Hur kan elevgenererade representationer stödja lärande?

Transkript

1 Naturvetenskap - gymnasieskolan Modul: Modeller och representationer Del 6: Kreativa processer Hur kan elevgenererade representationer stödja lärande? Jesper Haglund, Uppsala universitet, och Daniel Orraryd, Linköpings universitet Utbildningsforskaren Andrea disessa (2004) menar att en viktig aspekt av vetenskapliga forskares verksamhet är att de är designers av representationer. För en djup förståelse för naturvetenskapen som process behöver elever ha utvecklat kompetens inte bara för att förstå och tolka existerande representationer, utan också för att skapa och modifiera sina egna representationer, samt kunna förklara och utvärdera representationer i relation till en viss kontext. disessa kallar en sådan förmåga att skapa och problematisera representationer metarepresentationell kompetens. I Del 4 gav vi som exempel att elever och studenter kan uppmuntras att skapa sina egna, självgenererade analogier för fenomen och begrepp som de ställs inför (Haglund, 2013). I den här artikeln tittar vi vidare på hur elevers lärande kan dra nytta av olika typer av elevgenererade representationer. Konstruktivism, konstruktionism och the maker movement Konstruktivism är ett perspektiv på lärande som har fått stort genomslag i undervisningen sedan 1900-talet, i Sverige såväl som internationellt. En grundläggande förutsättning inom konstruktivismen är att vi människor enbart kan lära oss genom att konstruera vår egen kunskap, utifrån det vi redan vet och behärskar och utifrån erfarenheter vi drar av nya upplevelser. Piaget, med sitt fokus på individens lärande, företräder en individuell konstruktivism, medan till exempel Vygotskij, med betoning på betydelsen av kultur och interaktion mellan människor som förutsättning för lärande, representerar ett socialkonstruktivistiskt perspektiv. Deweys progressiva pedagogik, med betoning på aktiviteter som tar utgångspunkt i relevans för elevers vardag, har också tydlig bäring på konstruktivism. Den visionäre utbildaren Seymour Papert (1995) tog tankar från konstruktivismen ett steg vidare med lanseringen av begreppet konstruktionism. På en mental nivå behöver våra elever uppmuntras att på ett kreativt sätt konstruera sina egna begrepp och sin kunskap i stort, snarare än att bara komma i åtnjutande av vetenskapens landvinningar. Papert ser emellertid också behov för det parallella byggandet av yttre konstruktioner: Det kan vara ett sandslott, en kaka, ett legohus eller ett bolag, ett poem eller en teori som läggs fram på universitetet (s. 123). Med andra ord menar han att människor lär sig bäst genom att skapa personligt meningsfulla saker, artefakter, och särskilt bra går det om dessa artefakter kan delas med andra. Dessa artefakter kan i vissa sammanhang ses som representationer för något fenomen eller begrepp, men kan också vara direkt meningsfulla genom sin funktion utifrån ett mer tekniskt perspektiv. I sammanhanget bidrog Papert själv framför allt till utvecklingen av miljöer för att introducera barn till kreativ problemlösning med hjälp av programmering, bland annat av enkla mobila robotar. 1 (7)

2 Under det senaste decenniet har konstruktionismen inspirerat the maker movement i USA som sedan även fått spridning internationellt (Halverson & Sheridan, 2014). I the maker movement genomförs aktiviteteter som design och produktion av artefakter med hjälp av digital teknik i hemmet eller andra informella sammanhang, aktiviteteter som tidigare enbart var möjliga på industriell, professionell basis. Detta har gjorts möjligt genom användarvänlig och allt billigare teknik, som 3D-skrivare och robotprogrammering. Det kan ses som en parallell till desktop publishing, vilket på 1980-talet gjorde att man som privatperson med hjälp av en PC själv kunde göra mycket av det som tidigare krävt professionell kompetens inom layout, förlagsverksamhet och tryckeri. Halverson och Sheridan pekar dock på utmaningar för att informellt samarbete inom kretsen av närmast involverade ska kunna överföras till formell utbildning i skolan. Ett exempel på initiativ för att attrahera andra grupper än vita, manliga nördar i en demokratiserande anda är elektroniska textilier, där elever kan ge kläder estetiska ljuseffekter med hjälp av elektroniska kretsar och komponenter som ljusdioder (Kafai, Fields, & Searle, 2014). I ett svenskt perspektiv knyter utbildaren Hans Persson an till konstruktionismen, genom sitt initiativ Kreativ NO ( där han presenterar tips på konkreta aktiviteter i NO-, matematik-, och teknikundervisning. Till exempel kan elever få uppdraget att tillsammans bygga tredimensionella modeller av komplexa begrepp och fenomen, som fotosyntes, en nervcell, atomens struktur, eller den mänskliga kroppen, med hjälp av vardagliga material. Variationen i olika gruppers representationer kan bli utgångspunkten för diskussion kring skillnaderna i våra tolkningar av fenomenen (Persson, 2000; Wickman & Persson, 2009). Att lära genom att skapa visuella representationer Att teckna är ett kreativt sätt att skapa egna representationer som vi introduceras till i unga år. NV-didaktikern Margaret Brooks (2009) har till exempel studerat hur lågstadiebarn använder teckningar för att konstruera en ljusfälla. Genom att jämföra sin egen bild med andras fick eleverna en inblick i att andra kan se saker på ett annorlunda sätt, vilket gjorde teckningarna till ett viktigt hjälpmedel för att kunna diskutera elevernas olika perspektiv. Brooks beklagar dock att vuxna ofta bedömer barns teckningar ur enbart ett estetiskt perspektiv och saknar viljan eller förmågan att föra meningsfulla samtal med barnen om deras teckningar. Det gör att man missar möjligheten att förstå barnens sätt att tänka och chansen att lyfta fram bildens roll som ett viktigt redskap för att skapa och utveckla mening. Ett annat inspirerande exempel på hur elevers egna representationer kan användas på ett medvetet sätt i undervisningen presenteras av en grupp australiensiska NV-didaktiker (Tytler, Haslam, Prain & Hubber, 2009). De har samarbetat med lärare på en motsvarande mellanstadieskola i Australien för att se hur ett fokus på visuella representationer underlättar lärandet i naturvetenskap samt hur ett sådant fokus påverkar elevernas naturvetenskapliga utforskningar. Elevernas uppgifter var att studera ett habitat på skolgården och identifiera vilka djur som fanns där, vilka karaktärer dessa djur hade som underlättade deras överlevnad i habitatet och hur de var beroende av varandra för sin överlevnad, samt att representera dessa samband genom bland annat teckningar. Resultatet 2 (7)

3 visar att eleverna utvecklade sin visuella kompetens, sin begreppsförståelse och sin förståelse av hur kunskap genereras inom naturvetenskapen (naturvetenskapligt arbetssätt). På liknande sätt betonar Ainsworth, Prain och Tytler (2011) vikten av att elever och studenter får skapa egna representationer, särskilt teckningar, för att förstå de fenomen de studerar och naturvetenskapen som process. Ainsworth (2010) visar vidare, utifrån personers skisser av hjärtats struktur och funktion, att de teckningar vi skapar skiljer sig åt i karaktär om de görs för att stödja vår egen tankeprocess, eller om vi har i åtanke att visa upp och förklara dem för andra. Intressant är att de slarviga, skissartade teckningarna vi gör för oss själva kan vara lika stödjande i lärandeprocessen som de mer noggrant utförda alster vi väljer att dela med oss av. I sin biologididaktiska forskning har Orraryd (2013) studerat hur gymnasieelever kan skapa egna animationer av evolution med hjälp av stopmotion (Hoban & Nielsen, 2010), utefter följande steg: 1. Eleverna skapar en storyboard för ett scenario av olika händelser, där de olika scenerna illustreras. 2. Modeller byggs för att realisera storyboardens idéer, till exempel med figurer i lera eller LEGO. 3. Eleverna arrangerar och fotograferar modellerna i en serie av stillbilder, där modellerna justeras och flyttas i små steg, vilket skapar en illusion av rörelse då bilderna spelas upp efter varandra. 4. Redigering av filmen, med tillägg av till exempel ljud och bildtexter, till en färdig animation. Analys av elevernas animationer (t.ex. figur 1) visade att de hade beaktat vissa centrala aspekter av evolution, till exempel vikten av variation i populationer, som många av dem inte hade lyckats uttrycka i skrift vid svar på öppna frågor på temat. Figur 1. Scen ur en stopmotion-animation, där gymnasieelever gestaltar hur figurernas varierande egenskaper gör dem bättre eller sämre anpassade i den blodtörstiga LEGO-vargens närvaro. Bild från Orraryd, (7)

4 Fysikdidaktikern Madelen Bodin (2013) ger vidare exempel på hur elevers och studenters visuella, representativa färdighet kan användas vid representation av modeller med hjälp av datorsimulering. I simuleringsprogrammet Algodoo ( kan elever skapa fysikaliska situationer med olika föremål. Föremålens rörelser beräknas och visas dynamiskt på till exempel en datorskärm eller läsplatta. Figur 2. En fotosekvens av en elev som skapar en planet, drar ut den till vänster på en touchscreen och sätter den i omloppsbana kring solen i simuleringsprogrammet Algodoo på en interaktiv whiteboard. Foto och bearbetning av Bor Gregorcic. I högstadiefysiken kan elever till exempel undersöka villkoren för att olika föremål som placeras på en gungbräda ska nå jämvikt. I universitetsfysiken kan Algodoo användas för att ge studenter en känsla för hur ett system beter sig, till exempel hur ett elastiskt föremål rör sig horisontellt på en yta med hög friktion, för att sedan själva modellera och programmera systemet från grunden i en annan datormiljö. Gregorcic (2015) har visat hur ett solsystem kan byggas upp i Algodoo, så att gymnasieelever kan utforska dess mekanik, till exempel Keplers lagar, genom illusionen att kunna kasta ut planeter i omloppsbana på en interaktiv whiteboard (se figur 2). Design av artefakter i tekniken Konstruktion av fysiska artefakter är särskilt centralt inom tekniken, och betonas på gymnasiet särskilt i teknikprogrammets inriktning mot design och produktutveckling. Teknikläraren och didaktikern Helena Isaksson Persson (2011) beskriver begreppet design i termer av en process och metod för att utveckla idéer och lösningar i syfte att skapa artefakter (s. 124). Designprocessen kan beskrivas som bestående av tre faser. I en första, utforskande fas samlas information in och problemet som ska lösas formuleras. I den andra fasen, utvecklingsfasen, skapas en serie av alltmer konkreta och specificerade modeller (eller, med språkbruket vi anammar i den här modulen, snarare representationer) av produkten. Det kan röra sig om idéskisser, tekniska ritningar och 3D-modeller av det tänkta föremålet. I den tredje fasen, realiseringsfasen, produceras föremålet och förs ut på marknaden. I ett skolsammanhang är främst de två första faserna av designprocessen aktuella. Isaksson Persson (2011) beskriver sin forskning om hur gymnasieelever på teknikprogrammet involverades i ett ämnesövergripande projekt, Smarta transporter. I samarbete med Trafikkontoret i Stockholm fick eleverna utveckla sina visioner och lösningar för framtida transporter, mot en bakgrund av problem med trängsel och miljöpåverkan. I första fasen 4 (7)

5 fördjupade sig eleverna i energi inom fysiken, och satte sig in i olika problem med dagens transporter utifrån användarperspektivet. I utvecklingsfasen tog eleverna fram prototyper för sina lösningar och representerade dem som skisser, CAD-modeller och affischer, vilka, i realiseringsfasen, presenterades för Trafikkontoret som uppdragsgivare. Genom att gå från en abstrakt idé till alltmer konkreta artefakter bidrog elevernas involvering i de olika faserna av designprocessen även till lärande. Förutom att utmynna i konkreta lösningar och föremål är deltagande i processen meningsskapande. Kommunikationsforskaren Klaus Krippendorff (1989) har elegant fångat detta i uttrycket Design is making sense of things. Som ett annat exempel på ämnesövergripande projektarbete på teknikprogrammet har fysik- och teknikläraren David Hedberg låtit sina elever designa och bygga soldrivna luftförvärmare (Haglund, et al., 2015). Enligt specifikationen drevs luftflödet från ett kalluftsintag med en fläkt, men val av material och utformning av luftens väg designades av eleverna. Konstruktionernas effektivitet utvärderades slutligen med en värmekamera, med fokus på identifiering av värmeförluster och mätning av temperaturen på den utgående luften (se figur 3). Figur 3. Utvärdering av effektiviteten av luftförvärmare med fläkt nere till vänster och kalluftsintag nere till höger, foto (vänster) och värmekamerabild (höger). Bilder: Haglund, et al., Sammanfattning Vid sidan av att lära sig tolka representationer som används i tekniken och naturvetenskapen är det viktigt för elever att lära sig skapa egna representationer elevgenererade representationer för fenomen och förklaringsmodeller de möter. Utifrån konstruktionism som perspektiv bygger elever då något konkret och påtagligt, utöver sin egen kunskap. Referenser Ainsworth, S. (2010). Improving learning by drawing. Bidrag presenterat vid 9th International Conference of the Learning Sciences, 29 June 2 July, Chicago, IL. Nedladdat 12 augusti, 2016, från Ainsworth, S., Prain, V., & Tytler, R. (2011). Drawing to learn in science. Science, 333(6046), (7)

6 Bodin, M. (2013). Att skapa egna virtuella modeller i fysik och teknik. I F. Jeppsson & J. Haglund (Red.), Modeller, analogier och metaforer i naturvetenskapsundervisning (s ). Lund: Studentlitteratur. Brooks, M. (2009). Drawing, visualisation and young children s exploration of big ideas. International Journal of Science Education, 31(3), disessa, A. A. (2004). Metarepresentation: Native competence and targets for instruction. Cognition and Instruction, 22(3), Gregorcic, B. (2015). Exploring Kepler s laws using an interactive whiteboard and Algodoo. Physics Education, 50(5), Haglund, J. (2013). Självgenererade analogier stöder lärande. I F. Jeppsson & J. Haglund (Red.), Modeller, analogier och metaforer i naturvetenskapsundervisning (s ). Lund: Studentlitteratur. Haglund, J., Jeppsson, F., Hedberg, D., & Schönborn, K. J. (2015). Thermal cameras in school laboratory activities. Physics Education, 50(4), Halverson, E. R., & Sheridan, K. (2014). The maker movement in education. Harvard Educational Review, 84(4), Hoban, G. & Nielsen, W. (2010). The 5 Rs: A new teaching approach to encourage slowmations (student-generated animations) of science concepts. Teaching Science, 56(3), Isaksson Persson, H. (2011). Design och teknikutbildning. I S. O. Hansson, E. Nordlander, & I.-B. Skogh (Red.), Teknikutbildning för framtiden - perspektiv på teknikutbildningen i grundskola och gymnasium (s ). Stockholm: Liber. Kafai, Y. B., Fields, D., & Searle, K. (2014). Electronic textiles as disruptive designs: Supporting and challenging maker activities in schools. Harvard Educational Review, 84(4), Krippendorff, K. (1989). On the essential contexts of artifacts or on the proposition that design is making sense (of things). Design Issues, 5(2), Orraryd, D. (2013). Elevers animationer av evolution. I F. Jeppsson & J. Haglund (Red.), Modeller, analogier och metaforer i naturvetenskapsundervisning (s ). Lund: Studentlitteratur. Papert, S. (1995). Hur gör giraffen när den sover: skolan, datorn och kunskapsprocessen. Göteborg: Daidalos. Persson, H. (2000). Att bygga begrepp: konkret och kreativ naturvetenskap. Stockholm: HLS förlag. 6 (7)

7 Tytler, R., Haslam, F., Prain, V. & Hubber, P. (2009). An explicit representational focus for teaching and learning about animals in the environment. Teaching Science, 55(4), Wickman, P.-O., & Persson, H. (2009). Naturvetenskap och naturorienterande ämnen i grundskolan: en ämnesdidaktisk vägledning. Stockholm: Liber. 7 (7)