Naturfag er et eksperimentelt fag

Undervisningen i naturfag skal stimulere elevenes nysgjerrighet. Med utgangspunkt i egne erfaringer fra lek, idrett og hobbyaktiviteter har elevene fått en forståelse av sammenhenger i naturen, og de har utviklet sitt eget kunnskapsbilde.

Skolen må aktivisere denne kunnskapen gjennom praktisk arbeid, slik at elevene blir stimulert til å stille spørsmål ved erfaringene sine og, om nødvendig, blir motivert til å endre oppfatning. Denne prosessen krever at naturfaglige fenomener blir knyttet til elevenes dagligliv og erfaringsverden og belyst gjennom enkle eksperimenter som elevene kan utføre selv.

Elevene må oppleve at de selv har bakgrunn for å formulere interessante problemer, stille fornuftige spørsmål og foreslå hvordan de kan finne svar. På den måten kan skolen bidra aktivt til å utvikle bevisste elever, elever som stiller viktige spørsmål ved mange av de beslutninger som bygger på naturfaglig kunnskap. Det kan for eksempel gjelde miljøproblemer, energispørsmål og moderne genteknologi.

Elevene må oppleve sine erfaringer som meningsfylte og anvendelige i vanlige situasjoner. Naturfag må ha mening og verdi også utenfor naturfagsrommet.

Kunnskapsløftet framhever verdien av åpne eksperimenter der elevene selv skal planlegge og gjennomføre eksperimenter, identifisere variabler, finne egnede framgangsmåter, vurdere observasjonene og trekke slutninger. I denne typen eksperimenter forutsetter en at elevene kan arbeide selvstendig i laboratorier, vurdere sikkerheten ved eksperimentelt arbeid og arbeide aktivt for å hindre uhell.

Dette betyr selvfølgelig ikke at styrte ”kokebokforsøk” ikke skal gjøres. Elevene må få trening i å arbeide eksperimentelt både ute og i laboratoriet, og det vi bør tilstrebe, er en god balanse mellom ulike praktiske arbeidsmåter.

Ethvert forsøk har et problem en skal finne ut av, en prosedyre for gjennomføring og vanligvis et resultat og/eller en konklusjon. Disse kan være gitt på forhånd, eller de kan være åpne. I tabellen under har vi satt opp en oversikt over det vi kaller frihetsgrader i forsøk.

Undersøkelser har vist at altfor mange av forsøkene som gjøres i skolen, ikke har noen frihetsgrader. Grunnen er at forsøkene ofte skal fram til et resultat som allerede er omtalt i læreboka. Nå kan vi spørre om det er noe galt med det? Svaret er både ja og nei. Det kommer an på hva forsøket går ut på og hva vi ønsker at elevene skal lære av forsøket.

Som lærer kan det være nyttig å tenke igjennom hvor mange frihetsgrader forsøkene bør ha. Noen ganger ønsker vi å formidle hvordan naturvitenskapen arbeider ved å trekke slutninger på grunnlag av observasjoner (og ikke hva som står i boka) og diskutere konklusjoner. Da må forsøket i hvert fall ha to frihetsgrader.

Dersom vi ønsker at elevene skal ta i bruk tidligere erfaringer og kunnskaper til å velge utstyr og utforme forsøk for å finne ut av en problemstilling, bør vi sørge for at det bare er problemstillingen som blir reist klarest mulig. Både gjennomføringen og resultatet bør stå åpent.

Skal vi oppnå motivasjon og god læring i naturfaget, må vi føre elevens egen erfaringsverden sammen med nye erfaringer, slik at elevene danner seg nye oppfatninger. I naturfagsundervisningen er nettopp eksperimentet et slikt middel vi kan bruke for å gi elevene nye erfaringer. Derfor er det viktig at eksperimentelt arbeid blir en bærende arbeidsform i naturfagsundervisningen.

Det er også viktig at lærerne har et bevisst forhold til hva slags budskap de ønsker å formidle gjennom det eksperimentelle arbeidet. Dette gjelder både demonstrasjonsforsøk, elevforsøk og enkle korte gjøringer.

Vi skal gå nærmere inn på hvilke budskap eksperimentet vanligvis kan formidle. I dette ligger også hvordan forsøk kan brukes i ulike sammenhenger. Vi kan bruke samme forsøk på flere måter. Utformingen avgjør blant annet hvilket budskap som blir formidlet til elevene.

Vanligvis inneholder eksperimentene mer enn ett budskap. Det er derfor viktig å være seg bevisst hva eksperimentet skal belyse, og innpasse det i en korrekt sammenheng. Som i all kommunikasjon ellers gjelder det å sende færrest mulig budskap samtidig. Dermed øker sjansen for at mottakeren oppfatter dem. Små endringer i eksperimentet og i problemstillingene rundt det, kan i høyeste grad endre på budskapet.

Eksperimentet som ”bli kjent med”-redskap

Eleven skal bli kjent med ”verktøyet” eller utstyret og forskjellige metoder. Det er viktigere enn selve innholdet i eksperimentet. I forsøk bruker vi gjerne utstyr som elevene er lite kjent med fra dagliglivet. For at utstyret skal bli brukt rett, må elevene få øving i å bruke det. Usikkerhet i hvordan utstyret skal brukes, er ofte en hindring for å få utført forsøk.

Målinger av tid, temperatur, volum, vekt, masse, kraft, strøm, pH, oksygeninnhold osv. vil kunne fungere best ved at elevene blir gjort kjent med måleapparaturen gjennom eksperimenter.

Eksperimentet som innføring i et emne

Elevene kommer til undervisningen med svært forskjellige erfaringer. Når læreren skal begynne på et nytt emne, blir det derfor en oppgave å sørge for at elevene får et felles utgangspunkt. Det kan for eksempel skje ved at læreren gjennomfører demonstrasjonsforsøk eller gjør elevøvinger. På den måten får både læreren og elevene noen ”knagger” å henge teorien på i den videre undervisningen.

Det er viktig at læreren er seg bevisst hvilke begreper som brukes, og hva som skal være ubesvart og komme seinere. Eksperimentet egner seg også godt som motivasjon når klassen skal ta fatt på et nytt emne. En mulighet er da å la noen forklaringer ”henge i lufta” til seinere under mottoet: Dette skal dere lære noe om. Vi kommer tilbake til det seinere. Kanskje kan læreren på den måten lykkes i å vekke nysgjerrighet om emnet.

Eksperimentet som fasit

I et slikt eksperiment skal elevene få bruke sine kunnskaper og erfaringer til å forutsi resultater av eksperimenter før det blir utført. Dette er helt i forskerspire-ånd: Elevene får en problemstilling, og de skal lage sine hypoteser: Hva kommer til å skje? Eksperimentet blir så brukt som fasit, i hvert fall kan eksperimentet brukes til å falsifisere en påstand eller et forskningsspørsmål (hypotese). Strategien egner seg både for demonstrasjonsforsøk og elevforsøk.

Når elevene får sammenlikne resultatet av eksperimentet med hypotesen sin, gir læreren dem mulighet til å korrigere sine oppfatninger eller i hvert fall til å stille spørsmål ved oppfatningene sine. Det er mange fagdidaktiske grunner til å la elevene sette opp hypoteser:

• Elevene blir aktivisert: Når elevene setter opp hypoteser, får de behov for å ta mer aktivt del i hva forsøket går ut på. Elevene får også et mer bevisst forhold til utstyret som inngår i forsøket.
• Problemet blir avgrenset: Hypotesen hjelper elevene til å feste oppmerksomheten mot det sentrale i problemet som skal undersøkes.
• Elevene tar utgangspunkt i egne forutsetninger: Siden det er elevene som formulerer sine egne tanker i en hypotese, gir det dem mulighet for å bearbeide problemet på sitt eget nivå både språklig og intellektuelt.
• Konstruktivistisk syn på læring: En undervisning der elevene kan formulere hypoteser, er i samsvar med det læringssynet som sier at elevene må være aktive i forhold til stoffet og selv konstruere kunnskapen sin.

Vanligvis kan elevene formulere hypoteser hver for seg eller to og to. Under en lærerstyrt diskusjon kan det likevel være best at hele klassen lager hypoteser. Læreren bør da skrive alle forslagene opp på tavla eller en projektor.

Øving i å formulere hypoteser kan gjøres med svært enkelt utstyr og på svært enkle problemstillinger. Nedenfor følger noen eksempler:

• Hvor mye veier en binders? Elevene kommer med forslag. Hvordan kan vi finne ut om noen har rett når vekta vår ikke kan veie så små masser og heller ikke er så nøyaktig? Elevene kan være med på å utvikle en strategi for å løse problemet.
• En binders veier mer enn en tegnestift. Hvordan kan vi finne ut av det når vekta vår ikke kan veie så små masser?
• Hvilken temperatur har vannet i varmtvannskrana? Det er få elever som vet det. Elevene tipper (hypoteser), og deretter finner de ut av det.
• Saltvann har høyere kokepunkt enn ferskvann. Er det sant eller usant? Hvordan finner elevene ut av det?
• Når lyser lampa? Her kan læreren vise ulike elektriske koplinger, og elevene kommer med sine begrunnede hypoteser om lampa vil lyse eller ikke. Deretter koples kretsen opp, og dommer faller.
  

Eksperimentet som illustrasjon

Her er budskapet å illustrere et fenomen eksperimentelt. Ofte kan elever ha mange erfaringer om fenomenet utenfor skolen, men erfaringene er gjerne ubevisste. Eksperimentet skal da ”vekke” eleven og gjøre erfaringene bevisste. Eksempel: Vann utvider seg når det fryser.

Eksperimentet kan også gi elevene erfaringer som de vanskelig kan få fra sine observasjoner i hverdagen. Det kan skyldes at eksperimentet krever utstyr som ikke alle har tilgang til. Eksperimentet som illustrasjon kan da gi elevene erfaringer som det er vanskelig å tilegne seg utenfor skolen, men som danner et viktig grunnlag for forståelse.

Eksperimentet som øving i å utforme forsøk

Vi understreker igjen at naturfag like mye dreier seg om strategier for å finne ut noe, som det er en samling leksikalsk viten eller fakta. Strategier for å finne ut av en problemstilling innebærer blant annet å kunne gjennomføre forsøk for å finne mulige sammenhenger. Sagt på en annen måte: Hvordan skal vi undersøke om noe er slik vi tror, eller om det fins en sammenheng?

For elevene handler det om å velge passende utstyr og høvelige målemetoder. De må ha noe kjennskap til laboratorieutstyr og vanlige arbeidsmåter i laboratoriet, til rutiner og teknikker.

Elevene må også kjenne til viktige sikkerhetsrutiner ved laboratoriearbeid. Se også avsnittet om Åpne eller lukkede elevforsøk – frihetsgrader. Dersom selve problemstillingen for forsøket er gitt, kan elevene i noen sammenhenger selv finne framgangsmåten og utforme forsøket.

Eksperimentet som repetisjon og testing

I noen sammenhenger kan eksperimentelt arbeid brukes etter avsluttet undervisning om et emne, som repetisjon eller i forbindelse med vurdering og testing. I slike situasjoner kan vi endre noe på et tidligere eksperiment og la elevene gjennomføre det, eller velge et forsøk der elevene kjenner hele framgangsmåten og alt utstyret fra tidligere forsøk. Nå skal elevene bruke framgangsmåten og utstyret i en annen og ny sammenheng.

Eksperimentet som en måte å differensiere på

I naturfag er det ofte en utfordring å finne gode måter å differensiere på. Hvordan møter vi elevenes ulike evner og interesser for naturfaglige problemstillinger?

I en eksperimentell situasjon er det i alle fall mulig å differensiere noe i enkelte forsøk. En del elever klarer å sette opp hypoteser og gå nokså langt i den skriftlige bearbeidingen av forsøkene. For andre elever bør kravet kanskje være at de skal gjennomføre forsøket og observere og skrive en rapport om disse observasjonene (og ikke alt det andre).

I noen forsøk ligger det også til rette for variasjon i hvor langt en går i det eksperimentelle. Forsøket kan utvides slik at de som raskt blir ferdige med det alle skal igjennom, kan gå videre. Oppgaver for de elevene som trenger flere utfordringer, kan være:

• Å foreslå forbedringer i forsøket
• Å formulere nye hypoteser eller problemstillinger med forslag til hvordan de eventuelt kan undersøke dem