Utforskende arbeidsmåter i naturfag – uenighet og tvil som grunnlag for læring

Hovedområdet «Forskerspiren» i læreplanen i naturfag slår fast at naturvitenskap er både prosess og produkt. Dette kompetanseområdet er formulert slik:

Naturvitenskapen framstår på to måter i naturfagundervisningen, som et produkt som viser den kunnskapen vi har i dag, og som en prosess som handler om naturvitenskapelige metoder for å bygge kunnskap. Prosessene handler om hypotesedanning, eksperimentering, systematiske observasjoner, åpenhet, diskusjoner, kritisk vurdering, argumentasjon, begrunnelser for konklusjoner og formidling. Forskerspiren skal ivareta disse dimensjonene i opplæringen (Utdanningsdirektoratet 2006, s. 2).

Prosjektet Elever som forskere i naturfag (ElevForsk) har som hensikt å styrke prosessdimensjonen i naturfag i ungdomstrinnet og VG1. I naturfag er det riktignok lang tradisjon for å vektlegge prosessdimensjonen i form av elevøvelser, men disse har en tendens til å være temmelig styrte og lukkede. Styrte elevøvelser kan være godt egnet til å øve spesifikke ferdigheter, som å bruke vitenskapelig utstyr, eller til å få bekreftet eller anvendt teori. Men funn i PISA-studiene om bruk av elevøvelser tyder på at disse bidrar lite til utvikling av kunnskap.

Det å følge stegene i den utleverte fremgangsmåte på en riktig måte, krever mye av elevenes oppmerksomhet under utførelsen av forsøket. Etter forsøket skriver elevene labrapport som en form for «direkte rapportering». Elevene leverer sin første og eneste versjon for godkjenning. Stofftrengsel og sterk vekt på begrepskunnskap i sluttvurdering bidrar til at elevene sjelden opplever utforskende prosesser eller systematisk øvelse i ulike naturfaglige sjangre. I tillegg er ikke den vanlige elevøvelsen tilstrekkelig for å ivareta prosessdimensjonen i naturfag.

Vi mener at prosessdimensjonen av naturfagundervisningen må styrkes. Verden står overfor alvorlige miljøutfordringer, med global oppvarming, tap av artsmangfold og befolkningsvekst som viktige stikkord. Elevene opplever daglig i media at naturvitenskapen som prosess og produkt opptrer sammen, på måter som er vanskelige å sortere. Ofte er kunnskapen usikker eller omstridt.

Dette i seg selv er en betydelig utfordring for den som skal forholde seg kritisk og ta stilling: Er kunnskapen omstridt fordi den er usikker i forskersamfunnet, eller er den omstridt fordi den har etiske og politiske implikasjoner?

Det er viktigere enn noen gang å utvikle elevenes evne til å møte komplekse situasjoner hvor naturvitenskapelige argumenter inngår. Dette krever forståelse av naturvitenskapelige begreper, metoder og argumentering, men også evne til å utforske saker, lære ny kunnskap og delta i diskusjoner.

Dette er utfordringer som kan aktualisere naturfag. Spørsmålet er om skolen kan møte utfordringen og i større grad skape en undervisning som elevene kan se er relevant for livet utenfor og etter skolen. Vi vil peke på to viktige føringer for en undervisning som utvikler kompetanse for deltakelse i komplekse utfordringer.

Ulike undervisningsstrategier for ulike typer utfordringer

Den ene føringen er å skape samsvar mellom utfordringen elevene får og lærerens valg av undervisningsstrategi. Når elevene skal lære begrepskunnskap eller spesifikk metodekunnskap, vil både det som skal læres og måten det skal læres på, være kjent på forhånd, og det er bare ett bestemt faglig utfall som er riktig svar.

Slike mål kan undervises med stor grad av felles progresjon og lærerstyring. Når kompleksiteten blir stor, ved at elevene må gjøre etiske vurderinger og ta stilling til hva som er akseptabel risiko, veie ulike alternativer mot hverandre, da er det ofte verken mulig eller ønskelig å lede elevene mot ett, felles svar.

Det er ikke mulig fordi svaret ikke finnes, og det er ikke ønskelig fordi styring hvor lærer bestemmer innhold og konklusjon, ikke øver elevene i å arbeide selvstendig med spørsmålene og utvikle nødvendige kompetanser. Utforskende arbeidsmåter blir da sentrale, siden det er et kjernetrekk ved dem at en beveger seg fra et spørsmål eller et problem mot å finne og forbedre kunnskap og løsninger.

Dette peker mot utforskende arbeidsmåter som øvelse i eksperimentelt arbeid, men også videre enn det. I ElevForsk ble det gjennomført prosjekter der elevene skulle tilegne seg begrepskunnskap gjennom utforskende metoder, men også prosjekter hvor elevene skulle arbeide med komplekse, omdiskuterte problemstillinger som rovdyrpolitikk og klimaendringer.

Samsvar mellom skolens og virkelighetens utfordringer

Et annet viktig utgangspunkt for den naturfagundervisningen vi skisserer, er at det må være samsvar mellom de utfordringene elevene møter i skolen, hvor kompetansene skal øves, og de utfordringene de møter utenfor skolen. Hvis utfordringen og arbeidsmåtene ikke ligner, blir det for krevende å gjenskape kompetanser fra situasjonen de ble øvd i, til situasjonene hvor de siden skal anvendes.

Det betyr at elevene i skolen må arbeide med komplekse utfordringer som ligner de i virkeligheten, men hvor de i læringsfasen får veiledning og støtte i prosessen. Et slikt samsvarsprinsipp gjelder i stor grad også for vurdering. Det er like viktig at sluttvurderingen henger sammen med valgte læringsmål og arbeidsmåter.

Når lærere velger utforskende arbeidsmetoder, er det gjerne fordi de ønsker å utvikle et bredt spekter av kompetanser hos elevene. Ofte vektlegges derfor ikke bare faglig teori, men også praktiske prosessferdigheter, metakognitiv kunnskap og ikke minst metodeeller prosedyrekunnskap. Dette gir læreren større utfordringer ved tilrettelegging for sluttvurdering og underveisvurdering.

Selv om det er nødvendig å arbeide med situasjoner som har likheter med utfordringer i samtiden, vil kompleksiteten i situasjonen fort kunne bli stor. Utforskende arbeidsmåter bør derfor romme ulike grader av kompleksitet. I ElevForsk arbeidet vi blant annet med å gi elevene eksplisitt kunnskap om rapportskriving fra eksperimenter og hvilken rolle disse spiller i forskning. Slik innsikt er viktig, også for å forholde seg kritisk til påstander i media.

For eksempel bør en være mer skeptisk til enkeltresultater enn påstander som bygger på flere studier som gir sammenfallende resultat, og en bør kanskje stole mer på publikasjoner som er fagfellevurdert enn studier som ikke er kvalitetskontrollert på denne måten.

I noen ElevForsk-prosjekter har elevene gjort forsøk og utviklet begynnende forståelse av fagbegreper gjennom å diskutere og skrive forklaringer. Noen har jobbet med å utvikle og gjennomføre egne små forsøk for gjennom erfaring og samtale utvikle innsikt i hvordan og hvorfor forskere formulerer forskningsspørsmål, metoder, og hvorfor de skiller observasjoner og tolkning. I disse prosjektene var kompleksiteten redusert for at elevene skulle vinne noen spesifikke ferdigheter knyttet til vitenskapelig arbeidsmåte.

I andre prosjekter skulle elevene arbeide med interessekonflikter og uløste utfordringer. Et viktig gjennombrudd i undervisningen er når elevene oppdager at uenighet og tvil ikke er et hinder for læring, men at slik innsikt er en ressurs, og at de kan utvikle egen kunnskap gjennom diskusjon med medelever. Samtidig kan elever oppleve at nye arbeidsmåter og problemstillinger utfordrer den uskrevne kontrakten om hva som skal læres, hvordan det skal læres (læringsstrategier) og vurderingspraksis.

Det vi har sett i ElevForsk, er at eleven blir sterkt motivert av utforskende arbeidsmåter. Yrkesfaglige elever har kunnet utforske spørsmål som de har stilt i yrkespraksis (hva gjør maten holdbar? Hvordan virker solarium på ulike hudtyper?), og en yrkesfaggruppe bygget sitt eget forsøksutstyr. I noen prosjekter har elevene oppdaget uklarhet i egne oppfatninger, for eksempel når de var med å diskuterte spørsmål om global oppvarming med elever i Spania.

Elevens støttestrukturer

I litteraturen om utforskende arbeidsmåter fremheves det ofte at metoden gir elevengasjement gjennom utvikling av eiendomsforhold til problemstillinger. Samtidig er det ofte krevende for elevene å finne ut hva de vil undersøke. I denne første fasen erfarte vi at det var viktig at elevene ikke ble overlatt til seg selv, med fikk aktiv støtte gjennom felles idébobling, fremlegging av stimulerende eksempler og bruk av kontekster som elevene kunne oppleve som meningsfulle i seg selv.

En sentral erfaring fra de ulike prosjektene var at elevene trengte ulike typer støttestrukturer som var tilpasset kompleksiteten i problemstillingene de arbeidet med. Støttestrukturer er viktige for å sikre at elevene får framdrift og retning på arbeidet sitt. Grunnideen er at elevene får rom for egne spørsmål, egne tanker, og kunne diskutere dem uten fasiten i hånden. Men da trenger de også tydelige rammer og støttestrukturer som kan gi dem retning for arbeidet, sikre tilgang til relevant informasjon og støtte og fremme elevenes refleksjon.

Maler for ulike skriveoppgaver er eksempler på slike støttestrukturer. Andre eksempler er vurderingskriterier og strukturerte situasjoner for presentasjon, diskusjon, utprøving og videreutvikling av ideer til spørsmål, metoder og tolkning av data. Vi erfarte det som viktig at elevene kunne diskutere mulige tolkninger av innsamlede informasjoner og observasjoner, men at de også måtte møte situasjoner hvor ideer ble bredere presentert og kunne bli møtt med motforestillinger og situasjoner der de måtte klargjøre egne tanker gjennom individuell skriving.

Dette innebar en veksling mellom arbeid i grupper og arbeid i fellesskap eller andre tilbakemeldingssituasjoner, samt individuelt arbeid med oppsummering og formulering av nye innsikter.

Et dilemma vi erfarte, var spenningen mellom å støtte elevene i læringsarbeidet og det å utvikle elevenes selvstendighet i ulike typer problemløsing. Vår konklusjon her er at åpent rom for utforskning og tett strukturering av elevenes arbeid må veksle og balanseres for at utforskende arbeidsmåter skal utvikle elevenes tenkning og være målrettede.

Sammenlignet med «tradisjonell» tavleundervisning betyr dette at læreren får en annen og mer overordnet rolle, fra formidler til veileder. Det betyr ikke at læreren aldri underviser hele klassen fra tavla om faglige begreper, eller at læreren aldri gjør en felles oppsummering. Tvert imot, også dette har sin plass i utforskende arbeidsmåter. Men andre ganger arbeider elevene selvstendig.

God utforskning krever at elevene utvikler innsikt i spørsmål, fag og situasjoner. ElevForskprosjektene har i liten grad vært designet for å på vise faglig læringsutbytte i form av faktakunnskap. Vi har sett at elevene har utviklet slik kunnskap, men kan ikke vite at dette utbyttet hadde vært bedre eller dårligere sammenlignet med annen undervisning.

Forskning på elevers læring med utforskende arbeidsmåter gir ikke et entydig bilde. Den kan tolkes slik at «tradisjonell undervisning» ikke uten videre er verken bedre eller dårligere enn utforskende arbeidsmåter når det gjelder begrepskunnskap. Samtidig innebærer utforskende arbeidsmåter at elevene utvikler bredere kompetanser. Dette er kompetanser som er nødvendige når elevene møter saker, påstander og kunnskap som er omdiskutert i media, og hvor spørsmål om metode, tolkning av data, objektivitet og vitenskapens institusjonelle forankring er knyttet til risikovurdering.

Skal skolen utvikle elevenes evne til kritisk vurdering av naturfaglig informasjon, er det viktig at elever lærer å anvende kunnskapene i situasjoner hvor de må argumentere for egne vurderinger og drøfte naturfaglige problemstillinger. Det må da åpnes for variasjon i hva elevene skal komme fram til og hvordan.

Vi erfarte at elever engasjerte seg i arbeidet med problemstillinger, og tror bruk av støttestrukturer gjorde at elever ikke ga opp i møte med motstand og strev. Gjennom engasjement og arbeid utviklet elevene innsikter basert på egen bearbeiding av stoff. Bredden i kunnskapen ble kanskje mindre, gitt tidsbruken. Men målet var forståelse og bruk av kunnskap i komplekse situasjoner samt erfaring med utforskende arbeidsmåte i møte med slike situasjoner.

Dette mener vi mange elever oppnådde. Nøkkelen til det nødvendige engasjementet tror vi lå i at arbeidet tok utgangspunkt i egne spørsmål, observasjoner og informasjon som utfordret til undring og vurdering, aktiv bruk av støttestrukturer og utstrakt bruk av dialog og skriving i grupper, klasse og med lærer.

Noen viktige avveininger

Utforskende arbeidsmåter må vokse ut av og integreres i lærerens kompetanse og arsenal av strategier. I ElevForsk har vi utviklet rammer og verktøy for å støtte utforskende prosesser, og vi har forsøkt å forstå hva som fremmer og hindrer slike arbeidsmåter i praksis.

Det er noen avveininger som framstår som særlig viktige:

• Velg kompleksitet ut ifra hva som er forventet utbytte for elevene. Lav kompleksitet skaper større sikkerhet for et bestemt faglig utbytte, og kan være viktig for å øve bestemte enkeltkompetanser i utforskende arbeidsmåter. Men særlig når temaet er komplekst, er det kanskje verken ønskelig eller mulig å styre mot et bestemt utbytte rent faglig. Frihet i valg av tema virker motiverende på mange elever. Og de kan oppleve en mer autentisk utforskning.
  
  
• Velg støttestrukturer bevisst. Særlig i prosjekter med høy kompleksitet vil elevene ikke kunne støttes med eksplisitte støttestrukturer i alle utfordringer de kan møte. Velg noen, og bruk dem aktivt i veiledningen.
  
  
• Vurderingskriterier må henge sammen med støttestrukturer og kompetansemål for prosjektet. Underveisvurdering er bruk av støttestrukturer i praksis.
  
  
• Sikre at elevene veksler mellom muntlige samtaler og skriving. Begge er viktige, men har ulike funksjoner.
  
  
• I veiledning av elevene, vær særlig oppmerksom på når de trenger faglige innspill som kan føre dem videre, og når de trenger utfordringer til å arbeide selvstendig.

En gradvis utvikling fra eksisterende praksis

Vår erfaring er at utforskende arbeidsmåter ikke trenger å forstås som brudd med lærerens eksisterende praksis, men kan vokse ut av den, fra små grep på kjente øvelser, til større prosjektarbeid.

For at dette skal skje, trenger lærerne tid og rom til å drøfte og reflektere over sin praksis, og da er skolens ledelse avgjørende viktig. Også lærerne må få erfare støtte når de ønsker å bli forskende på sin egen praksis. Forskning på hva som skaper profesjonsutvikling for lærere, peker på at en forskende holdning til egen praksis er grunnleggende for at lærere utvikler sin undervisningspraksis.

Lærerutdanningen har et viktig ansvar for å legge til rette for en vedvarende profesjonsutvikling. Kjernen i dette er at læreren forstår sin egen praksis som gjenstand for forbedring, i lys av erfaring og ny kunnskap. Vi tror at veien for dette er en lærerutdanning hvor lærerstudenter får anledning til å drøfte utforskende undervisning sammen med andre studenter, ved å stille spørsmål til og undre seg over erfaringer fra egen praksis.

Kanskje er det beste utgangspunktet for å lede elever i utforskende arbeidsmåter at læreren er forskende på sin egen praksis.