När man ska planera för undervisning är en god utgångspunkt att ta reda på hur elever funderar och resonerar kring det som ska undervisas. Här finns det mycket stöd att hitta i den didaktiska forskningen för den lärare som vill vara förberedd. Inom ramen för forskningsfältet naturvetenskapernas didaktik finns en mycket stor mängd studier som handlar just om hur elever förstår olika begrepp och modeller som utvecklats och används i naturvetenskapen. Detta gäller också astronomiområdet. Det finns även mycket forskning om astronomiundervisning, liksom om elevers intresse kopplat till området. All den här forskningen kan ge underlag för de didaktiska val som läraren behöver göra i samband med undervisning. Här ges en kort introduktion till den forskning som finns. För mer omfattande forskningsöversikter se Lelliott & Rollnick (2010) och Bailey (2004).
Vårt solsystem vanligast i studier om elevers föreställningar
Figur 1. Foto på jorden från ISS. (Bild: NASA)De studier som gjorts på elevers föreställningar på astronomiområdet handlar primärt om vårt eget solsystem och speciellt jorden. Det finns en stor mängd studier på både yngre och äldre elevers föreställningar om jorden och dess relation till solen och månen. Studier har bland annat fokuserat på elevers föreställningar av jordens form, dess plats i solsystemet, dag och natt, årstiderna och månens olika faser. Barn, men också äldre elever och vuxna, har ofta svårt att förklara mycket av detta. Fenomenen såsom årstiderna är något som elever redan i unga åldrar har direkta erfarenheter av, men de kan vara relativt komplicerade att beskriva naturvetenskapligt.
Resultaten från studier av elevers beskrivningar av olika fenomen visar att elever ofta förklarar fenomenen på sätt som skiljer sig från den naturvetenskapliga beskrivningen. Elevers beskrivningar kan vara relaterade till direkta missförstånd av tidigare naturvetenskaplig undervisning, men också till vardagsuttryck, vardagserfarenheter eller för dem kulturellt värdefulla föreställningar (till exempel om människans plats och roll i universum). Beroende av vilket av detta det rör sig om, kan olika förhållningssätt från lärarens sida vara lämpliga i undervisningen (2). Oavsett vilket det rör sig om behöver dock eleverna få syn på skillnader mellan de naturvetenskapliga beskrivningarna av fenomenen och de vardagliga eller kulturellt grundade föreställningarna. För en lätt tillgänglig översikt av resultaten från studier om olika fenomen kopplade till vårt solsystem se Andersson et al. (2003). I det materialet finns också uppgifter man på olika sätt kan använda i undervisningen.
Svårt se vårt solsystem som ett av många i universum
När det gäller studier av elevers föreställningar av universum mer storskaligt – utanför vårt egna solsystem – finns det betydligt mindre forskning gjord (Lelliott & Rollnick, 2010). Det finns dock en mindre mängd astronomididaktiska studier som fokuserar på stjärnor, solsystemet, storlek och avstånd, kosmologi (3) samt astrobiologi (4). Studier av elevers föreställningar om stjärnor visar till exempel att många barn inte uppfattar solen som en stjärna (Sharp, 1996) och att även äldre elever ofta föreställer sig solen som större än stjärnorna (Agan, 2004).
I en svensk studie låter Hansson & Redfors (2013) högstadieelever beskriva hur de tror att naturvetenskapliga forskare ser på ett antal olika frågor relaterade till astrobiologi. I studien beskriver de bland annat att ungefär var femte elev menar att forskare har uppfattningen att det inte existerar några objekt som liknar solen någon annanstans i universum. Ungefär lika många anser att forskares uppfattning är att det inte finns planeter utanför vårt solsystem, på andra platser i universum (5).
Många av de ovan refererade studierna visar, på olika sätt, hur svårt det är att föreställa sig saker som står beskrivet i läroböcker eller som läraren berättar om. Trumper (2000) visar till exempel att ca hälften av universitetsstuderande på en introduktionskurs i astronomi menar att det är längre från Jorden till Pluto, än från Jorden till stjärnorna. De studier som gjorts på kosmologiområdet har primärt undersökt hur elever beskriver Big Bang. Svenska studier visar att elever på högstadiet respektive på gymnasiet föreställer sig Big Bang på en rad olika sätt, till exempel kombinerar elever ofta Big Bang modellen med föreställningar om att universum alltid funnits (Hansson, 2007, Hansson & Redfors, 2013).
Det kan också vara bra att tänka på att kosmologi och i viss utsträckning också astronomi kan vara existentiellt laddade områden. Uppfattningar om jorden och eller solen som unika kan för vissa elever vara en del av deras världsbild - av deras förståelse av världen och mänsklighetens plats och roll (för mer om detta se Hansson (2007, 2012) och Hansson & Redfors (2013)). Detta kan bidra till fascinationen för området, men kan också, med en icke-respektfull attityd från lärarens sida, bidra till att elever vänder sig emot naturvetenskapen/fysiken.
Simuleringar och representationer kan underlätta lärande
Det är flera saker som utgör utmaningar vid lärande och undervisning kopplad till astronomiområdet. Det är till exempel mycket svårt att föreställa sig de avstånd och de tider det handlar om. Det är helt enkelt inget vi till vardags har erfarenhet av. Här kan man i undervisning ta hjälp av olika representationer, t.ex. bilder, diagram och simuleringar. Forskning har visat att bra simuleringar kan vara ett stöd i astronomiundervisningen. Till exempel finns många olika planetarieprogram som kan användas i undervisningen. Persson & Eriksson (2016) har gjort en beskrivning av olika planetarieprogram där de även ger exempel på uppgifter som kan användas i undervisningen. Även Nationellt resurscentrum för fysik (NRCF) har en kort beskrivning av olika planetarieprogram på sin hemsida (http://www2.fysik.org/resurser/astronomi/planetarieprogram/).
Det är dock inte självklart att eleven ser det läraren ser när man använder olika typer av simuleringar eller för den delen tittar på bilder eller diagram. I en svensk avhandling (Eriksson, 2014) har studenters uppfattningar om universums struktur studerats. Speciellt har studien fokuserat på vad studenterna (och deras lärare) urskiljer i en simuleringsvideo som beskriver en resa genom Vintergatan, där olika astronomiska objekt passeras. Det är stor skillnad på vad studenter och experter lägger märke till. Lärarens uppgift blir att identifiera vad eleverna lägger märke till och sedan stödja dem i en utveckling där de kan lära sig urskilja fler och fler saker som är väsentliga utifrån ett astronomiperspektiv.
Viktigt diskutera naturvetenskapens utgångspunkter
Ytterligare en svårighet har belysts i en annan svensk studie (Hansson, 2014) nämligen att elever (gymnasieelever i studien) inte alltid är medvetna om att naturvetenskapen/fysiken utgår från att universum är ordnat och likformigt. Att universum är ordnat och likformigt innebär att fysikaliska modeller som fungerar på jorden idag fungerar lika bra (eller lika dåligt) under alla tider och på alla platser i universum. Är man inte medveten om detta är det svårt att på ett meningsfullt sätt förstå till exempel slutsatser om fördelningen av grundämnen i en stjärna långt härifrån med utgångspunkt i observerade spektra (6).
Att naturvetenskapen/fysiken utgår från att universum är ordnat och likformigt är något som oftast tas för givet av såväl lärare som läroböcker, men detta är något som alltså inte nödvändigtvis tas för givet av eleverna. Att inom ramen för undervisningen diskutera vad fysiken/naturvetenskapen utgår från kan därför vara lämpligt.
Använd elevers intresse för universum i skolan
Som tidigare nämnts är universum något som på många sätt är tacksamt att arbeta med i skolan. Forskning visar att elever ofta är intresserade – speciellt av frågeställningar som inte riktigt har något svar, områden där forskning pågår just nu. ROSE-studien (Jidesjö, 2012) visar exempelvis att saker som ”Hur det känns att vara tyngdlös i världsrymden” och ”Möjligheten att det kan finnas liv utanför jorden” hamnar högt på elevernas intresselista (på plats 2 och 3 av 108 saker att ta ställning till). Ytterligare astronomirelaterade innehåll finns med på elevernas topp 20-lista.
Flera av de här ingångarna till astronomi kan också fungera som ingångar till fysik och naturvetenskap mer generellt. Frågor om liv i universum kan man med fördel belysa ur biologisk, kemisk och fysikalisk synvinkel. Det kan också bli ett sätt att belysa att gränserna mellan fysik, kemi och biologi inte är knivskarpa och oföränderliga, utan att det finns många forskningsområden där traditionellt skilda ämnen går in i varandra och att många olika kompetenser behövs. Detta kan exemplifieras med astrobiologi som idag är ett forskningsområde med egna konferenser och tidskrifter och som samlar forskare med olika disciplinära bakgrunder.
Diskussioner om världsbild och samhällsfrågor
Naturligtvis kan mycket undervisning om astronomi/kosmologi/astrobiologi ta sin utgångspunkt i ett nyfikenhetsintresse hon människor. Många elever tycker, som ROSE-studien visar, att det är intressant och fascinerande med de här frågorna. De har också många gånger en existentiell dimension, de knyter an till frågor som berör vår världsbild och vår egen plats och roll i universum. Detta är inte naturvetenskapliga frågor, men naturvetenskapen kan bidra med olika typer av perspektiv och på så sätt influera vår världsbild (se också ovan). Naturvetenskap och världsbild behandlas också i skolans kurs- och ämnesplaner.
En annan infallsvinkel är att fundera över är vad vi faktiskt, som mänsklighet, bör ta reda på och försöka åstadkomma. Ska vi söka efter liv i universum? Och ska vi försöka göra om Mars till en plats där människor kan bo i framtiden? (Hansson, Redfors & Rosberg, 2011). Detta är frågor som inte har naturvetenskapliga svar, utan rymmer många olika aspekter (däribland etiska och ekonomiska). Med utgångspunkt i sådana frågor kan man arbeta med astronomirelaterat innehåll utifrån en fråga vi kan ta ställning till som samhällsmedborgare. Eleverna kan då få arbeta med samhällsfrågor, argumentation och ställningstagande med utgångspunkt i frågor där astrobiologisk kunskap är relevant (Hansson, Redfors & Rosberg, 2011). Detta kan vara ett annat sätt att närma sig astronomin, men också många andra naturvetenskapliga områden.
Fritt tillgängliga referenser:
Agan, L. (2004). Stellar ideas: exploring students’ understanding of stars. Astronomy Education Review, 3(1), 77–97. (Länk till fulltext)
Andersson et al. (2003). Att förstå naturen - från vardagsbegrepp till fysik, sex "workshops". I Ämnesdidaktik i praktiken: nya vägar för undervisning i naturvetenskap. Göteborgs Universitet. (Länk till fulltext)
Bailey, J. M., & Slater, T. F. (2003). A review of astronomy education research. Astronomy Education Review, 2(2), 20-45. (Länk till fulltext)
Eriksson, U. (2014). Reading the Sky: From Starspots to Spotting Stars. (Doktorsavhandling). Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis. (Länk till fulltext)
Hansson, L. (2007). ”Enligt fysiken eller enligt mig själv?” – Gymnasieelever, fysiken och grundantaganden om världen. Studies in Science and Technology Education, 13. (Doktorsavhandling). Linköping University. (Länk till fulltext)
Jidesjö, A. (2012). En problematisering av ungdomars intresse för naturvetenskap och teknik i skola och samhälle – Innehåll, medierna och utbildningens funktion. (Doktorsavhandling), Linköping University. (Länk till fulltext)
Skolverket (2011a). Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011.
Skolverket (2011b). Ämnesplan Fysik.
Övriga referenser:
Aikenhead, G. S. (2006). Science Education for Everyday Life. Evidence-Based Practice. Teachers College Press.
Hansson, L. (2012). Elever, världsbild och naturvetenskap. I Strömdahl, H & Tibell L. (red.) Skola och naturvetenskap – politik, praktik, problematik i belysning av ämnesdidaktisk forskning. Studentlitteratur.
Hansson, L. (2014). Students’ Views Concerning Worldview Presuppositions Underpinning Science: Is the World Really Ordered, Uniform, and Comprehensible? Science Education, 98(5), 743-765. (Länk till sammanfattning)
Hansson, L. & Redfors, A. (2013). Lower secondary students’ views in astrobiology. Research in science education, 43(5), 1957-1978. (Länk till sammanfattning)
Hansson, L., Redfors, A., & Rosberg, M. (2011). Students’ socio-scientific reasoning in an astrobiological context—the design and implementation of a digital learning environment. Journal of Science Education and Technology, 20, 388–402. (Länk till sammanfattning)
Lelliott, A., & Rollnick, M. (2010). Big Ideas: a review of astronomy education research 1974–2008. International Journal of Science Education, 32(13), 1771–1799. (Länk till sammanfattning)
Persson, J. & Eriksson, U. (2016). Planetarium software in the classroom. Physics Education, 51(2). (Länk till sammanfattning)
Sharp, J. G. (1996). Children’s astronomical beliefs: a preliminary study of Year 6 children in south-west England. International Journal of Science Education, 18(6), 685–712. (Länk till sammanfattning)
Sjøberg, S. (2010). Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik. (3., rev. uppl.) Lund: Studentlitteratur.
Trumper, R. (2000). University students' conceptions of basic astronomy concepts. Physics Education, 35(1), 9-15. (Länk till sammanfattning)
1 I skolans kurs- och ämnesplaner för fysik finns centralt innehåll som har med astronomi och kosmologi att göra (Skolverket, 2011a, b).
2 I litteraturen diskuteras olika förhållningssätt såsom att utmana elevernas föreställningar för att få dem att ersätta dem genom att på olika sätt visa på motsägelser till exempel i förhållande till observationer man gör i klassrummet. Det kan också handla om att lära eleverna pendla mellan vardagsspråk och vetenskapligt språk (de behöver inte sluta prata om sin varma tröja till vardags, utan istället öka sin repertoar av olika sätt att tala). Ytterligare ett sätt är att se lärarens roll som turistguidens. Läraren guidar eleverna i en främmande kultur (”cross-cultural” undervisning (Aikenhead (2006)) med specifika värderingar och synsätt. Lärarens roll är att peka på likheter och skillnader jämfört med andra av eleven kända kulturer. Eleven kanske väljer att ta till sig en del av det nya (till exempel byter eller modifierar synsätt hen har), men annat väljer eleven att inte ta till sig. Detta val är upp till eleven och det primära målet med undervisningen blir inte att eleven ska byta synsätt utan målet blir ”bara” att eleven ska förstå naturvetenskapens sätt att se på världen (modeller och teorier). Sjöberg (2010) beskriver olika sätt att se på elevers föreställningar. För en kortfattad beskrivning av hur man kan förstå ”cross-cultural” undervisning, se Sjöberg (2010) och Hansson (2012). För en mer utförlig beskrivning se Aikenhead (2006).
3 Kosmologi handlar om universums storskaliga uppkomst, utveckling och nuvarande struktur. Se till exempel http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/kosmologi för en kortfattad beskrivning av kosmologi som forskningsområde.
4 Astrobiologi har under de senaste årtiondena utvecklats till ett forskningsfält som samlar forskare med bakgrund i olika discipliner. En övergripande fråga för forskningsfältet är huruvida det finns liv utanför Jorden. Man försöker därför studera villkor för liv på jorden, hur livet kan ha börjat här och man försöker hitta planeter som på olika sätt liknar jorden. Se till exempel http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/astrobiologi för en kortfattad beskrivning av astrobiologi.
5 Idag har forskare hittat över 2000 exoplaneter (planeter som kretsar runt andra stjärnor än solen) och antalet ökar mycket snabbt.
6 Se till exempel http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/astronomiska-instrument för en beskrivning av hur man genom att studera ljuset från en stjärna drar slutsatser om dess sammansättning.
Lena Hansson
lena.hansson@hkr.se
Publicerat 20160517