Hvorfor norske elever er så flinke i astronomi - og hvilke muligheter det gir oss

I 2011 snudde en nesten 20 år gammel negativ trend med prestasjoner i naturfag ifølge den internasjonale undersøkelsen TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study). For første gang siden 1995 presterte norske elever på 8. trinn bedre enn forrige TIMSS-undersøkelse i 2007 (Grønmo, 2012). Dette positive resultatet er interessant i seg selv med tanke på de store utfordringene realfag har med negative holdninger, prestasjoner og rekruttering (Martin, Mullis, Foy, & Stanco, 2012; Osborne & Dillon, 2008). Spesielt interessant er det likevel at prestasjoner i astronomi ser ut til å være grunnen til oppgangen i naturfag (Grønmo & Nilsen, in press).

Astronomi har tradisjonelt vært en del av fysikkfaget i Norge, og det at vi presterer bra i astronomi er spesielt, fordi fysikk er det realfaget med størst utfordringer. Elever liker ikke fysikk, de vil ikke velge fysikk og de presterer dårligst i fysikk av alle naturfagene (Bøe, Henriksen, Lyons, & Schreiner, 2011; Martin et al., 2012). Samtidig er fysikkfaget et viktig fundament for teknologikompetanse. Elevene trenger denne kompetansen i sin teknologiske hverdag, og samfunnet trenger denne kompetansen for en bærekraftig utvikling innenfor for eksempel helse, industri og miljø.

For å bidra til samfunnets søken etter løsninger på disse utfordringene som realfag, og spesielt fysikk, står overfor, kan det være nyttig å studere resultatene fra TIMSS 2011 nøyere. To spørsmål dukker naturlig opp: 1.) Er gode astronomiprestasjoner et særpreg ved norske elevers fysikkompetanse som har holdt seg stabilt over tid? Og i så tilfelle: 2.) Hvorfor presterer de så bra i akkurat astronomi?

For å få svar på disse to spørsmålene gjennomførte vi to studier. Studie 1 forsøker å belyse det første spørsmålet (Grønmo & Nilsen, in press) og studie 2 det andre spørsmålet (Nilsen & Angell, in press).

Studie 1. Astronomi på tvers av tid og nasjoner

Målet med denne studien er å undersøke prestasjoner på 8. trinn på alle emner innenfor fysikk, inkludert astronomi på tvers av land og tid. Vi ønsker spesielt å se på norske elevers prestasjoner i et internasjonalt perspektiv, men også i forhold til egen utvikling. Norge har vært med i alle TIMSS-undersøkelser, altså i 1995, 2003, 2007 og 2011. Vi ønsker å se om vi finner mønstre av prestasjoner på tvers av alle fysikkemner, tid og land, både for å se hva som karakteriserer norske elevers fysikkompetanse og for å utforske elevers prestasjoner på astronomi relativt til andre fysikkemner.

Tidligere forskning basert på data fra TIMSS og PISA viser at land med lignende kulturer har samme prestasjonsmønster, slik at de for eksempel er gode på samme typer oppgaver eller på samme fagområde (se for eksempel Olsen, Kjærnsli, & Lie, 2005). Slike analyser viser at engelsktalende land grupperer seg, og det samme gjelder østeuropeiske, asiatiske og skandinaviske land. På basis av disse tidligere analysene har vi valgt ut to land som representanter for hver slik gruppe. Vårt utvalg inkluderer dermed elever på 8. trinn fra Norge og Sverige, Australia og USA, Slovenia og Russland og Japan og Singapore. Disse landene har vært med i alle TIMSSundersøkelsene.

Fysikk på 8. trinn inneholder følgende emner ifølge TIMSS: elektrisitet, krefter og bevegelse, energi, lys og lyd og aggregattilstander. I tillegg har vi inkludert astronomi selv om dette ifølge TIMSS hører inn under geofag. Totalt er det dermed seks emner innen fysikk hvorav omtrent halvparten av oppgavene er åpne og den andre halvparten flervalgsoppgaver. Åpne oppgaver innebærer at elevene selv skriver svaret på en oppgave, mens flervalgsoppgaver vil si at elevene krysser av på ett av for eksempel fem mulige svar.

Vi regnet ut prosentandelen av norske elever som klarte oppgavene i ett emne (for eksempel elektrisitet) i forhold til andre fysikkemner og i forhold til det internasjonale gjennomsnittet.

Resultatene viser at på tvers av tid (fra 1995 til og med 2011), på tvers av emner og de åtte landene som ble undersøkt, er det stabile mønstre innen to emner: astronomi og elektrisitet. Figur 1 viser resultatene for 4 av de 8 landene på disse to emnene. Grafen illustrerer det mest karakteristiske ved våre funn, at de nordiske landene (her representert ved Norge) ser ut til å prestere eksepsjonelt bra i astronomi og dårlig i elektrisitet, mens asiatiske land (her representert ved Singapore) har motsatt profil. Et annet funn er at Norge ser ut til å ligge på verdenstoppen i astronomi og har gjort det siden 1995. Vi bør også merke oss at norske elevers prestasjoner økte fra 2007 til 2011 i astronomi og sank i elektrisitet.

Dermed kan det se ut til at disse funnene besvarer vårt spørsmål i forbindelse med resultater av TIMSS 2011; norske elever ser faktisk ut til å være særdeles kompetente når det gjelder astronomi, og det ser ut til at dette karakteriserer norske elevers fysikkompetanse på tvers av tid. Et interessant spørsmål er imidlertid hvorfor; hvorfor akkurat astronomi? Dette spørsmålet forsøker jeg å svare på i neste seksjon.

Studie 2. Holdninger og fagspråk

Tidligere forskning peker på at holdninger har sterk sammenheng med prestasjoner (Osborne, Simon, & Collins, 2003). I 2004 ble det gjort en stor internasjonal studie som undersøkte faktorer av betydning for læring av naturfagene og teknologi (Sjøberg & Schreiner, 2006). I denne undersøkelsen fant de at norske elevene var spesielt begeistret for emner innenfor astronomi. Vi hadde derfor en hypotese om at holdninger kunne forklare mye av elevenes prestasjoner i astronomi.

I tillegg viser tidligere forskning at det er viktig at elevene øver seg på å «snakke naturfag», at de bruker begrepene, diskuterer og setter egne ord på naturfagfenomener (Mortimer & Scott, 2003). Med andre ord er det viktig at elevene praktiserer fagspråket i naturfag. Disse to, holdninger og praktisering av fagspråk, var derfor fokus i en undersøkelse gjort på to skoler (4 klasser på hver skole) i 2011. Vi gjennomførte en spørreundersøkelse på totalt 200 elever, og 32 av disse elevene ble intervjuet. Spørreundersøkelsen inneholdt spørsmål om elevenes holdninger til astronomi og praktisering av fagspråk i astronomi (og elektrisitet for sammenligning). I tillegg inneholdt undersøkelsen oppgaver i astronomi (og elektrisitet) som var tatt fra alle TIMSS-undersøkelsene. De oppgavene som var best egnet til å teste begrepsforståelse, ble valgt ut. I denne studien benyttet vi en kvantitativ tilnærming med statistiske analyser av spørreskjemaet og en kvalitativ analyse av intervjuene.

Dersom man kun trekker ut overlappende funn fra analysen av spørreundersøkelsen og intervjuene, ser det ut til at holdninger påvirker disse elevenes begrepsforståelse i astronomi, og at holdninger og det å praktisere fagspråk i astronomi gjensidig påvirker hverandre positivt.

Disse felles resultatene fra kvalitativ og kvantitative analyse er illustrert i Figur 2. Figuren viser også at de holdningene som påvirket elevenes begrepsforståelse i astronomi var interesse for og glede av astronomi samt tro på egen suksess. Det som hadde størst betydning for praktisering av fagspråket, var bruk av media (data, TV, bøker, populærvitenskapelige journaler etc.), diskusjon om astronomi med familie og venner samt diskusjon i klasserommet.

Intervjuene viste blant annet at astronomi var det eneste emnet som var gjenstand for samtale rundt middagsbordet og for oppglødde diskusjoner i klasserommet. Elevene forklarte videre at det filosofiske aspektet ved astronomi gjorde at det var enklere å diskutere enn andre naturfagemner. Astronomi var ifølge disse elevene langt mer spennende enn elektrisitet fordi det berører ukjente fenomener og dermed eksistensielle spørsmål, og dessuten krevde det ingen matematikkunnskaper.

Et annet viktig funn som kom ut av den kvalitative analysen, var at elevene hadde større muligheter til å øve på og bli utsatt for fagspråk i astronomi. For eksempel er astronomi et yndet tema i populærvitenskapelige bøker, tidsskrift og programmer på TV (som Newton) og på flere vitensentre. I tillegg gir venner og families entusiasme for samtaler om astronomi eleven mulighet til å øve inn astronomibegreper. Videre ser det ut til at kulturell og geografisk kontekst har stor betydning for elevers holdninger. Man kan kanskje si at et særpreg ved Norge er mørketid, nordlys, og hytte og friluftsliv. Dette særpreget kan ha lagt til rette for å kikke på stjerner, undre seg over årsaken bak nordlys og årstider og vekke nysgjerrighet for astronomi.

For å konkludere understreker vår studie betydningen av holdninger både for å praktisere fagspråk og for begrepsforståelse i astronomi for våre elever på 8. trinn. Dette kan ha medvirket til økt læring og dermed gode resultater i astronomi på TIMSS 2011.

Diskusjon

Selv om norske elever ser ut til å ha prestert bra på astronomi siden 1995, var det likevel noe spesielt ved resultatene fra TIMSS 2011. I 2011 var prestasjonene i astronomi så gode at de snudde en nesten 20 år gammel negativ trend og førte til bedrede prestasjoner i naturfag som helhet.
Dette kan vi også lese ut fra figur 1, hvor vi ser at astronomiprestasjoner øker fra 2007 til 2011. Figuren viser en tilsvarende nedgang for elektrisitet.

Det kan være to hovedgrunner til dette. For det første var de elevene som deltok i TIMSS 2011 de første som har fulgt den nye læreplanen Kunnskapsløftet. I denne læreplanen fikk astronomi mer fokus enn noen gang, og «Verdensrommet» ble innført som ett av seks læreplanmål på tvers av grunnskolen. Innføring eller utvidelse av en del av pensum går gjerne på bekostning av noe annet, og kunnskapsløftet ser ut til å inneholde mindre elektrisitet enn forrige læreplan. For det andre kan det se ut til at lærebøkene brukt av de fleste ungdomsskoler ikke behandler elektrisitet før på 10. trinn, mens astronomi er et gjennomgående tema i hele grunnskolen. Elevene på 8. trinn har dermed ikke lært så mye om elektrisitet, men har mer astronomi enn elever som vært med i tidligere TIMSS-undersøkelser.

Ifølge tidligere forskning (Osborne et al., 2003) kan en læreplan som inneholder emner elever synes er interessante og som berører deres hverdag, virke positivt inn på elevens holdninger og prestasjoner. Astronomi handler blant annet om årsaker bak årstider og nordlys, og disse fenomenene er noe norske elever har et forhold til.

Det virker sannsynlig at et utvidet fokus på astronomi i læreplan og lærebøker kan ha gitt elevene mulighet til å lære mer om noe de synes er interessant og som berører fenomener de kan relatere seg til, og at de derfor får veldig positive holdninger til astronomi og presterer bra på dette.

Bidrag fra studiene og avsluttende kommentarer

Jeg startet med å si at fysikk har hatt og fortsatt har store utfordringer når det gjelder rekruttering, holdninger og prestasjoner.

Resultatene fra våre to studier indikerer at norske elever er svært gode i astronomi, og at det kan skyldes at de har positive holdninger og at de praktiserer fagspråket. Dermed kan disse studiene være av interesse innen både utdanningspolitikk og i klasserom.

Tidligere forskning viser at det er i denne alderen holdninger tar form, og at disse holdningene kan ha betydning for senere rekruttering til fysikkfagene (Osborne et al., 2003). Muligens kan Kunnskapsløftet ha bidratt til å forsterke elevenes positive holdninger og dermed prestasjon i naturfag ved å legge vekt på emner som elevene liker. Og vi kan håpe at dette i fremtiden medvirker til økt rekruttering av elever til fysikk.

Studiene kan også være av betydning i klasserommet. Praktisering av fagspråk ser ut til å spille en viktig rolle, og lærere kan bidra ved å legge til rette for at elevene kan øve opp sitt fagspråk, f. eks ved å lage hjemmeoppgaver som involverer diskusjon med andre, eller la elevene diskutere emner på skolen i grupper. Videre kunne man utnyttet elevers positive holdninger til astronomi for å undervise andre fysikkemner som ikke er like fengende. Man kunne for eksempel benyttet astronomi som en innfallsvinkel til elektrisitet. Nordlys og solvind danner utmerkede innfallsporter for å introdusere elektrisitet (for å ta ett eksempel).

På denne måten kan man benytte elevers interesse for astronomi som inngangsport både for økt rekruttering og for bedrede prestasjoner i andre deler av fysikken. Dette kan være med på å bidra i vår søken etter løsninger på utfordringer innen realfag, utfordringer som kan ha stor betydning for vårt fremtidige samfunn og miljø.