Siden regeringen i sin naturfagsstrategi (2018) foreslog undersøgende arbejde med laboratoriesimulationer, som et middel til at styrke elevers motivation og forståelse, har Børne- og Undervisningsministeriet (UVM) investeret i forskning og udvikling på området: En forundersøgelse (2018), et udviklingsprojekt, InterLab (2020-2021) og et toårigt forsøg (2020-2022), hvor laboratoriesimulationer integreres i den skriftlige naturfagsprøve. Jeg forventer derfor, at laboratoriesimulationer inden længe kommer til at spille en rolle, for måden undersøgende arbejde udøves i naturfagsundervisningen.

Derfor vil jeg bidrage med teknologisk pædagogisk og faglig viden, for hvad naturfagslærere bør være opmærksomme på ved planlægning og gennemførelse af simulationsbaserede undersøgelser, samt hvorvidt laboratoriesimulationer kan realisere undersøgelsesbaseret undervisning. Undersøgelsesbaseret undervisning er en nyere forståelse af undersøgende arbejde, hvor det modsat den traditionelle forståelse, ’kogebogsbaseret undervisning’, er eleven, der designer sine egne undersøgelser med henblik på at belyse naturfaglige problemstillinger. På baggrund af min didaktisk analyse af de nuværende PhET-laboratoriesimulationer og mine afprøvninger af simulationsbaserede undersøgelser foregriber jeg følgende:

Hvad bør læreren være opmærksom på?

Hvad bør læreren være opmærksom på?

Ved planlægning og gennemførelse af en undersøgelsesproces med en laboratoriesimulation bør naturfagslæreren være opmærksom på følgende udfordringer:

• Afkodningsudfordring: Laboratoriesimulationer kan opleves komplekse og uoverskuelige at afkode for elever. Derfor kan læreren med fordel sammen med eleverne sprogliggøre, hvad de enkelte elementer i simulationen repræsenterer, og om de har en eksperimentel eller observationel betydning.

• Overførselsudfordring: Eleverne kan være udfordret i at overføre viden mellem en simulations model af et fænomen og deres egen mentale model af fænomenet. Dette kan gøre sig gældende, når et fænomen skal overføres fra et repræsentationsniveau til et andet.

• Undersøgelsesudfordring: Laboratoriesimulationer lægger op til, at eleverne eksperimenterer for at finde årsags-virkningssammenhænge i form af: Hvad sker der med observerbar variabel, hvis vi justerer eksperimenterebar variabel? Når eleverne undersøger med en laboratoriesimulation, er det simulationen, der definerer undersøgelsesprocessen. Derfor skal eleverne kunne identificere hvilke eksperimenterebare og observerbare variabler simulationen tilbyder, samt lære hvordan de kan udnytte simulationens funktionaliteter til at gøre sig systematiske undersøgelser.

• Observationsudfordring: Eleverne kan være udfordret i at vide, hvad de skal lægge mærke til, når de observerer en proces eller fænomen i simulationen, samt hvordan de enkelte observationer relaterer sig til hinanden. Dette kan søges at imødekommes ved at støtte eleverne i at forudsige, hvilke mulige udfald en justering af en eksperimenterebar variabel kan have på en observerbar variabel.

Realiserer laboratoriesimulationer undersøgelsesbaseret undervisning?

Realiserer laboratoriesimulationer undersøgelsesbaseret undervisning?

Laboratoriesimulationerne fra PhET kan bruges i forbindelse med undersøgende arbejde, da deres elementer og funktionaliteter giver eleven mulighed for at justere deres parametre og observere resultatet deraf, men jeg mener ikke, at de egner sig til at realisere undersøgelsesbaseret undervisning.

For at kunne realisere undersøgelsesbaseret undervisning indebærer det, at simulationen kan fungere som et laboratorie, hvor eleverne kan designe deres egne undersøgelser til belysning af naturfaglige problemstillinger. De nuværende laboratoriesimulationer fungerer som digitale undersøgelser, der på forhånd er opstillet for eleverne til belysning af faglige begreber. Dette giver anledning til videnstilegnelse fremfor videnskonstruktion.

Konsekvensen deraf er, at laboratoriesimulationernes form og indhold læner sig op ad den traditionelle forståelse af undersøgende arbejde, der har modtaget kritik for at være både uproduktiv og uden uddannelsesmæssig værdi (Hodson, 2008; Millar, 2004). Der kan derfor sættes spørgsmålstegn ved om laboratoriesimulationerne fra PhET kan opfylde UVM’s mål om at styrke elevernes motivation og faglighed.

Anbefalinger

Anbefalinger

Ved integration af laboratoriesimulationer i naturfagsundervisningen vil de i deres nuværende form, som digitale undersøgelser, lægge op til at kunne:

• Udvide undersøgende arbejde ved at give mulighed for at undersøge fænomener, som ikke vil kunne sanses med egne øjne eller vil være for komplicerede og farlige at gennemføre i virkeligheden.

• Ledsage analoge undersøgelser med en digital udgave, der kan vise samme fænomen på et sub-mikroskopisk niveau.

Hvis laboratoriesimulationerne skal transformere undersøgende arbejde, bør de fungere som laboratorier, der kan give mulighed for at:

• Designe egne digitale undersøgelser til belysning af naturfaglige problemstillinger.

• Tilkoble laboratoriesimulationen den fysiske verden, så det bliver muligt at bruge simulationen til at visualisere data, eleverne selv indsamler. I dag foregår det primært ved at visualisere data på et symbolsk niveau, men simulationen kan gøre det muligt at visualisere den materielle form af et fænomen på både makroskopisk og sub-mikroskopisk niveau. Fx ved at indkøbe måleapparater, der er kompatible med Scratch-extensions.

• Inddrage og samarbejde i eksperimenterende praksisfællesskaber med omverden omkring planlægning og gennemførelse af en undersøgelsesproces gennem fx Scratch.

Scratch er et bud på et eksisterende program, som jeg tænker vil kunne bidrage med denne transformation. Derfor vil mine kommende studier være rettet mod at blive klogere på mulighederne og udfordringerne ved at anvende Scratch, som et laboratorie, der kan transformere undersøgende arbejde i naturfag.

Litteratur

Hodson, D. (2008). Et kritisk blik på praktisk arbejde i naturfagene. MONA - Matematik- og Naturfagsdidaktik, 0(3). Retrieved from https://tidsskrift.dk/mona/article/view/36612

Millar, R. (2004). The role of practical work in the teaching and learning of science.