Prinsipper for utforskende undervisning i naturfag B – Samarbeid Modul 4 Prinsipper for utforskende undervisning i naturfag B – Samarbeid

Mål Målet med denne modulen er å bli kjent med prinsipper for utforskende undervisning i naturfag. Modulen introduserer 5E-modellen som et didaktisk verktøy for å planlegge og gjennomføre utforskende undervisning.

Tidsplan for denne økta Aktivitet Tid Oppsummer forarbeidet i gruppe 15 minutter Leseaktivitet knyttet til forarbeid Faglig påfyll om utforskende undervisning 20 minutter 5E-modellen som didaktisk verktøy for utforskende undervisning Aktivitet med mellomleggspapir og didaktisk evaluering Planlegg egen undervisning Totalt 105 minutter

Oppsummer forarbeidet i grupper 15 minutter

Utforskende undervisning Arbeid i grupper på tre–fire personer, og utveksle svarene deres fra forberedelsen: Hver deltaker i gruppa skriver ned de tre stikkordene sine fra forarbeidet på et felles ark. Samme ord kan skrives flere ganger. Ta utgangspunkt i stikkordene og forklar kort hva dere legger i begrepet utforskende undervisning.

Leseaktivitet knyttet til forarbeid 15 minutter

Leseaktivitet Ta fram artikkelen 5E-modellen i utforskende undervisning. Dere vil først få et individuelt leseoppdrag knyttet til artikkelen. Deretter skal dere diskutere i grupper og til slutt dele i plenum.

Leseaktivitet Individuelt (5 minutter) Les ingressen og de to første avsnittene fram til underoverskriften 5E-modellen. Marker ord som beskriver begrepet utforskende undervisning. Gruppe (5 minutter) Ta fram arket dere skrev stikkord på under oppsummering av forarbeidet. Diskuter hvordan stikkordene stemmer overens med beskrivelsen av utforskende undervisning i artikkelen. Plenum (5 minutter) Hver gruppe gir en kort oppsummering av gruppas diskusjon i plenum.

Faglig påfyll om utforskende undervisning 20 minutter

Faglig påfyll I denne delen får dere en teoretisk innføring i prinsipper for utforskende undervisning i naturfag en oversikt over hva forskningen viser om effekten av utforskende undervisning på elevers læringsutbytte

Utforske Ordet utforske er en oversettelse av det engelske ordet inquiry. Inquiry brukes for å beskrive det forskere gjør når de undersøker et fenomen eller en problemstilling. (National Research Council, 2000)

Utforske Stille spørsmål Diagnostisere problemer Søke etter informasjon Tolke bevis Samle data Utforske Å utforske innebærer at man undrer seg, stiller spørsmål, innhenter informasjon, undersøker, observerer, tolker, analyserer, argumenterer og formulerer forklaringer basert på bevis. (f.eks. Bybee, 2006; NRC, 2000; Ødegaard et al., 2016) Argumentere Formulere forklaringer Kommunisere funn Debattere med fagfeller

En utforskende prosess er ikke sirkulær eller lineær Når man jobber utforskende, må man ofte fram og tilbake i prosessen, eller så kan man gå litt på tvers. Det kan for eksempel være å: endre problemstilling på grunn av funn man har gjort under analyse av data eller gjøre nye analyser gjøre nye undersøkelser fordi det det er stort avvik fra den kunnskapen som finnes fra før En utforskende prosess er derfor hverken sirkulær eller lineær. Problemstilling, hypotese Planlegge undersøkelser Gjennomføre undersøkelser Tolke og analysere data Hva vet vi nå? Andres kunnskap (Knain og Kolstø, 2011; NRC, 2000)

Utforskende arbeidsmåter er ulike typer aktiviteter elevene jobber med for å lære seg fagstoff, metoder og ferdigheter som er relevante innenfor naturvitenskapen innebærer at elevene arbeider med å finne, vurdere og videreutvikle svar i en utforskende prosess betyr at elevene stiller spørsmål, bruker data og informasjon til å utvikle, etterprøve og velge mellom mulige svar (Knain og Kolstø, 2011)

Utforskende undervisning er det lærere gjør når de legger rette for at elever kan jobbe med utforskende arbeidsmåter er ikke én metode, men en praksis som gir rom for variasjon og differensiering utfordrer elever kognitivt handler om å la spørsmålene og hvordan man finner svar være like viktig som svarene i seg selv (Minner, Levy & Century, 2010)

Elever er ikke forskere … og majoriteten av alle elever skal ikke heller bli forskere. Likevel kan utforskende undervisning være hensiktsmessig fordi flere studier har vist at utforskende undervisning kan virke motiverende for elevene øke elevenes begrepsforståelse gi bedre dybdelæring ha sammenheng med elevenes prestasjoner i naturfag (Minner, Levy og Century, 2010; Nilsen og Frøyland, 2016; Pellegrino og Hilton, 2012; Schwartz, Lederman og Crawford, 2004; TIMSS, 2015)

Hva skjer i norske naturfagsklasserom? På tross av at utforskende undervisning kan være hensiktsmessig, viser studier at utforskende undervisning og eksperimenter er generelt lite vektlagt det brukes langt mer tid på at læreren gjennomgår nytt innhold enn på å gi tid til at elevene planlegger eksperimenter, tolker data, observerer og forklarer fenomener (Eikeseth & Frøyland, 2016; Nilsen & Frøyland, 2016) 

Hvorfor praktiseres det så lite utforskende undervisning? Andre undervisningsmetoder kan være hensiktsmessige, likevel er det verdt å tenke på hvorfor utforskende undervisning praktiseres så lite. Studier har vist at noen forklaringer kan være at lærere og elever får nye og uvante roller synes det er en tidkrevende og kompleks arbeidsform savner didaktiske støttestrukturer trenger og mangler støtte i lærerkollegiet og hos skoleledelsen føler de mangler kompetanse til å praktisere utforskende undervisning som underviser i naturfag ikke har kompetanse i faget (Bjønness og Kolstø, 2015; Crawford, 2014; Knain og Kolstø, 2011; Lagerstrøm Moafi og Revold, 2014; Ødegaard, Haug, Mork og Sørvik, 2016)

Utforskende undervisning og læring Selv om utforskende undervisning kan ha positiv effekt på elevers læring så er ikke likegyldig hvordan læreren legger til rette for utforskende undervisning. Studier viser at åpne forsøk, uten klare mål og med minimal veiledning har dårlig effekt på elevers læringsutbytte. (Kirschner et al. 2006) Didaktiske verktøy kan være en støtte til å strukturere utforskende undervisning.

Hva er didaktiske verktøy? Didaktiske verktøy ikke oppskrifter, men de definerer gode prinsipper for undervisning. Didaktiske verktøy kan brukes til støtte både i planlegging, gjennomføring og evaluering av utforskende undervisning. I neste del introduseres dere for ett (av flere) didaktisk verktøy: 5E-modellen.

5E-modellen som didaktisk verktøy for utforskende undervisning 20 minutter

5E-modellen i utforskende undervisning 5E-modellen ble utviklet av Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) i 1987 og har siden den gangen vært brukt til å utvikle læringsressurser og undervisningsforløp i naturfagene. (Bybee et al, 2006) Den norske modellen er oversatt og bearbeidet i en årrekke av lærerutdannere fra Naturfagsenteret og NTNU i samarbeid med naturfagslærere i ungdomskolen og videregående skole som har deltatt i etterutdanning. (Fiskum og Korsager, 2013)

5E-modellen i utforskende undervisning De fem fasene i 5E-modellen er engasjere, undersøke, forklare, utvide og vurdere. E-ene kommer fra de engelske ordene engage, explore, explain, elaborate og evaluate. Alle fasene kan forekomme flere ganger i løpet av et undervisningsforløp, og de kan komme i ulik rekkefølge. Vurdering skal forstås som både underveisvurdering og sluttvurdering og er derfor integrert i alle faser av undervisninga.  Vi skal nå se nærmere på hva som ligger i de ulike fasene.

Vurdering – integrert i alle faser Vurdering bør være en kontinuerlig del av undervisninga og inkluderer at elevene selv vurderer både egen læring og forståelse og kvaliteten på eget arbeid. 

Undervisning som motiverer og bygger på forkunnskaper Engasjerefasen Undervisning som motiverer og bygger på forkunnskaper I engasjerefasen aktiviserer og kartlegger læreren elevenes forkunnskaper, fanger deres interesse og skaper et læringsbehov knyttet til temaet det skal jobbes med i undervisninga. 

Mulighet for selv å undersøke og samle informasjon Undersøkefasen Undersøkefasen skal gi elevene mulighet til å undersøke et tema eller en problemstilling gjennom praktisk eller teoretisk arbeid. 

Å bruke faglige begreper og forklaringer Forklarefasen Å bruke faglige begreper og forklaringer I forklarefasen er det viktig at elevene får mulighet til å kommunisere kunnskapen sin gjennom å beskrive og forklare faglige fenomener. 

Å bruke fagkunnskap i dybden og i nye kontekster Utvidefasen Å bruke fagkunnskap i dybden og i nye kontekster Utvidefasen er når elevene får mulighet til både å utdype og utvide kunnskapen sin innenfor et tema og til andre tema.

Utforskende undervisning og utforskende arbeidsmåte 5E-modellen er en didaktisk modell som kan støtte lærere i planlegging, gjennomføring og evaluering av utforskende undervisning. Gjennom de fem fasene legger læreren til rette for at elevene kan jobbe med utforskende arbeidsmåter. I matrisen på neste side (og som dere skal ha fått utdelt) vises sammenhengen mellom lærerens og elevenes rolle i de fem fasene i undervisninga. (Fiskum og Korsager, 2013)

Aktivitet med mellomleggspapir og didaktisk evaluering 20 minutter

Dette skal dere gjøre Dere skal gjennomføre en utforskende aktivitet og se et eksempel på hvordan denne aktiviteten kan evalueres i lys av 5E-modellen. Gjennomfør aktiviteten i grupper på to–fire personer. Avslutt med en felles gjennomgang av den didaktiske evalueringen.

Observer (1 minutt) Legg et mellomleggspapir i hånda. Observer og beskriv hva som skjer.

Diskuter (5 minutter) Diskuter i grupper på tre–fire personer: Hvorfor krøller papiret seg? (kanskje ikke hos alle?) Hvordan kan vi finne ut hvilken forklaring som er riktig? Undersøk forklaringene deres om det er mulig.

Del i plenum (5 minutter) Hvilken forklaring mener dere er mest sannsynlig? Hvorfor? Kan dere overføre denne forklaringa til andre konkrete eksempler på dette fenomenet? Et eksempel kommer på neste side.

Fuktigheten trenger inn i porene på undersiden av papiret slik at papiret utvider seg. Oversiden av papiret holder seg tørt og utvider seg ikke. Akkurat som med mellomleggspapiret kan fukt trekke inn i porene på trematerialer slik at de utvider seg. Trematerialer kan derfor «slå seg». 

Evaluering av aktiviteten i lys av 5E-modellen (5 minutter) Aktiviteten med mellomleggspapir er et eksempel på en utforskende aktivitet som inneholder flere av fasene i 5E- modellen. Ei evaluering av aktiviteten i lys av 5E-modellen ses på neste side.

Ved å skulle observere aktiviseres elevene kognitivt Ved å skulle observere aktiviseres elevene kognitivt. Dette kan fange deres interesse og skape et læringsbehov. Legg et mellomleggspapir i hånden. Observer og beskriv hva som skjer. Spørsmålene som stilles og oppgavene som skal løses i prosessen, gir elevene mulighet for kontinuerlig å vurdere egen forståelse og eget arbeid. Ved å skulle knytte kunnskapen til andre fenomener, får elevene mulighet til å utvide kunnskapen sin innenfor temaet. Kjenner dere andre liknende fenomener? Ved å skulle finne ut hvilken forklaring som er riktig, får elevene mulighet til å undersøke egne hypoteser. Hvordan kan vi finne ut hvilken forklaring som er riktig? Undersøk ulike forklaringer. Ved både å skulle diskutere, beskrive og forklare egne resultater, får elevene mulighet til å kommunisere kunnskapen sin og forklare faglige fenomener.  Diskuter hvorfor papiret krøller seg. Hva ble resultatet deres? Hvilken forklaring mener dere er den beste? Hvorfor?

Analyser en planlagt aktivitet 15 minutter

Egen utforskende undervisning Dere kan velge om dere jobber individuelt eller flere sammen. Ta utgangspunkt i en aktivitet dere har tenkt å gjennomføre med elever før neste samling. Bruk 5E-modellen for å analysere hvilke av prinsippene for utforskende undervisning aktiviteten inneholder.

Prinsipper for utforskende undervisning i naturfag D – Etterarbeid Modul 4 Prinsipper for utforskende undervisning i naturfag D – Etterarbeid

Mål Målet med denne modulen er å bli kjent med prinsipper for utforskende undervisning i naturfag. Modulen introduserer 5E-modellen som et didaktisk verktøy for å planlegge og gjennomføre utforskende undervisning.

Tidsplan for denne økta Aktivitet Tid Del erfaringer i grupper 30 minutter Oppsummer i plenum 20 minutter Veien videre 10 minutter Totalt 60 minutter

Del erfaringer i grupper (30 minutter) Diskuter i grupper på tre–fire personer de utforskende aktivitetene dere har prøvd ut med elever. Bruk 5E-modellen til å dele erfaringer fra utprøving med vekt på disse spørsmålene: I hvilken grad opplevde du at undervisninga var utforskende? Hva (hvilke faser) opplevde du fungerte bra og mindre bra? For hver deltaker skal dere også sammen diskutere om / komme med forslag til hvordan aktiviteten kunne vært mer utforskende. Pass på at alle i gruppa får omtrent like mye tid til å dele og få innspill.

Oppsummer i plenum (20 minutter) Oppsummer i plenum der hver gruppe deler sine erfaringer med de andre gruppene.

Veien videre (10 minutter) Neste modul handler om praksiser i utforskende undervisning. Dere skal jobbe videre med konkrete eksempler på å bruke 5E-modellen i utforskende undervisning. Se gjennom Introduksjon og A – Forarbeid i neste modul.

Kilder Bybee, R. W., Taylor, J. A., Gardner, A., Van Scotter, P., Powell, J. C., Westbrook, A., & Landes, N. (2006). The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness. Colorado Springs, Co: BSCS, 5, 88-98. Bjønness, B., & Kolstø, S. D. (2015). Scaffolding open inquiry: How a teacher provides students with structure and space. Nordic Studies in Science Education, 11(3), 223-237. Crawford, B. A. (2014) From inquiry to scientific practices in science classroom. I N. Lederman & S. Abell. Handbook of research in science education. Vol. II. Rutledge Eikeseth & Frøyland, 2016. Haltende realfagsatsing. Hentet fra https://www.naturfagsenteret.no/nyhet/vis.html?tid=2157729 Fiskum, K. & Korsager, M. (2017). 5E-modellen i utforskende undervisning. Hentet fra https://www.naturfag.no/artikkel/vis.html?tid=2049135  Kirschner, P. A., Sweller, J., & Clark, R. E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational psychologist, 41(2), 75-86. Knain, E. & Kolstø, S.D. (2011). Elever som forskere i naturfag. Universitetsforlaget. Lagerstrøm, B. O., Moafi, H., & Revold, M. K. (2014). Kompetanseprofil i grunnskolen. Hovedresultater 2013/2014. SSB rapport, (30). Minner, D. D., Levy, A. J., & Century, J. (2010). Inquiry‐based science instruction—what is it and does it matter? Results from a research synthesis years 1984 to 2002. Journal of research in science teaching, 47(4), 474-496. National Research Council. (2000). Inquiry and the national science education standards: A guide for teaching and learning. National Academies Press. Nilsen & Frøyland, 2016 Undervisning i naturfag i Bergem, O. K., Kaarstein, H., & Nilsen, T. (2016). Vi kan lykkes i realfag-Resultater og analyser fra TIMSS 2015. Universitetsforlaget. Schwartz, R. S., Lederman, N. G., & Crawford, B. A. (2004). Developing views of nature of science in an authentic context: An explicit approach to bridging the gap between nature of science and scientific inquiry. Science education, 88(4), 610-645. Ødegaard, M., Haug, B., Mork, S., Sørvik, G. (2016). På forskerføtter i naturfag. Oslo: Universitetsforlaget.