Yngre elever kan få djup förståelse för naturvetenskapliga begrepp

Forskarna kunde konstatera att med hjälp av multimodala grepp och mycket lärarstöd fick eleverna en förståelse av vad som händer på partikelnivå när något smälter eller expanderar.

Vad kan kemi vara för yngre elever?

Digitaliseringen och globaliseringen tillsammans med våra alltmer komplexa levnads- och arbetssätt skapar nya förutsättningar för att hantera kunskap i skolan. Projektgruppen ville se om det gick att använda nya tekniker på sätt som förstärkte ämnesinlärningen. Hur skulle lärarnas undervisning och elevernas lärande utvecklas, om nya didaktiska idéer och digitala redskap mötte den traditionella undervisningen i de naturvetenskapliga ämnena?

– Vi ville se om förklaringar av det som hände på makronivå, alltså det eleverna såg, kunde få dem att förstå vad som hände kemiskt på mikronivå, alltså med molekylerna. Inom naturvetenskapen kallas det mekanistiska förklaringar, när det vi ser hända förklaras vara en följd av underliggande mekanismer som vi inte kan se. Samtidigt ville vi även undersöka vad kemi kan vara i de här tidiga åldrarna. Skulle det vara möjligt att låta elever utveckla mekanistiska förklaringar, och i så fall hur? Det berättar Magnus Hultén som är professor i naturvetenskapernas didaktik vid Linköpings universitet, och som var projektledare för forskningsprojektet Nytt lärande genom animerad kemi som Skolforskningsinstitutet finansierade.

Det multimodala greppet

Eleverna redovisade sin förståelse av hur molekyler rör sig genom att göra en kort animerad film, en så kallad stop-motion-film. Tekniken bygger på att skapa miljöer med riktiga modeller, ändra något litet och ta en bild tills man har skapat en animerad film. Eleverna ritade upp på papper vad som hände med en ballong som de fäste på en flaskas mynning när de tog ut den ur frysen och ballongen efter ett tag började fyllas. De ritade steg för steg vad som hände och förklarade vad de såg, samtidigt som de förklarade vad som hände på partikelnivå när luften i flaskan blev varm och började expandera, och på så sätt fyllde ballongen.

– Det hjälper inte i sig att rita, prata, gestikulera och göra film, säger Magnus. Det handlar om det didaktiska syftet, att få syn på hur eleverna uppfattar saker för att kunna stötta och återkoppla. Till exempel ritade en grupp först alla luftmolekylerna i flaskan i en klump, och efter ett samtal med läraren insåg de att molekylerna måste finnas överallt i flaskan.

– Projektet har bidragit till att vi har förstått lite bättre hur det multimodala kan bidra i ämneslärandet, och att det är viktigt. Elevernas stop-motion-filmer av de kemiska förloppen tvingade dem att visualisera och sätta ord på dynamiska förlopp, och filmerna bidrog på så sätt till större förståelse av de kemiska processerna. Vi såg att det går att integrera ämneslärandet och de digitala verktygen på ett sätt som får de digitala verktygen att stärka ämneslärandet.

Pröva, prata – och förstå

För forskarna var det viktigt att eleverna inte skulle lära sig teoretiska modeller, utan att de skulle lära sig genom observation. De fick söka förklaringar till vad som hände på mikronivå genom att se vad som hände på makronivå. Det uppmuntrade eleverna att komma med förslag. I stället för att bara kunna upprepa och minnas blev de tvungna att vara kreativa och förstå. Att det var möjligt för alla att ha tankar och idéer om vad som hände fick många elever att leva upp som annars tycker att naturvetenskap är svårt.

En lärare berättade för Magnus att hon fått syn på nya saker hos sina elever, och att elever som inte kommit fram i den traditionella undervisningen visade sig prestera bättre under projektets gång. Det tog läraren med sig som en allmändidaktisk slutsats; sättet att undervisa genom att bjuda in eleverna till att fundera över vad som händer i stället för att återge fakta skapade ett engagemang hos fler elever att delta i undervisningen.

– Projektets viktigaste resultat är just det, att det är möjligt att undersöka naturvetenskapliga frågor och gå in på djupet också med så unga elever som årskurs 3 och 4, menar Magnus. Han tillägger dock att det tar tid och att eleverna behöver stöd.

En modell lärare kan pröva

Hela kemiämnet vilar på förklaringar på partikelnivå. Magnus Hultén påpekar att det är något som även många studenter på universitetsnivå har svårt med, men som lärarna i projektet i samarbete med forskarna lyckades förmedla till eleverna som de arbetade med i årskurs 3 och 4.

– Projektet har ju å ena sidan lyft fram en möjlighet att lära eleverna den viktiga partikelmodellen på ett seriöst och omfattande sätt, där läraren kan följa vår lektionsmodell till punkt och pricka. Men att implementera lektionsmodellen i undervisningen kan ändå vara både utmanande och tidskrävande. Å andra sidan har projektet dessutom lyft det undersökande arbetssättet som är ämnesdidaktiskt inriktat. Arbetssättet uppmuntrar lärarna att våga stanna i ett ämne över några lektioner, och ge eleverna möjlighet att pröva sig fram i diskussioner om vad som händer, framhåller Magnus.

I klassrummet

Forskarna utvecklade två lektionsserier om vardera sex lektioner tillsammans med två lärare och en rektor. Den ena lektionsserien genomfördes under vårterminen i årskurs 3 och den andra under höstterminen i årskurs 4, för en och samma klass.

Vårterminens lektionsserie behandlade luft och luftens egenskaper och började med att eleverna i grupper fick genomföra ett experiment med luft. De fick ta ut en tom flaska direkt ur frysen och täckte öppningen med en ballong. När flaskan blev varm av rumsvärmen så reste sig ballongen upp. Eleverna skulle förklara varför.

Höstterminens lektionsserie kretsade runt smälta och stelna och inleddes med ett experiment där eleverna fick värma olika material, bland annat stearin, och se vad som hände. Båda lektionsserierna avslutades med att eleverna gruppvis skapade korta animerade filmer för att förklara det som skedde i experimentet.

– Lärarna hade mycket ansvar, eftersom de sedan skulle stötta och coacha eleverna i deras utforskande under lektionerna. Så även om vi började med att ansvaret för försöken låg hos forskarna så var det viktigt att lärarna var med och konkretiserade försöken och gjorde dem till sina. Det fanns också utrymme för lärarna att anpassa lektionen efter vad som hände i klassrummet. Rektorn deltog inte i själva undervisningen men i planeringen. Och det var förstås centralt för projektet att rektorn ville förändra och prioriterade undervisningen av naturvetenskap i de lägre årskurserna.

Hjälp av en marsian

För att slussa in eleverna i de två perspektiven makronivå, det vi kan se, och mikronivå, det vi inte kan se, använde läraren en berättelse om en marsian. Marsianen kom till jorden i en rymddräkt, så hen kunde inte höra något eller känna på något. Hen kunde inte heller uppleva värme eller kyla eller känna några dofter. Men hen kunde se, fast bara molekyler. Vi människor kan däremot höra och lukta, känna och uppleva, för vi är jordingar. Dessutom kan vi se, men vi kan inte se så små saker som molekyler. Eleverna fick sedan fundera över vad marsianen såg jämfört med vad de själva såg när stearin smälte. Tankeredskapet jordingen och marsianen blev en port in i kemin och eleverna förstod att på molekylnivå smälte inte stearinet, utan molekylerna rörde sig snabbare.

– Läraren spelar en mycket viktig roll i att stötta och styra eleverna i deras observationer och deras förklaringar. Vi upptäckte att lärarnas frågor var väldigt centrala, som när de frågade har du tänkt på att…? Det multimodala var också viktigt. Växlandet mellan text, det eleverna såg och bilderna de ritade. Där kunde lärarna få syn på kunskapsluckor och leda eleverna rätt.

Mer kunskap behövs

Magnus menar att de sex lektionerna gav eleverna ett nytt, djupt lärande och gedigen kunskap om kemiska fenomen: – Tyvärr var undersökningen för liten för att vi med säkerhet ska kunna säga att det alltid är effektivt att låta eleverna arbeta på detta sätt. Men det vi kunde se var att eleverna var engagerade och tyckte att det var roligt. Dessutom förmådde de prata om det som hände i försöken på ett sätt som gjorde det tydligt att de kunde förklara vad som hände exempelvis när stearinet smälte.

Forskarna hoppas att de ska kunna bygga vidare på det här projektet så att ännu bättre kunskap skapas om hur barn i de lägre årskurserna bäst kan lära sig naturvetenskap. Men just nu känns det bra att få lite distans till projektet, för att se vad vi kunde ha gjort annorlunda och bättre, säger Magnus: – Som forskare är det viktigt att skapa utrymme för lusten och inspirationen.

Foto: Scandinav Bildbyrå, David Hamp
Porträttfoto: Anna Nilsen