oplysninger om deres karakteristika og egenskaber.

Ligeledes indgår i domænet evnen til atRelatereviden om et underlig-gende natur/teknologi-begreb til en observeret eller udledt egenskab, ad-færd eller brug af objekter til materialer, objekter eller organismer. Ligele-des omhandler domænet anvendelsen afModellersåsom diagrammer til at demonstrere viden om naturvidenskabelige begreber, illustrere processer, cyklusser, relationer eller systemer eller til at finde løsninger på naturvi-denskabelige spørgsmål.

Domænet ’Anvendelse’ omhandler ligeledes brug af naturvidenskabelige begreber til fortolkning af information, i form tekster, tabeller, billedlig og grafisk information, såvel som evnen til atForklareen observation eller et naturfænomen ved brug af naturvidenskabelige begreber eller principper eller genkende en sådan ud fra begrebsbrugen heri.

Det sidste kognitive domæne er ’Ræsonnement’, der udgør 20 procent af natur/teknologi-testen i 4. klasse. Opgaver indenfor dette domæne kræver, at eleven anvender ræsonnementer til at analysere data eller anden infor-mation til at drage konklusioner og til at ekstrapolere deres forståelse og viden til nye situationer. Således involverer dette domæne, at elevernes vi-den anvendes invi-denfor områder, som er mindre kendte fra hverdagen eller undervisningen. Besvarelser indenfor dette domæne vil ofte have mere end en svarmulighed eller strategi og omhandler også udvikling af hypoteser og design af videnskabelige undersøgelser.

Indenfor domænet testes elevernes evne til atAnalyseregennem identi-fikation af et videnskabeligt problem og anvende relevant information, be-greber, viden om relationer og datamønstre til besvarelse af problemer. Syn-teseaf en række fakta eller begreber til besvarelse af et problem eller spørgs-mål ogFormulering af spørgsmål, hypoteser og forudsigelserpå baggrund af viden, ligesomDesign af undersøgelsertil besvarelse af naturvidenskabelige spørgsmål og hypoteser og genkendelse af veldesignede forsøg er en del af domænet.

Eleverne testes i deres evne til atEvaluerealternative forklaringer, vur-dere fordele og ulemper ved forskellige valg omkring undersøgelsesdesign og vurdere resultatet af en undersøgelse med henblik på dens datagrundlag til at svare på en problemstilling. Ligeledes testes evnen til atDrage konklu-sionerpå baggrund af observationer, evidens og forståelse af naturvidenska-belige begreber og teorier, som adresserer konkrete spørgsmål eller hypote-ser og demonstrerer forståelse af årsag og virkning. Ligeledes indgår evnen til atGeneralisereudover et konkret eksperiment eller konkrete kontekster og overføre en konklusion til en ny situation. Som en del af domænet hø-rer også atRetfærdiggørerimeligheden af forklaringer og løsninger på pro-blemer med udgangspunkt i naturvidenskabelige metoder og evidens samt konklusioner fra undersøgelser.