Så gav en ”marsian” djupare kunskaper om molekyler

Med avstamp i att kemi uppfattas som ett svårt ämne av yngre elever inledde fyra forskare och två lärare ett projekt för att utveckla undervisningen i kemi med digitala verktyg.

– Vi vet att det finns särskilda utmaningar med att förstå hur materia och dess byggstenar hänger ihop, säger Astrid Berg vid institutionen för beteendevetenskap och lärande, Linköpings universitet. Hon är i grunden kemist och forskar bland annat om lärande av kemi.

Forskarkollegorna och lärarna kom fram till att traditionell undervisning fokuserar på hur materia ser ut och uppfattas. Om det är fast, flytande, svart eller genomskinligt och vad de olika övergångarna som smältning, kokning och frysning heter.

– Det handlar mycket om namn och begrepp: fakta som ska läras in och kunna presenteras, men vi ville prova andra sätt och valde att förtydliga skillnaderna mellan det vi ser och uppfattar med våra sinnen och hur materien är uppbyggd av partiklar, molekyler.

Växlade mellan olika perspektiv

Forskargruppen tog fram en grundstruktur för hur undervisningen kunde läggas upp och en lektionsplanering utvecklades tillsammans med lärarna. Eleverna gick i årskurs 3 och var 9–10 år när den ettåriga studien inleddes. Grundläggande i undervisningen var att eleverna aktivt skulle konstruera sin förståelse genom att resonera om materia och hur den är uppbyggd och komma fram till slutsatser som under varje lektion illustrerades med elevernas egna teckningar. Eleverna skrev också om sina observationer och vad de kommit fram till och i slutet av varje lektionsserie producerade eleverna en stop motion-film för att kunna redogöra för sina slutsatser. Animeringen, rörlig film baserad på stillbilder av lerfigurer, tvingade eleverna att också representera partiklarnas rörelse, hastighet och riktning under olika stadier till skillnad från de mer statiska teckningarna.

För att konkretisera marsianen och jordingen som idé användes ett arbetsblad med två spalter.

Första terminen fick eleverna lära sig om luft och hur den är uppbyggd av molekyler. Den andra terminen kom undervisningen in på fast materia och forskarna använde ett utifrånperspektiv för att skilja på hur de uppfattar exempelvis ett föremål och hur någon som kan se de enskilda molekylerna skulle uppfatta samma föremål. Medan ”jordlingen” med sitt makroperspektiv kan se, lukta och känna så beskrivs en ”marsian” på besök på vår planet bära en rymddräkt och kan endast tolka sin omgivning med ett mikroperspektiv, genom att se molekyler. Trots de olika perspektiven så kan de dela uppfattning om materia och vilken form den har. Exempelvis fick eleverna beskriva hur ett stearinljus i sina olika former: fast, flytande och gas, skulle kunna beskrivas av jordlingen respektive marsianen.

– Marsianen hjälpte eleverna att ta sig ner på mikronivån och betrakta materia utifrån ett molekylperspektiv. Att växla mellan perspektiven blev också enklare och tydligare när man kan prata om ”jordlingen” och ”marsianen”.

Missuppfattningar som utgångspunkt

När eleverna skulle beskriva ett stearinljus på makronivå visade det sig att de tidigare lektionerna om molekyler och luft lett till att många elever uppfattat molekyler som något kopplat till gasform. Men Astrid Berg ser inte missuppfattningen som ett problem.

– Det är en del av lärandeprocessen som bygger på att eleverna utforskar och lär guidade av läraren. Missuppfattningar kan användas som utgångspunkt för guidade resonemang som leder till fakta. I det här fallet ifrågasattes slutsatserna av läraren och det ledde till att eleverna själva kom fram till att fast materia också är molekyler, men att de rör sig långsammare och binds ihop i rumstemperatur.

Eleverna resonerar – lärarna guidar

Att låta eleverna resonera sig fram till fakta istället för att presenteras för den och memorera den kräver ett annat tänkande hos läraren.

– I resonemanget ska inte fel eller rätt betonas utan hypoteser presenteras och diskuteras så att eleverna uppmuntras att tänka själva och komma med förslag. Men lärarens guidning mot slutsatserna är avgörande.

Under lektionerna började resonemanget i grupper som läraren lyssnade in på och tog med sig till alla elever.

– I helklass lyfte läraren fram olika hypoteser och ställde dem mot varandra: ”Lisa tänkte så här, hur tänker ni?”.

Lärarna upplevde först projektets undervisning som byggde på resonemang som utmanande.

– Det här var nytt även för dem och man kan nog säga att de gjorde en resa tillsammans med eleverna. De var ju inte heller vana vid att tänka eller se som en marsian. Men de började titta på omgivningen med nya ögon: ”där hänger en gardin och då består den av molekyler” och det utvecklade lärarna under resans gång. Ett sätt att komma vidare i ett resonemang kanske är ett nytt experiment? Såna praktiska lösningar utvecklade lärarna och de uppskattade undervisningsmetoden när de såg resultatet.

Undersökande metod ökar förståelsen

Att undervisningen ges utrymme i tid är avgörande, menar Astrid Berg. Om eleverna får arbeta undersökande över en längre tid och under många lektioner kan eleverna stöttas i att vidareutveckla sin förståelse, från lite kunskap till en fördjupad förståelse för hur det fungerar på molekylnivå. Forskarna drar också slutsatsen att den undersökande metoden ökar elevernas förmåga att växla mellan och skilja på ett makroperspektiv, jordlingen, och mikroperspektiv, marsianen, på materia. De drog exempelvis slutsatsen att när stearin smälter så innebär det inte att stearinmolekylerna smälter, bara att de rör sig fortare.

Elevernas storyboard till animeringen.

Under studien videofilmades alla lektioner inklusive elevernas gruppdiskussioner och analyserade av forskarna.  Texterna och teckningarna som barnen skapade dokumenterades och även lärarnas och forskarnas möten för att kunna följa hur undervisningen utvecklades spelades in. En animationspedagog deltog under första terminens arbete med stop motion-filmerna som spelades in och redigerades på en surfplatta, men lärare och elever klarade på egen hand av filmtekniken efter första terminen. Majoriteten av eleverna utvecklade en djupare kunskap om materias uppbyggnad, men lärarna upplevde att de elever som i vanliga fall har det lite svårare för sig var de som var mest aktiva och pratade mest.

– Vi tror att arbetssättet där eleverna, guidade av läraren, uppmuntras att tillsammans resonera kring möjliga förklaringsmodeller av ett observerat fenomen avdramatiserar ämnet. Vi tror också att marsianen är ett redskap som kan användas inte bara med de yngre eleverna utan också högre upp i åldrarna.

– Om undervisningen handlar om att memorera begrepp upplevs den som svår, men nu fick eleverna arbeta mer som naturvetare där fokus handlar om att utveckla kunskap som är ny för dem. Då hamnar inte fokus på rätt och fel utan snarare uppmuntrar det till kreativitet. Det tycker jag är ganska häftigt och värt att utveckla!

Astrid Berg vid institutionen för beteendevetenskap och lärande, Linköpings universitet.