Del I Fagligt indhold
6 Eksperimentelt arbejde
6.3 Det eksperimentelle arbejde set med elevøjne
Dokumentationen til dette afsnit består af spørgeskemaundersøgelsen, selvevalueringsrapporterne og samtalerne på skolebesøgene.
I spørgeskemaundersøgelse er eleverne blevet bedt om at angive deres interesse for forskellige dele af fysikundervisningen, herunder for det eksperimentelle arbejde. Elevernes svar fremgår af nedenstående tabel.
Tabel 5.1 Drenges og piger interesse for eksperimentelt arbejde (Angivet i %)
Stor interesse En vis interesse Begrænset interesse Ingen interesse Ved ikke
Dreng 41 46 11 2 0
Pige 41 45 12 1 0
Kilde: PLS-rapport
Som det fremgår af tabellen, så er eleverne meget interesserede i det eksperimentelle arbejde.
Faktisk er det dét aspekt ved faget der har elevernes absolut største interesse.15 Samtidig er der stort set ingen forskel på drenges og pigers interesse for dette område i faget.
Både selvevalueringsrapporterne og samtalerne på besøgene bekræfter billedet fra
spørgeskemaundersøgelsen. Men her har eleverne også haft mulighed for at uddybe hvornår de oplever det eksperimentelle arbejde som særligt sjovt, spændende og udviklende, og hvornår det er knap så godt. Nedenfor følger først elevernes bud på det eksperimentelle arbejde når det er godt, og derefter når de oplever det som mindre godt. Afslutningsvis følger et afsnit om hvad eleverne selv oplever at lære ved det eksperimentelle arbejde.
Når eksperimentelt arbejde er godt
I fortællingerne om det positive ved fysikfaget har eleverne bl.a. skrevet om alt dét der gør det eksperimentelle arbejde sjovt, spændende og lærerigt. Generelt fremhæver eleverne en række forskellige ting der er med til at gøre det eksperimentelle arbejde til noget de godt kan lide:
• Eksperimenter letter forståelsen af det teoretiske stof. Mange elever lægger vægt på at det er med til at afmystificere formler mm. når man kan se det fysiske fænomen i en praktisk og konkret sammenhæng.
• Eksperimenter kan være en sjov og overraskende indfaldsvinkel til faget
• Man er selv aktiv som elev
• Det stiller krav om selvstændighed
• Man får mulighed for at arbejde tæt sammen med de andre i klassen
• Man kan bruge den viden man får gennem eksperimenter i livet uden for gymnasiet
• Det er med til at give en afvekslende undervisning.
Først og fremmest peger mange elever på at det har stor betydning at de får lov til at være aktive;
at de selv får lov til at prøve sig frem. Det er positivt ”at eleverne selv er med i hele processen med at stille forsøgene op, selvom det kræver tid giver dette en bedre forståelse af forsøget og
forbereder eleven til en evt. eksamenssituation”. Og: ”Det er motiverende, at man i forsøgene selv får lov til at finde ud af, hvordan man vil foretage de forskellige målinger”. Eleverne er ofte meget entusiastiske når de udtrykker sig om eksperimentelt arbejde som det fx fremgår af følgende citat:
”Forsøgene er altid spændende, da vi kan få lov til at selv at ”lege” med den praktiske fysik efter
”pille-rode-rage-princippet” og selv iagttage, hvad der sker under processen. Dette gør nok også, at man er mere engageret i, hvad det er der foregår”.
I en del selvevalueringsrapporter beskriver eleverne lidt mere præcist hvad de anser som en god fremgangsmåde ved eksperimentelt arbejde. Det handler bl.a. om at de bliver hjulpet på vej, men uden at muligheden for at arbejde mere selvstændigt tages fra dem: ”Eksperimentalfysik er mest spændende, hvis man først møder et nyt instrument i en bunden opgave, for derefter at få mulighed for selv at eksperimentere og afprøve instrumentet”. Og det er godt ”når læreren først viser et forsøg i relation til opgaven, hvorefter vi, som elever, selv arbejder videre med et andet forsøg inden for det givne område”.
Mange elever vurderer åbne eksperimenter som de mest spændende. I en samtale på et
skolebesøg blev der sagt følgende: ”I de mere åbne forsøg, hvor man ikke kender resultatet, bliver der snakket meget mere om forsøget i klassen, og fejlkilder osv. diskuteres. Det virker også mere videnskabeligt, hvis man konkluderer på baggrund af et forsøg i stedet for teori. Det giver også mulighed for at se hvor mange forskellige resultater et forsøg egentlig kan munde ud i; det er fedt at nå frem til et resultat selv”. I en del selvevalueringsrapporter understreges det dog at
opfattelsen af hvor selvstændigt eleverne gerne vil udføre forsøgene, ændrer sig gennem
gymnasietiden. I samtalerne på besøgene blev det også bekræftet at mange 1.g’ere gerne vil have nogle forholdsvis lukkede forsøg med meget detaljerede vejledninger.
Når eksperimentelt arbejde er mindre godt
Eleverne har en række holdninger til hvad der gør eksperimentelt arbejde knap så sjovt,
spændende og lærerigt. Det er i høj grad de samme ting der går igen i selvevalueringsrapporterne.
• Når læreren fylder for meget eller for lidt
Som det også fremgår af afsnittet ovenfor, så lægger eleverne meget vægt på at de selv får lov til at få fingrene i det eksperimentelle arbejde. Derfor opfatter de det som kedeligt, hvis læreren stort set ikke lader eleverne gøre noget selv. Men samtidig lægger de også vægt på at de ikke magter at blive overladt for meget til sig selv. Som det udtrykkes i en rapport, så er det ikke godt ”når læreren enten overlader eleverne helt til sig selv, eller gør det hele for dem”.
• Når teori og formål ikke er på plads
Mange elever fremhæver at de oplever det som frustrerende hvis der ikke er sket en tilstrækkelig gennemgang af teorien inden de skal udføre et forsøg. Det ser ud til at det for en del elever er meget væsentligt at de har styr på det teoretiske grundlag for forsøget for at det eksperimentelle arbejde opleves som sjovt og som en succes. ”Ofte er det sådan, at man ikke har fået teorien bag forsøget ordentligt forklaret, inden man går i gang med forsøget og dette gør det uoverskueligt”.
I forlængelse af det er en anden selvevalueringsrapport inde på at det er teorien der opleves som det svære: ”Lærerne er ofte for hurtige i deres undervisning, hvilket medfører at eleverne ikke forstår stoffet, når de skal til at lave forsøgene. Forsøgene er ikke svære, det er indlæringen forud for forsøgene, som er problematisk”.
• Kogebogsforsøg
Eleverne er generelt meget opmærksomme på at det eksperimentelle arbejde skal give mening i form af at man faktisk skal tænke sig om, og at man skal bruge sin viden for at kunne udføre det.
”Mange forsøg er opskriftsforsøg, som man sagtens kan udføre uden at forstå det
bagvedliggende stof”. Og lidt stærkere udtrykt: ”Når man laver forsøgene slår man ofte hjernen fra og følger fremgangsmåden, som man har fået udleveret, slavisk. Engagementet og
koncentrationen ryger derfor helt, og til sidst står man så tilbage med nogle forsøgsresultater, som man helt har glemt hvordan man kom frem til, og som man ikke ved, hvad man skal bruge til”.
• Manglende udstyr
Mange elever peger på at manglende eller for gammelt udstyr kan være en årsag til at det eksperimentelle arbejde ikke giver stort nok udbytte. Eleverne fremhæver to ting der virker forstyrrende: For det første medfører for dårligt udstyr for mange fejlkilder og dermed for stort et tidsforbrug. For det andet mener eleverne at der skal være udstyr nok til at alle kan lave det samme forsøg på én gang, dvs. at der skal være mulighed for ligefrontsøvelser.
• Manglende tid
Eleverne peger også på at manglende tid kan være et problem i forhold til det eksperimentelle arbejde. I en selvevalueringsrapport giver eleverne udtryk for at det er frustrerende at læreren ikke
altid kan nå at hjælpe alle elever i forbindelse med forsøg der skal resultere i en rapport. I en anden rapport mener eleverne at dette problem kunne løses ved at alt eksperimentelt arbejde blev udført i delhold.
Visioner om eksperimentelt arbejde
Elevernes visioner om det eksperimentelle arbejde ligger selvfølgelig meget tæt op ad de ting de trækker frem i deres positive fortællinger. Herudover er der et generelt ønske om at have mere eksperimentelt arbejde og især om indimellem at kunne lave forsøg uden at det skal resultere i en rapport. Ellers handler visionerne meget om inddragelsen af eleverne og om deres mulighed for at tænke selvstændigt. ”Fysik kunne blive mere udfordrende, hvis eleverne under både lærer- og elevforsøg i højere grad blev inddraget og selv skulle finde frem til svarene/løsningerne inden læreren gav det korrekte facit. Dette skulle selvfølgelig foregå knap så avanceret, så eleverne lærer at tænke fysisk, og ikke bare gøre alting slavisk”.
Hvad lærer man af eksperimentelt arbejde?
Eleverne er i kraft af den åbne form i fortællingerne ikke blevet spurgt direkte om hvad de lærer af eksperimentelt arbejde. Derfor er det selvfølgelig heller ikke alle elever der har været omkring spørgsmålet i deres selvevalueringsrapporter, men en del elever har et direkte eller indirekte bud på det.
En del udsagn handler om dét der også er nævnt tidligere, at eleverne oplever at det
eksperimentelle arbejde giver dem en bedre forståelse af den teoretiske fysik. Nogle er også inde på at udførelsen af forsøg giver nogle færdigheder i sig selv; at man efterhånden opnår en rutine der kan bruges senere. I en selvevalueringsrapport beskriver eleverne nærmere hvad de oplever at lære gennem det eksperimentelle arbejde. ”Ved hjælp af forsøgene og de erfaringer vi tilegner os, bliver vi udfordret til at tage stilling til den overleverede viden vi har fået gennem undervisningen.
Vi må forholde os kritisk og tænke logisk og derigennem drage vore konklusioner”.
6.4 Sammenfatning
Både lærere og elever ser det eksperimentelle arbejde som en meget central del af fysikfaget.
Ifølge lærernes beskrivelse skal eleverne i forbindelse med det eksperimentelle arbejde udvikle en forståelse for den naturvidenskabelige arbejdsmetode - fra praktisk laboratorieadfærd til metodisk refleksion. Det er helt i tråd med bekendtgørelsen. Den væsentligste problemstilling i
dokumentationsmaterialet er forholdet mellem åbne og lukkede forsøg. Lærerne har meget forskellig praksis og forskellige holdninger til dette. På samme måde er elevernes vurderinger af åbne og lukkede forsøg heller ikke helt entydig. En stor gruppe elever synes at det både er mest spændende og lærerigt at arbejde med de åbne forsøg. Men mange elever giver også udtryk for
at det i hvert fald i starten føles mest trygt med lukkede forsøg. Lærerne tør i mange tilfælde ikke at lægge forsøgene alt for åbent an fordi eleverne skal bruge nogle vellykkede forsøgsrapporter til eksamen.
Fra elevernes side rejses der endvidere et ønske om at kunne udføre forsøg i delhold fordi de oplever et stort behov for at kunne få vejledning fra læreren undervejs.
Det eksperimentelle arbejde bruges også til at formidle indholdet i kernestoffet. Det er et
gennemgående træk i elevernes udsagn der ofte handler om at forsøgene letter forståelsen af det teoretiske stof.
6.5 Konklusion og anbefalinger
Det er evalueringsgruppens opfattelse at det eksperimentelle arbejde både i læreres og elevers bevidsthed er et meget stort aktiv i fysikundervisningen. Det giver mange forskellige muligheder for at skabe variation, for selvstændigt arbejde, for at belyse stoffet fra flere vinkler og for at lære en naturvidenskabelig arbejdsmetode.
Det er endvidere evalueringsgruppens opfattelse at en del af det uafklarede forhold der er til især åbne forsøg, skyldes at der i undervisningen er et lidt uklart forhold mellem eksperimentelt arbejde som naturvidenskabelig metode og eksperimentelt arbejde som formidling af kernestoffet. Det siger sig selv at hvis eleverne skal lære kernestoffet bl.a. gennem forsøgene, så kan de ikke samtidig være meget åbne og have en karakter hvor man måske nok lærer meget af processen, men ikke får ”resultatet”. Dette forstærkes yderligere af at eleverne rent faktisk får brug for en vellykket forsøgsrapport til eksamen. Når en del af eleverne udtrykker at de helst vil have teorien før eksperimentet og gerne vil have en udførlig vejledning, så er det også værd at se det i lyset af det dobbelte formål som det eksperimentelle arbejde har. Hvis eleverne ikke er helt klar over om formålet er at lære et fagligt indhold (kernestof), eller om formålet er at lære at arbejde
eksperimentelt med en åben problemstilling, så vil nogle elever blive usikre på arbejdet. Og i forlængelse af det vil en del nok foretrække lukkede forsøg for tryghedens skyld. Der er ikke tvivl om at fysiklærerne altid kommunikerer det indholdsmæssige (faglige) formål med forsøget til eleverne, men der er meget der tyder på at lærerne ikke er lige så opmærksomme på at gøre et evt. pædagogisk formål klart. Hvis det var tilfældet, kunne man måske få flere autentiske naturvidenskabelige arbejdsformer ind i undervisningen. Der skal være forskellige succeskriterier for forsøg hvor eleverne fx tilegner sig færdigheder i at anvende forskellige apparater og
måleteknikker, tilegner sig erfaringer med forskellige bearbejdningsmetoder, tilegner sig erfaringer med selv at styre undersøgelsesprocessen eller tilegner sig forskellige måder at bruge teorier og modeller på.
Det er evalueringsgruppens vurdering at et godt udbytte af de forskellige typer af forsøg der er beskrevet ovenfor, kræver at læreren har mulighed for at vejlede alle elever undervejs.
Anbefalinger
Evalueringsgruppen anbefaler at fysiklærerne arbejder mere bevidst med en skelnen mellem forsøg der har til formål at formidle kernestoffet, og forsøg der har til formål at udvikle elevernes evne til at arbejde eksperimentelt og naturvidenskabeligt. I den forbindelse er det meget vigtigt at forsøgsvejledninger ikke kun har et emnemæssigt fagligt formål, men også et pædagogisk formål der tydeligt kommunikeres til eleverne.
Evalueringsgruppen anbefaler skolernes ledelse at tage ansvar for tilrettelæggelsen af det eksperimentelle arbejde, specielt det længerevarende, enten i form af dele-hold eller to-lærerordning for at undgå at en enkelt lærer skal vejlede en hel klasse på én gang.
Evalueringsgruppen finder det vigtigt at det eksperimentelle arbejde fortsat indgår i eksamen. Men bestræbelserne på at give eleverne ”lige vilkår” ved eksamen ser ud til at uniformere det
eksperimentelle arbejde i for høj grad. Eksamen bliver med andre ord styrende i uhensigtsmæssig grad. På skolerne og i ministeriet bør man overveje andre måder hvorpå det eksperimentelle arbejde kan inddrages i eksamen og iværksætte forsøg hermed.
7 Anvendelse af IT
Dette kapitel handler om IT i fysikundervisningen med fokus på hvilken betydning anvendelsen af IT har for elevernes fysikforståelse. Kapitlet indeholder først et afsnit om fysiklærernes beskrivelse af hvordan IT indgår i undervisningen, og hvilken betydning det har. Derefter følger et afsnit om elevernes beskrivelse og vurdering af IT i undervisningen.
I bekendtgørelsen for fysik er der krav om at IT skal inddrages i forbindelse med det
eksperimentelle arbejde hvor eleverne skal kunne anvende ”edb-udstyr til dataopsamling og dataanalyse”. (Gymnasiebekendtgørelsen bilag 14 FYSIK stk. 2.2) Det er et generelt krav i Gymnasiebekendtgørelsen at alle fag skal inddrage informations- og kommunikationsteknologi (IT). Fysik er et fag hvor det i meget høj grad er muligt at inddrage IT på mange forskellige måder – også ud over brug af tekstbehandling, regneark og Internet som formodentlig indgår i andre fag. Og særligt i forhold til det eksperimentelle arbejde ligger der et meget stort potentiale for anvendelse af IT.
Dokumentationen til dette kapitel bygger på læreres og elevers selvevalueringsrapporter og på samtalerne på skolebesøgene.
IT-udstyr til fysik
Grundlæggende kan man dele IT-udstyret op i to kategorier:
• Dataopsamlingsudstyr der kan forbindes med PC eller regnemaskine (datalogger)
Det er udstyr der omsætter forskellige måleinstrumenter til digitalform og gør det muligt at lagre dem på en PC eller på en regnemaskine og bearbejde data fx i et regneark
eller tegne grafer.
• Programmer mv. der kan bruges til at undersøge forskellige fysiske fænomener.
Det kan være specialprogrammer der simulerer forskellige fænomener, fx stjernernes positioner til forskellige tider, planeternes bevægelse osv. Programmer hvor man kan samle optiske systemer (linser, prismer mm.) eller elektriske kredsløb. Det kan være temmelig omfattende materiale på CD-rom, som fx ”Fysikkens Facetter”, der indeholder både små forsøg mere eller mindre bearbejde data, projektidéer mm.
Det kan også være programmer som FPRO hvor man i høj grad selv kan programmere simuleringer af bestemte fysiske bevægelser, fx en hoppende bold, et kast, væksten i en bakteriekultur mm. Efterhånden er der på nettet dukket en række steder op hvor man kan lave virtuelle forsøg (de såkaldte JAVA-applets), det er typisk enkle forsøg hvor man arbejder mere visuelt end i simuleringerne med fx FPRO.
Ud over disse to særlige typer fagprogrammer kan IT også bruges på andre måder i
undervisningen. Først og fremmest kan man søge oplysninger på nettet om bestemte emner (Mars-forskning, elementarpartikler, jordskælv osv.). Med udgangspunkt i fysikrelevante
startsteder som fx Fysiklærerforenings hjemmeside, Gammas hjemmeside eller anden hjemmeside kan man hurtigt finde noget relevant materiale om et emne. Derudover kan IT naturligvis
anvendes i forbindelse med rapportskrivning, opgaveaflevering osv., hvor der flere steder også laves forsøg med elektronisk aflevering.