FYSIK ÄR R ROLIGT. Den vetenskapliga metoden som ett intresseväckande medel i högstadiefysik. Finlandssvenska Fysikdagar 2009

Transkript

1 FYSIK ÄR R ROLIGT Den vetenskapliga metoden som ett intresseväckande medel i högstadiefysik 1

2 ADRENALINPORTION ÅT T FYSIKER OCH LÄRAREN I FYSIK 1. Vem behöver fysik? 2. Hur ofta använder du det som du har lärt dig under fysiktimmarna i vardagen? 3. Varför laborerar du i fysik? 4. Vad lärde du dig efter din sista laboration i fysik? 1. 90% - lärare i fysik 87% - fysiker ca 13% - ingenjör 2. 12% - ganska ofta 3. 82% - det är roligt ca 3% - att man lär sig bättre 4. 11% kom ihåg laborationens innehåll N = 516 2

3 EN DROPPE ADRENALIN TILL 1. Kan man använda kunskap i fysik inom biologi? 2. Kan man använda kunskap i biologi inom kemi? 3. Kan man använda kunskap i fysik inom kemi? 4. Kan man använda kunskap i kemi inom biologi? 5. Kan man använda kunskap i biologi inom fysik? 1. 82% - nej, det är olika ämnen 2. 90% - nej, det är olika ämnen 3. 90% - ja, det är ju samma ämne 4. 72% - ja 5. 30% - ja N = 516 3

4 FYSIKENS DIDAKTIK ÄR FAKTISKT EN VETENSKAP! Forsknings objekt - undervisnings processen i fysik. Undervisnings processen i fysik är en målinriktad och organiserad process mellan elever och lärare. Som resultat av denna process får elever kunskap, färdigheter, de utvecklar personliga egenskaper och bildar ett eget kompetenssystem. Fysikens didaktik letar efter svar på följande frågor: Vad är undervisning i fysik? Varför undervisas fysik? Vad skall undervisas i fysik? Hur skall fysik undervisas? Åt vem skall fysik undervisas? Var skall fysik undervisas? När, varför och hur skall undervisningen i fysik förändras? 4

5 FYSIKENS KOGNITIVA DIDAKTIK Teaching for understanding (Th. L Good, J.E.Brophy. 1997) Kognitiv utveckling av Jean Piaget ( ). Barnets inlärning genom forskning är en komplicerad process, men innehåller i sig den sk vetenskapliga metoden (T. Jarvis och L. Woods 2002). Steg-efter-steg kognitiv utveckling (G. Karu och I. Stål 1992). Vetenskaplig forskning har alltid ett mål! Jean Piaget ( ) 5

6 VARFÖR UNDERVISA DEN VETENSKAPLIGA METODEN? Ett nyfött barn är en forskare (det skapar en uppfattning om världen via sina sinnen som synen, smaken, doften, känsel och ljud). Människan är nyfiken (hur saker och ting fungerar). Vår moderna värld kräver kunskap om naturen. Det fattas kopplingar mellan skolämnena fysik, kemi, biologi, geografi och astronomi. Dessutom talar ingen om teknik. Hos elever (och vuxna) finns det många feluppfattningar av vetenskaplig fakta. Den sociala aspekten. 6

7 DEN VETENSKAPLIGA METODEN Undersökning av naturen börjar från de objekt eller fenomen som kan kännas direkt. Vetenskapsmän litar inte bara på ord. En speciell forsknings metod är den vetenskapliga metoden. Ordet metod kommer från grekiska - metodos som betyder sätt att få kunskap. 7

8 DEN VETENSKAPLIGA Första steget i den vetenskapliga metoden är observation. Vetenskaplig observation har alltid ett mål och observationen förs enligt en plan som man har skrivit ned i förväg. Inte en endaste vetenskaplig observation kan vara trovärdig om andra forskare inte får samma resultat. Man säger att ett resultat av en vetenskaplig observation är ett faktum och det betyder att vi har ett resultat som är trovärdigt och giltigt. Vetenskapsmän analyserar noggrant de trovärdiga och giltiga vetenskapliga observationerna och skapar en preliminär uppfattning. METODEN steg 1 8

9 DEN VETENSKAPLIGA METODEN steg 2 Det andra steget i den vetenskapliga metoden är ett vetenskapligt experiment. Vetenskapsmän utgår från den preliminära uppfattningen och ställer upp en hypotes. Ordet hypotes betyder att ana, dvs att ana om vilka är orsaker till fenomenet, vilka faktorer påverkar fenomenet, hur sker fenomenet, osv. För att avgöra om en hypotes är sann eller falsk utförs ett vetenskapligt experiment. Under experimentets gång samlar man data om fenomenet. Experimentet avgör hypotesens trovärdighet och giltighet. 9

10 DEN VETENSKAPLIGA Det tredje steget i den vetenskapliga metoden är formulering av regelbundigheter och lagar. Det födds en teori. Det kan hända att man har olika motstridande teorier om samma fenomen. Då testar man teoriernas förutsägelseförmåga. Teorin som ger den bästa förutsägelsen kallas för en sann teori och den teorin innehåller naturlagar, t ex, relativitets teorin, evolutions teorin osv. METODEN steg 3 10

11 DEN VETENSKAPLIGA METODEN SLUTSATSER I FORM AV LAGAR VETENSKAPLIGT EXPERIMENT HYPOTES VETENSKAPLIG OBSERVATION + KUNSKAP 11

12 ETT DIDAKTISKT EXPERIMENT Iden med didaktiska experimentet var att mäta elevers kunskaps ökning (knowledge increase, KI) efter att de har använt den vetenskapliga metoden i laborationer under fysik lektioner. Kunskaps ökning mäts i procent. Man skapade två validativa tester: FKT (förkunskapstest) och EKT (efterkunskapstest). KI,%=EKT,%-FKT,%. Två klasser valdes. I den ena klassen använde läraren den klassiska laborations metoden med färdiga beskrivningar (KK) och den i andra klassen användes material som grundar sig på den vetenskapliga metoden (KV). I båda klasser användes samma tid för undervisningen (2 veckor). Det didaktiska experimentet pågick i tre år vid Botby högstadieskola, Helsingfors. 12

13 RESULTAT KK Medelvärdet på KI,% = 34% KV Medelvärdet på KI,% = 52% N =

14 EXPERIMENT? DET ÄR R JU ENKELT! FÖRBEREDELSE. Diskussion. Lärare introducerar rubrik eller forsknings område. Diskuterar frågor angående forskningen. Bestämmer tillsammans med elever vad de skall mäta (beroende variabler). Diskuterar tillsammans med elever vilka faktorer (oberoende variabler) som kan påverka de beroende variablerna. Lärare och elever diskuterar hur de beroende variablerna kan mätas. KOM IHÅG, SOM LÄRARE BORDE DU BARA INTRODUCERA FORSKNINGS OMRÅDET MEN INTE HUR SJÄLVA FORSKNINGEN GÅR TILL! ELEVERNA SKALL SJÄLVA PLANERA SINA EXPERIMENT. 14

15 PLANERING AV EXPERIMENT Eleverna bildar en forsknings grupp och bestämmer medlemmarnas ansvar (se tabellen på nästa sidan). Eleverna diskuterar följande plan (man kan dela ut planen färdig utskriven) a). Vad skall vi testa? b). Hur skall vi testa det? c). Vilken hypotes har vi? d). Hur samlar vi mätningsdata? (Tabell) e). Vilken diagram, graf skall vi använda? Gruppens ledare berättar åt lärare hur experimentet skall gå till (procedur). (Detta behövs på grund av säkerhet och för att kontrollera att elever är på relevant väg). 15

16 ANSVARSOMRÅDEN Ansvarig Ansvarsområde Projektledare - hjälper gruppens medlemmar att samarbeta - hjälper gruppens medlemmar att lyssna på varandra - tar reda på att alla gruppens medlemmar utför sitt jobb Datainsamlare - skriver upp forskningsplan: vad skall vi undersöka, hur skall vi undersöka, förbereder tabell - skriver upp mätningsresultat - ritar graf Städare - diskar allt diskbar utrustning Tekniker - förbereder utrustning, apparater, osv, vilket gruppen behöver för att utföra forskningen - städar undan utrustning, apparater, osv. Presenterare/na - skriver upp slutsatsen - förbereder presentationen: beskriver vad gruppen forskade i, berättar om gruppens hypotes, beskriver hur gruppen forskade, presenterar gruppens mätningsresultat, beskriver hur grafen/diagrammet ser ut, berättar vad som grafen/diagrammen visar, presenterar gruppens slutsats och bedömer om gruppens hypotes stämmer 16

17 EXPERIMENT Ansvarig A förbereder utrustningen för experimentet. Ansvarig B utför experimentet. Ansvarig C skriver upp mätningsresultatet. Ansvarig D städar undan utrustningen. Ansvarig E ritar diagram(er) eller graf(er) som visar förhållandet mellan beroende och oberoende variabler. Alla tillsammans diskuterar slutsatsen och hur gruppen skall presentera sitt resultat. 17

18 PRESENTATION Varje grupp presenterar sin forskning. (Det kan vara en PowerPoint, OH eller en plansch presentation). Andra elever ställer frågor relevanta till experimentet. Man diskuterar alternativa hypoteser. Lärare och elever gör tillsammans en generell slutsats efter allas presentationer. 18

19 EFTER EXPERIMENTET Lärare utvecklar idéer utgående från experimentets slutsatser i form av följande aktiviteter: Diskussion Videofilm Besök Bjuder gäster till föreläsning Ge tips till läsning Forskning på Internet eller i bibliotek Rekommenderar och utför extra experiment 19

20 TACK 20