Projektbeskrivelse
Det praktiske og eksperimentelle arbejde i naturfagene
Et forsknings- og udviklingsprojekt
Februar 2000, revideret pr. 6 februar 2002

Projektbeskrivelsen som pdf-fil

1. Indledning
2. NORDLAB – Nordisk laboratorium for god praksis i matematik, naturfag og teknologi
1. Hvad er NORDLAB?
2. De nordiske projekter
3. NORDLAB-DK Det praktiske og eksperimentelle arbejde i natur fagene

1. Indledning

Nordisk Ministerråd har besluttet at stimulere udviklingen af undervisningen i matematik, naturfag og teknologi. Beslutningen udspringer af en konference afholdt i Bergen d. 23. – 24. september 1997. Den omhandlede de fælles problemer indenfor matematik, naturfag og teknologi. I forlængelse af denne konference har en nordisk projektgruppe udarbejdet et projekt for Nordisk Skolesamvirke (NSS). Projektet er NORDLAB, Nordisk laboratorium for god praksis i matematik, naturfag og teknologi.

En forudsætning for ministerrådets engagement er, at der også afsættes midler nationalt i de fem nordiske lande. De nationale midler skal anvendes til at udvikle indholdet i NORDLAB. Midlerne fra Nordisk Ministerråd skal anvendes til at gøre det nordiske samarbejde muligt. Derfor består NORDLAB af fem nationale projekter, hvor erfaringerne fra hvert projekt skal spredes også til de øvrige nordiske lande.

Projektet løber fra 1/1 2000 til 31/12 2001. Projektledelsen varetages af Göteborgs Universitet med professor Björn Andersson som koordinator i samarbejde med en nordisk projektledergruppe, der består af

Undervisningsministeriet har som en del af det nordiske projekt iværksat et forsknings- og udviklingsprojekt om det praktiske og eksperimentelle arbejde i naturfagene.

Denne projektbeskrivelse giver en kort introduktion til det nordiske projekt og de andre nordiske landes projekter samt en mere grundig gennemgang af det danske projekt.

Yderligere oplysning om det nordiske projekt findes på http://na-serv.did.gu.se/nord lab. Det danske projekt vil i løbet af foråret 2000 blive beskrevet på Internettet på adressen http://www.nordlab.u-net.dk.

2.1 Hvad er Nordlab?

Formålet med NORDLAB er frem for alt at give lærere i matematik, naturfag og teknologi redskaber og inspiration til at forbedre og forny deres undervisning. Målgruppen for projektet er lærere i grundskoler og de gymnasiale uddannelser samt undervisere på læreruddannelser og efteruddannelser. Det er derfor af stor betydning, at lærere involveres i projektet. Det kan fx ske gennem arbejdsgrupper og netværk, i hvilke der også indgår seminarielærere, pædagogiske konsulenter, forskere m.fl.

Udgangspunktet for NORDLAB er, at elever, lærerstuderende og lærere opfattes som aktive konstruktører af kundskaber og holdninger. De produkter, som bliver resultatet af NORDLABs arbejdsgrupper, skal medvirke til at stimulere udviklingen af undervisningen i matematik, naturfag og teknologi. Produkterne skal bidrage til øget bevidsthed og refleksion over egen praksis, samt inspirere til at prøve nye ideer. NORDLABs virksomhed og produkter skal derfor være anvendelige for den arbejdende lærer.

Projektgruppen for NORDLAB vil gerne nå ud til lærere, undervisere på uddannelser og efteruddannelser med nye ideer, med de seneste fagdidaktiske forskningsresultater og med den reflekterende praktikers erfaringer. Det gøres ved at skabe og afprøve såkaldte workshopmaterialer. Materialerne skal gøres tilgængelige for alle interesserede og skal kunne anvendes ved uddannelse af lærere, efteruddannelse, studiekredse, selvstudier osv.

Workshopmaterialer i forbindelse med det danske projekt kan være rapporter, undersøgelser og artikler som fx

I denne projektbeskrivelse findes yderligere eksempler på workshopmaterialer i forbindelse med det danske projekt.

De fem nordiske lande deltager med hvert deres projekt i NORDLAB. Projekterne er udvalgt på baggrund af de særlige kompetencer, der findes indenfor matematik, naturfag og teknologi i hvert af de enkelte lande. De fem delprojekter omtales her kun ganske kort. Yderligere beskrivelser af de nordiske projekter vil i løbet af foråret 2000 kunne findes på Internettet.

Det praktiske og eksperimentelle arbejde har traditionelt haft en central placering i den nordiske skoletradition. Men en lang række undersøgelser og artikler har stillet spørgsmålstegn ved, om skolens praksis svarer til intentionerne. Det danske delprojekt tager således udgangspunkt i, at der tilsyneladende mangler sammenhæng mellem intentionerne i det praktiske og eksperimentelle arbejde, praksis og elevernes faktiske læringsudbytte. Læs mere om det danske projekt senere i denne projektbeskrivelse.

Det svenske projekt tager udgangspunkt i den internationale forskning, der har kortlagt, hvordan elever i forskellige aldre tolker og forklarer naturvidenskabelige fænomener. Eleverne anvender sædvanligvis hverdagsforestillinger, som adskiller sig væsentligt fra de videnskabelige begreber og teorier, som er undervisningens indhold.

Forskningens resultater om elevers tænkning er kendt af en hel del naturvidenskabelige lærere, men er ikke gennemdiskuteret. Derfor er formålet med det svenske projekt at nå ud med forskningsresultaterne og med de nye ideer til lærerne på en sådan måde, at de inspireres til at videreudvikle deres undervisning.

Det finske projekt består af to dele. Det ene handler om erfaringer, forskningsresultater og nye ideer i forbindelse med anvendelsen af Internet i undervisningen med de forskellige aspekter som elektroniske netværk, diskussionfora, hjemmesider, databaser og andre ressourcer. Den anden del handler om brugen af moderne teknologi i skolelaboratoriet, fx dataopsamling, kraftfulde beregningprogrammer og matematisk modellering. Kreativ problemløsning er en vigtig undervisningsmetode i denne sammenhæng.

Det norske projekt tager udgangspunkt i et tidligere gennemført treårigt udviklingsprojekt på ungdomstrinnet. Formålet med projektet var at få belyst, hvordan eleverne kunne inddrages i læringsprocessen og i evalueringen, samt hvordan evaluering kunne støtte læringsprocessen, så den bliver betydningsfuld for alle elever.

I forlængelse af dette projekt inddrages nu to grundskoler med elever på mellemtrinnet, to grundskoler med elever på ungdomstrinnet, to videregående skoler, der modtager elever fra de ovennævnte grundskoler og to lærerhøjskoler.

Med denne konstruktion vil det være muligt at følge indlæringen i matematik gennem hele forløbet med særlig fokus på overgange mellem niveauer. Projektet kommer også til at vedrøre udvikling af nye prøveformer både til løbende evaluering og til de afsluttende prøver.

På Island findes en høj kompetence inden for vandkraft og geotermisk energi, og energispørgsmål debatteres lige nu meget intensivt i det islandske samfund. Det er meningen ikke alene at involvere grundskolelærere, men også energivirksomheder og deres kompetencer. Det islandske projekt knytter sig til STS-traditionen, hvor målet er at gøre den naturvidenskabelige undervisning mere relevant gennem at sætte naturfagsundervisningen i samfundsmæssig sammenhæng. Undervisningen handler ikke kun om energi som sådan, men også om hvad energi og energiproduktion betyder for menneske og samfund.

Der er to gennemgående temaer, som alle fem delprojekter skal forholde sig til - dels pige/drenge-problematikken, dels lærerrollen.

Det er kendt, at der er forskelle på drenges og pigers præstationer i matematik og naturvidenskab, og at piger i højere grad fravælger matematik og naturfag i de videregående uddannelser. De fem landes delprojekter giver mulighed for alsidigt at belyse problematikken og arbejde med mulige løsninger.

Lærerrollen handler i korthed om læreren som den reflekterende praktiker, som forsker i sit eget arbejde og som udvikler på sin egen skole. Formålet med NORDLAB er netop at bidrage til større bevidsthed og refleksion over egen praksis og inspiration til udvikling af undervisningen. Dette tema er naturligvis centralt for alle fem landes delprojekter.

Den nordiske projektledergruppe har foreslået det praktiske og eksperimentelle arbejde i naturfagene som det danske projekt. Det er der to årsager til.

For det første er det praktiske og eksperimentelle arbejde i naturfagsundervisningen gennem de senere år blevet problematiseret. Hvad lærer eleverne egentlig gennem det praktiske og eksperimentelle arbejde? Hvilken sammenhæng er der mellem eksperiment og teori? Er det nødvendigt med kostbare laboratorier eller særligt indrettede arbejdsområder i nedskæringstider? Osv.

For det andet har det praktiske og eksperimentelle arbejde specielt været til genstand for diskussion og undersøgelse i Danmark. Som eksempel kan nævnes en stor international konference på Danmarks Lærerhøjskole i København i maj 1998 med titlen: "Practical Work in Science Education – the Face of Science in Schools".1

Det praktiske og eksperimentelle arbejde i naturfagsundervisningen har en central placering i de nordiske skoletraditioner og har traditionelt været tillagt stor betydning for elevers læring i de naturvidenskabelige fag. Således lægger også de nordiske læseplaner afgørende vægt på denne del af den naturfaglige undervisning.

1 John Leach and Albert Chr. Paulsen (Eds.): Practical Work in Science Education – Recent Research Studies. Kluwer and Roskilde University Press. 1999
Kirsten Nielsen and Albert Christian Paulsen (Eds.):

Practical Work in Science Education – the Face of Science in Schools. 20 Contributions to the Conference. Copenhagen May 1998. Royal Danish School of Educational Studies 1999.

På alle trin af skoleuddannelserne og læreruddannelserne bliver betydningen af det praktiske og eksperimentelle arbejde fremhævet som et middel til at

Derudover fremhæves det ofte, at det praktiske og eksperimentelle arbejde giver eleverne indsigt i forholdet mellem teori og eksperiment og i, hvordan viden skabes i de naturvidenskabelige fag. Det udvikler elevernes evne til at ræsonnere og argumentere i forbindelse med forhold i deres omverden, som har et naturvidenskabeligt indhold, ligesom det udviklinger holdninger og sociale færdigheder, som følge af at arbejdet ofte forgår i grupper2.

Den betydning, der tillægges det praktiske og eksperimentelle arbejde, understreges f.eks. af, at afgangsprøven i fysik/kemi i den danske folkeskole består af en praktisk eksperimentel prøve.

Intentionerne i de nordiske læseplaner for den almene skole har især i løbet af det sidste årti bevæget sig fra et mere snævert naturfagligt hen imod et bredere alment, demokratisk og politisk dannende perspektiv. Virkelighedsnære problemer og temaer fra det daglige og samfundsmæssige liv, som har et naturfagligt indhold, spiller nu en større rolle i undervisningen. Det er derfor relevant at reflektere over og undersøge, hvilken rolle det praktiske og eksperimentelle arbejde spiller og skal spille som følge af denne udvikling. Disse refleksioner omfatter såvel et fagligt indhold som de naturfaglige færdigheder eller mere bredt, de kompetencer, som det er meningen, at eleverne gennem deres skoletid skal udvikle på vidensområder med et naturfagligt indhold.

De intentioner, som der ifølge læseplanerne er vedrørende læring og udvikling af kompetencer deles i vid udstrækning af lærerne i de naturvidenskabelige fag. Spørgsmålet er da, om skolens praksis svarer til intentionerne.

En lang række undersøgelser og artikler3 har således fremført, at især anvendelsen af de såkaldte "kogebogsforsøg" gør intentionen om autenticitet i forhold til videnskabsfagenes metoder særdeles problematisk. Denne praksis skaber et epistemologisk meget fortegnet billede af, hvordan teori og eksperiment hænger
sammen og af, hvordan naturvidenskabelig viden bliver til. Begge disse forhold er netop centrale for betydningen af det praktisk eksperimentelle arbejde.
For at give eleverne lejlighed til at få et indblik i et mere autentisk laboratoriearbejde er der de seneste år blevet arbejdet med begrebet eksternt laboratoriearbejde, forstået som fx deltagelse i eksperimentelle forløb udarbejdet i et samarbejde mellem gymnasielærere og medarbejdere i videnskabelige  institutioner og industrielle virksomheder. Videnskabsmuseerne spiller også en ikke ubetydelig rolle i denne udvikling.

Empiriske undersøgelser af det praktiske og eksperimentelle arbejde

En række undersøgelser, heriblandt også nordiske, har mere detaljeret belyst

       -    lærernes intentioner med undervisningen,
 -    omfanget af det praktiske og eksperimentelle arbejde,
-     hvordan det praktiske og eksperimentelle arbejde udføres og anvendes,
-    elevernes læring,
-    elevernes opfattelser af naturvidenskab, som det kommer til udtryk i det praktiske og    eksperimentelle arbejde. 

      Ud over disse undersøgelser har en ældre undersøgelse fra Aarhus Universitet (1983) eksamt en række ikke publicerede studenterprojekter behandlet det praktiske ogsperimentelle arbejde i skolen.

[2] Se f.eks. Hodson, D. (1996): Laboratory work and scientific method: Three decades of confusion and distortion. Journal of Curriculum Studies. 28. (2), 115-135.
[3] Se fx Jenkins, E.W. (1999): Practical Work in School Science – some Questions to be Answered. In: Leach, J. and Paulsen, A.C. (eds.)(1999): Practical Work in Science Education – Recent Research Studies. Kluwer Academic Publishers and Roskilde University Press.

Lærernes intentioner med det praktiske og eksperimentelle arbejde

Af  undersøgelserne fremgår det, at ikke blot læseplanerne, men også lærerne, synes at have alle de ovenfor nævnte intentioner med det praktiske og eksperimentelle arbejde.

Resultaterne af undersøgelserne peger således på, at det betragtes som særdeles væsentligt af både lærere og elever, og at aktiviteterne i det store og hele er vellidte blandt eleverne. Det gælder i ganske særlig grad de såkaldt åbne aktiviteter, som er kendetegnet ved at eleverne selvstændigt planlægger og udfører en praktisk eller eksperimentel aktivitet eller dele af en aktivitet.

Lærerne fremhæver især mål som
-         at forbinde teori og praksis
-         at anvende og udvikle begreber
-         at lære at arbejde naturvidenskabeligt
-         at lære at ræsonnere og argumentere
-         at lære praktiske færdigheder

Forholdet mellem intentioner og praksis

En række forhold ved det praktiske og eksperimentelle arbejde i den almindelige praksis i skolen må man imidlertid udfra en reflekterende konstruktivistisk betragtning med nogen ret karakterisere som en brist mellem intentioner og praksis.

Denne mangel på umiddelbar sammenhæng mellem intention og praksis har givetvis en række årsager. Disse årsager er imidlertid ikke undersøgt i et større omfang i forbindelse med de ovennævnte undersøgelser. Det må dog understreges at netop sådanne forhold, som laboratorieadgang, et presset pensum, tidspres, individuelle hensyn til én eller flere elever og meget andet, er en væsentlig del af naturfagslærerens hverdag og væsentlige faktorer for undervisningens ”dagsorden”[4].

Ved at sammenholde data fra undersøgelser, der rummer spørgeskemaer, interview og observation af undervisning, samt ved en analyse af lærebøger og vejledninger kan den uklare sammenhæng mellem intentioner og praksis beskrives nærmere og sammenfattes til følgende (vores sammenfatning):

-     Målene for den enkelte praktiske eller eksperimentelle aktivitet kommer ikke til udtryk. Selv om undersøgelserne viser, at læreren har en række generelle og ganske ambitiøse mål, så er den enkelte aktivitet ikke specifikt beskrevet i relation til disse mål. Målene kommer derfor heller ikke til udtryk overfor eleverne/de studerende.
  -  Det epistemologiske grundlag for det praktiske og eksperimentelle arbejde er uklart, idet der kun sjældent bliver redegjort for teorigrundlaget for det enkelte eksperiment og spurgt efter de forventninger, eleverne måtte have til eksperimentets udførsel og resultat på baggrund af teoretiske overvejelser. De ræsonnementer, som fører til et eksperiment eller en undersøgelse, bliver således sjældent gennemført.

[4] Donnelly, James F.(1998) ‘The Place of the Laboratory in Secondary Science Teaching. International Journal of Science Education, Volume 20, nr. 5, June 1998, side 585 – 596.

-       Eleverne får kun sjældent lejlighed til selvstændigt at planlægge et eksperiment, men får forelagt en trin for trin vejledning i planlægningen af eksperimentet.

-     De data, som eleverne ifølge den ofte foreskrevne planlægning har indsamlet og det deraf følgende resultat, bliver kun sjældent underkastet en ræsonnerende vurdering og diskussion.

-     Elevernes praktiske vanskeligheder med planlægning og anvendelse af apparatur skyldes at de mangler den teoretiske viden, som sjældent bliver gjort eksplicit.

-     Anvendelsen af IKT i den naturfaglige undervisning er svingende og i høj grad afhængig af ressourcer.

-      Evaluering af det praktiske arbejde sker ikke på baggrund af specifikke målrelaterede kriterier. I de skoleformer, hvor der udarbejdes en skriftlig rapport, vil det ofte udelukkende være den, der er grundlaget for evalueringen.

En beskrivelsesmodel for det praktiske og eksperimentelle arbejde

Som grundlag for en beskrivelse af undervisning og læring i det praktiske og eksperimentelle arbejde 
kan man tage udgangspunkt i forholdene mellem
-         intentionerne[5],
-         den intenderede, tilrettelagte praksis,
-         det eleverne faktisk gør og
-         det eleverne faktisk lærer

Se figur 1[6] på næste side.

Undervisningen kan da beskrives ved at analysere sammenhæng mellem undervisningens intentioner, den intenderede, tilrettelagt praksis, og elevernes/de studerendes faktiske aktivitet.
Tilsvarende kan elevernes læring beskrives ved at analysere sammenhæng  mellem intentionerne, elevernes faktiske aktivitet, og det eleverne/de studerende faktisk lærer.
En række væsentlige parametre har indflydelse på disse sammenhænge.

Det drejer sig i første række om lærernes og elevernes opfattelser
-         af læring
-         af undervisning
-         af naturvidenskab udfra et epistemologisk perspektiv
-         af skolefaget med et naturvidenskabeligt indhold af skoleforholdene og de praktiske muligheder 
for eksperimentelt arbejde.

Figur 1.   

Kvaliteten og effektiviteten af det praktiske og eksperimentelle arbejde

Effektiviteten af det praktiske og eksperimentelle arbejde kan ifølge disse overvejelser beskrives for 
såvel undervisningen som for  elevernes/de studerendes læring.

Kvaliteten og effektiviteten af læringen (se figur 1, effektivitet 1) beskrives som omfang, grad 
og art af sammenhæng mellem intentioner, den intenderede, tilrettelagte praksis og det 
eleverne faktisk lærer.  

 

[5] Der kan her afhængig af formålet med undersøgelsen være tale om læseplanernes og/eller lærerenes intentioner

[6] Efter: Millar, R. H., Le Maréchal, J-F, Tiberghien, A.(1999): ”Mapping the domain – varieties of practical work. Leach, J. and Paulsen, A.C. (eds.)(1999): Practical Work in Science Education – Recent Research Studies. Kluwer Academic Publishers and Roskilde University Press.

Efterår 2001
          Evt. etablering af nye arbejdsgrupper
          Fortsat bearbejdelse og revision af workshopmaterialer
          Endelig færdiggørelse og redigering af                        workshopmaterialer
          Udformning af bidrag til uddannelse og        videreuddannelse af lærere

Denne side blev senest opdateret 06-02-02. Siden vedligeholdes af Undervisningsministeriet