Hvordan kan fysik/kemi-læreren bruge engineering i folkeskolens 9. klasse? Og på hvilke måder kan kreative processer potentielt understøtte elevens alsidige udvikling og tilegnelse af naturvidenskabelig forståelse i et forløb i fysik/kemi, spørger David Bødker Ipsen og Klaus Ringgaard Petersen i deres professionsbachelorprojekt fra læreruddannelsen i Nørre Nissum ved professionshøjskolen Via UC.

"Afdækning af feltet kalder på en undersøgelse med to interviewtyper, der kan bringe os til erkendelse om læreres og forskeres oplevelse af fænomenet engineering i en skolekontekst. Ved hjælp af triangulering af feltet indhentes praksisnær forståelse fra lærere, en distanceret forsknings- og begrebsmæssig forståelse fra teoretiske perspektiver og en praksisnær forsknings- og teoretisk forståelse fra forskerinterviews for at få afdækket en bred forståelse af feltet og fænomener knyttet til undersøgelsesspørgsmålet", skriver Klaus Ringgaard og David Bødker.

Gennem samtaler med bachelor-vejledere, praktiklærer og informanter fandt de relevante personer, der kunne bidrage med empiri til projektet, fortæller de.

"Forud for empiriindsamling afprøvede vi interviewguiden og rollefordelingen mellem os i interviewsituationen med et pilotinterview med to lærere på mellemtrinnet, som arbejder med designprocesser i håndværk og design. Undervejs i interviewet blev vi henvist til et lærerteam, der var involveret i forskningsprojektet 'Engineering i Skolen', EiS. De to lærere er i gang med at uddanne sig til engineerings-konsulenter, og har herigennem relationer til den ene af de to forskere i projektet, som vi derved fik kontakt til", fortæller de.

En tredje lærer blev valgt, fordi hun var deltagende observatør i engineering undervisningsforløbet 'Lodrette haver' i en 9. klasse. Projektets fjerde lærer kom med, fordi hun har lang praksiserfaring med netop engineering i folkeskolen og blandt andet har kørt forløb om emnet rent drikkevand og lodrette haver.

Mens de indsamlede data havde Klaus Ringgaard og David Bødker fokus på følgende punkter, fortæller de: læreruddannet, underviser i udskolingen i fysik/kemi eller andre naturfag, bredde i undervisningserfaring: fra 3 til 25 år, kendskab til engineering og designundervisning, flere skoler i forskellige kommuner og lærere med alder fra 34 til 48 år.

Forskerne Martin Sillasen og Peer Daugbjerg, der begge er ansat på Via UC ved forskningscentre for henholdsvis "pædagogik og dannelse" og "pædagogik og medborgerskab", har bidraget til empirien gennem individuelle interviews.

"De har begge leveret betydningsfulde bidrag til national forskning i naturfagsdidaktik og til engineering i skolen og deltager aktivt i forskningsprojektet EiS, som vores forforståelse er præget af, og som præger den lokale kontekst, undersøgelsen er foretaget i", fortæller Klaus Ringgaard og David Bødker.

Systematisk og videnbaseret problemløsning

For at operationalisere begrebet engineering, præsenterer og bruger de kun én af mange forståelser fra dansk forskning EiS: "Engineering er en systematisk og videnbaseret problemløsning".

"Vores valg af denne forståelse skyldes, at vores empiri også er indsamlet i en dansk skolekontekst. Tilnærmelsen af engineering-begrebet i dansk sammenhæng er lavet på baggrund af litteratursøgning på danske indsatser, hvor vi fandt at begrebet blev afprøvet og behandlet i forskning, og dertil indskærpet i EiS", skriver de.

Kreativitet = nyhed + værdi

Et andet vigtigt begreb i projektet er kreativitet. Og det er et komplekst fænomen, siger de:

"Vi ser pragmatisk på kreativitet i spænding mellem en kognitiv og sociokulturel forståelse, hvorved vi anerkender, at kreativitet både påvirkes af individets erkendelse og af den sociale kontekst, hvor samarbejde foregår. Kreativitet som fænomen opstår på flere niveauer og i mødet mellem enkeltpersoner; i interpersonelle interaktioner og i en problemløsende gruppe".

De benytter ikke den naturlige problemløsningsproces, som er kreativ, men 'kreativitet som understøttende læreproces i engineering", understreges det.

For at gøre spændingsfeltet mere operationaliserbart bruger de Mihaly Csikszentmihalyis forståelse: kreativitet = nyhed + værdi.

"Kreativitet er altså dels en værdi forankret i en social kontekst dels noget nyt frembragt gennem åben og dyb tænkning. Tilblivelse af kreativitet er i Csikszentmihalyis tænkning betinget først af overlevelse og dernæst for at imødegå entropi på samme måde som videnskaben higer efter at skabe orden", skriver de.

Alsidig udvikling

Dannelse forstår de som et begreb, der dækker elevernes personlige alsidige udvikling. Og, skriver de, alsidig udvikling evalueres i faget fysik/kemi, fordi den kommer i spil gennem elevernes deltagelse i gruppearbejde i den fællesfaglige naturfagsprøve for fagene biologi, fysik/kemi og geografi.

Eleverne skal som forberedelse til den afsluttende prøve arbejde med at formulere problemstillinger, undersøge og arbejde med modeller for, at de 'selvstændigt i grupper eller individuelt kan gennemføre et problembaseret fællesfagligt forløb, som er sammenligneligt med afgangsprøven'.

Alsidig udvikling er beskrevet i en undersøgelse, hvor kreativitet og alsidig udvikling kobles til blandt andet handlekompetence, selvstændighed, vedholdenhed, selvbevidsthed og empati.

Tvivl og stærk kobling

Læreren skal forholde sig kritisk til brugen af engineering i folkeskolens 9. klasse, siger David Bødker og Klaus Ringgaard i deres projektkonklusion.

"Formålet med EDP-aktiviteter (engineering design proces) afhænger af lærerens fagdidaktiske valg, og om hvordan der planlægges tværfaglig undervisning og problembaseret læring i naturfagsundervisningen og fysik/kemi".

Hvordan læreren vælger at bruge EDP, som arbejdsform, "afhænger af lærerens kompetencer og vurdering af elevernes forudsætninger for at indgå, og i hvor høj grad det kræver differentiering af den narrative ramme, tidsstyring, differentiering af gruppesammensætninger, og involvering af eleverne i frihedsgrader og krav til løsningen af problemet", skriver de.

Kreativitet kan være et middel for kognitivt at handle, så eleverne opnår dannelse og viden indenfor faget, så de kan handle på baggrund af kritisk tænkning og forholde sig handlende på denne baggrund, forklarer de.

De interviewede lærere er dog i tvivl om, hvor egnet EDP-formen er i forhold til andre arbejdsformer.

"Der synes dog at være dannelsesmæssige potentialer i praksis med engineering, og der er udvikling i faget, der peger på, at teknologisk dannelse er på vej ind i folkeskolens naturfagsundervisning. Der ses en stor bevågenhed om dannelse og almendannelse i den naturvidenskabelige strategi og hvordan dannelsesbegrebet kan sættes i spil, så elevens forståelser for naturfag er i centrum og sekundært om eleven vælger en uddannelse, der sætter dem i stand til at forholde sig handlende på de udfordringer andre i samfundet må have. Der ses en stærk kobling mellem tænkning og kreativitet, dannelse og alsidig udvikling i EDP", skriver David Bødker og Klaus Ringgaard.

"Kreativitet kan være befordrende for, at eleverne kan styre deres eget liv og ikke lade sig styre af andre. Læreren ønsker, at eleven opnår selvstændighed og tager selvstændige skridt indenfor den didaktiske ramme. Hertil, at eleven kan koble tanke og handling, hvilket synes at hænge sammen med elevens selvstændige arbejde, og være dét læreren ønsker eleven skal opnå. At arbejde elevcentreret og på denne måde udvikle generiske kompetencer og alsidig udvikling", hedder det i konklusionen.

Og EDP "kan muligvis være et didaktisk redskab til at støtte denne udvikling".

"Særligt selvtillid blandt eleverne i kulturen i fysik/kemi kommer i spil, når det kreative vægtes op imod anerkendelse af værdien af løsningen i den sociale kontekst faget er i, og hvordan perspektiveringskompetencen faktisk kommer i spil i EDP-processen afhængig af elevens tænkning og handling undervejs", skriver de.

Som kommende fysik/kemi-lærere ser David Bødker og Klaus Ringgaard en klar fordel i at forholde sig til, hvilke tilgange og perspektiver der kan være relevante som en del af deres almen- og fagdidaktiske overvejelser om undervisningen.

"Fra informanterne og den indsamlede data ser vi flere forhold at arbejde henimod, først og fremmest i form af en bevidsthed om mulighederne for at inddrage engineering i undervisningen - ikke kun i fysik/kemi eller naturfag", siger de.

I deres fremtidige virke som lærere kunne de tænke sig at være med i et tværfagligt forløb med for eksempel dansk, samfundsfag eller andre fag, der kan bidrage med en etisk dimension om "menneskets udledning af stoffer og samspil med naturen".

I dansk kunne eleverne forholde sig til et EU-støttet projekt om dansk-tysk-samarbejde om en bæredygtig holdning til fødevareproduktion i gastronomiske erhverv, der er gennemført på Erhvervshus Sydjylland.

Hvis det er en ny klasse, skal kravene til et forløb om lodrette haver tilpasses, så eleverne ikke møder usikkerheder for mange steder i delprocesserne.

"For hvis elevernes potentiale for at kunne deltage i undervisningens indhold og bidrage til en fælles opgaveløsning ikke bliver realiseret gennem inddragende og motiverende elementer i undervisningen, står man med et mindre optimalt udgangspunkt for at nå de mål, man sætter for undervisningen", siger de.

"Det leder os hen til et konkret handlingsforslag for at sørge for at have et stærkt fundament for sin undervisning. Strukturen skal især virke optimerende på elevernes faglige udbytte af undervisningen. Dette kommer til udtryk gennem inddragelse og konkret anvendelse af den hollandske forsker Dave Van Breukelens FITS-model. Modellen er en forkortelse for "Focus, Investigation, Technological design Synergy" og er udarbejdet som inspiration til at lade læreren veksle mellem engineering og faglig fordybelse i en struktureret proces".

Fra modellen kan man særligt bruge tre forhold, 1: planlægning, 2: faglige nedslag og 3: lærerkompetencer, for at "arbejde med at sikre faglighed, træne naturfaglige begreber og organisere undervisningen på en måde, som skaber plads for elevernes selvbestemmelse".

"For at støtte lærerens overblik og kvalitative evaluering af elevernes engineering-kompetence og skabe dialog om elevens gennemførelsesgrad af forløbets faser, benytter vi evalueringsværktøjet fra evaluering af engineering i skolen for at skabe et dialektisk rum mellem elevens kommunikation og at bringe kompetencer i spil i samspillet og elevens egen tænkning".

De sætter kravene i udfordringen med projekt lodrette haver lavt, så eleverne har forudsætninger for at starte på lavt abstraktionsniveau.

"Eleverne kan få indflydelse på den narrative ramme, og læreren kan stille flere krav til perspektiveringskompetencen og inddragelse af etiske samfundsmæssige og matematiske krav til løsningen".

"Vi overvejer at afholde en café-fremlæggelse, hvor eleverne evaluerer hinandens fremlæggelser med SOLO-taksonomien eller Toulmins argumentationsmodel", fortæller de.

Som afrunding af forløbet kunne man booke en ekspert fra DTU, som kan introducere GroBot´en som mulighed for parameterkontrol i den fællesfaglige prøve. Man kan etablere kontakt og/eller besøge en lokal virksomhed, der løser et lokalt problem.

"Virksomheden, der producerer fødevarer i Danmark med lodrette haver, kan være et åbent undervisningsmiljø, der lader eleverne foretage undersøgelser af miljø og vækstfaktorer og kemiske forbindelser i produktionen eksempelvis med inddragelse af dyrkning af bananer og recirkulering af bananer i disse anlæg, skriver David Bødker Ipsen og Klaus Ringgaard Petersen.

Se hele projektet her: