1 SKOLELABORATORIET Bruk av masterstudenter i utforskningen av vitensenterdidaktikk Bergen 7. sept. Av Nils Kr. Rossing Vitensenteret/Skolelaboratoriet ved NTNU
2 SKOLELABORATORIET Fire masteroppgaver i naturfagdidaktikk tilknyttet PLU og Skolelaboratoriet ved NTNU Tilbudet ved Vitensenter Lene Naustdal (NTNU 2008) Skolebesøk ved vitensenter hva er hensikten? - Hvordan samsvarer lærernes og vitensentrenes målsetninger med skolebesøk til vitensenter? Camilla N. Magerøy (NTNU ) Interaktive modeller En studie utført ved Vitensenteret i Trondheim Newton energirom ved Vitensenteret i Trondheim Kai Morten L. Overå (NTNU 2010) Elevenes læringsutbytte av et skolebesøk på Newton energirom Caroline Aakerøy Moe (NTNU 2011) Newtonrommet som læringsarena i naturfag Nils Kr. Elevers Rossing - Bergen læringsutbytte 7. sept. av undervisning i elektrisitet og energi
3 SKOLELABORATORIET Fordeler: Newtonrommet som forskningsarena Samme undervisningsopplegg gjennomføres to ganger i uka Elevene er i rommet i to påfølgende dager Elevgruppen er stor og bredt sammensatt, men.. likevel en relativt homogen gruppe Oppleggene gir rom for svært variert undervisning Undervisningen kan gjøres effektiv: -Alt utstyret står klart - Godt skolerte Newtonlærere Elevene dokumenterer kontinuerlig sine funn Alle elevene gjennomgår den samme faglige sluttesten Rommet kan ev. utstyres med fast audiovisuelt utstyr for lyd- og videoopptak Ulemper: Forskjellige elever hver gang
4 SKOLELABORATORIET Vitensenteret som forskningsarena Aksjonsforskning - Egnet til aksjonsforskning men Sammensatt tilbud - Utstilling, aktiviteter, undervisningsopplegg, team building, klubbvirksomhet Innhomogent publikum (vid målgruppe) - Alle aldere, alle bakgrunner, enkeltpersoner, grupper Forskjellig motivasjon - Ha det gøy, finne noe interessant, la seg fascinere, avveksling fra vanlig undervisning (fri), lære noe nytt Normalt ingen naturlig kanal for publikums stemme - Konstrueres et verktøy for tilbakemelding
5 SKOLELABORATORIET Teorigrunnlag Generelt Hva er læring? - Om begrepsforståelse (Imsen, Sjøberg, m.fl.) - Konstruktivistisk tilnærming (Sjøberg, m.fl) Multiple intelligenser (Gardner, Frøyland) - Multiple erfaringer Formell og uformell - Newtonrom og Vitensenter som læringsarena The Contextual Model of Learning (Falk og Dierking) I tillegg for studier i utstillingen ved Vitensenteret Læring i museer (Falk og Dierking) - Valgfrihet og kontroll Hva er interaktivitet? (Humphrey & Gutwill) - Ulike typer interaktivitet.
6 SKOLELABORATORIET Forskning tilknyttet Vitensenteret i Trondheim
7 SKOLELABORATORIET Interaktive utstillingsmodeller Forskningsspørsmål Camilla N. Magerøy (NTNU ) Interaktive modeller En studie utført ved Vitensenteret i Trondheim Hvordan kan modellen utformes slik at de besøkende blir tiltrukket av modellen? det legges tilrette for at de besøkende skal bli værende ved modellen? de besøkende manipulerer modellen etter hensikten? Hvordan kan de besøkende utfordres slik at å reflektere over det de ser, og i hvilke sammenhenger leser besøkende tekst?
8 SKOLELABORATORIET Den valgte modellen Gyrohjulet
9 SKOLELABORATORIET Oppgave Situasjonsbeskrivelse Aksjonsforskning - Gjøre en endring og se på virkningen Målgruppe - Observasjon i juli/august - Familier og mindre grupper Innsamling av data - Skjult observasjon med tilstedeværelse (kun visuelt) - Intervju (innlednings- og avslutningsvis) Etisk - Avklares med ledelsen - Ingen problemer med Norsk Samfunnsvitenskapelig Datatjeneste AS (NDS) så lenge det ikke gjøres audiovisuelle opptak
0 1 2 3 4 5 6 Tiltak 0 6 10SKOLELABORATORIET
Metode Datainnsamling 11SKOLELABORATORIET Ustrukturert observasjon - Bli kjent med forskningsfeltet - Hva skal jeg se etter? Innledende intervju (før noe er endret) - Hva tenker du når du ser den modellen (peker)? Strukturert observasjon - Ikke deltagende observasjon (skjult) med tilstedeværelse (kun visuelt) Avsluttene intervju (etter optimal endring) - Hva tenker du når du ser den modellen (peker)?
Metode Registrering av data 12SKOLELABORATORIET Når har modellen tiltrukket seg oppmerksomhet? - Ved berøring av modellen. - Peking og kommentarer om modellen ble ikke registrert Når har modellen holdt på oppmerksomhet? -Vært nær den i minst 15 sek. Når har de brukt den som tiltenkt? - Krever inngående kjennskap til riktig bruk. Når har de lest utdypende tekster om modellen? - Lest utdypende tekster og svar skjult under klaffer?
Metode Pålitelighet 13SKOLELABORATORIET Aksjonsforskning krever objektiv sammenligning Når er det skjedd en signifikant forandring? Forskerens påvirkning på resultatet - Skjult observasjon (kun visuelt) Reliabilitet (grad av pålitelighet) - Avhengig og uavhengige observasjoner ( kjedereaksjoner ) - Behandler opplagt avhengige publikummere som grupper Validitet (egnethet til generalisering) - Minst 50 observasjoner (Tim Badman 1999)
0 1 2 3 4 5 6 14SKOLELABORATORIET Resultater Gjennomsnittlig tid Sekunder
0 1 2 3 4 5 6 15SKOLELABORATORIET Resultater - Tiltrekningskraft
Målemetode Måle modellens tiltrekningskraft 16SKOLELABORATORIET Utfordringer: - Hvor mange går borttil av de som går forbi? - Når defineres noen å ha gått forbi? Går forbi (overser) - Når de går så nær at ingen annen modell er mellom - Unngå å registrere flere ganger de som går fram og tilbake Går borttil (oppsøker) -Må ha rørt ved modellen
0 1 2 3 4 5 6 17SKOLELABORATORIET Resultater - Tiltrekningskraft
0 1 2 3 4 5 6 Assosiasjon til sykkel 18SKOLELABORATORIET Assosiasjon med sykkel synes ikke å ha noen betydning for korrekt bruk av modellen
Når er det signifikant forskjell mellom to testsituasjoner? 19SKOLELABORATORIET Khikvadrattest (er det signifikant forskjell?) Er det forskjell mellom to testpopulasjoner (før og etter forandring)? Nullhypotese H 0 Det er ingen forskjell Alternativ hypotese H a Det er sannsynlig at det er en forskjell Khikvadrattesten gir et mål for sannsynligheten for at nullhypotesen forkastes på feil grunnlag.
0 1 2 3 4 5 6 χ 2 = 9,16 dvs. mindre enn 1 % sannsynlig at H 0 -hypotesen forkastes feilaktig 20SKOLELABORATORIET Resultater - Tiltrekningskraft
Khikvadrattest 21SKOLELABORATORIET Tiltrekning Tiltak 1 Tiltak 2 Totalt Ja Oppsøkte modellen - Faktisk antall - O -Nei Forventet Gikk forbi antall - E - Faktisk antall - O - Forventet antall - E 71 66 137 82,2 54,2 54,2 % 82 34 116 70,1 45,8 45,8 % Totalt 153 100 253 O Faktisk målt antall E Forventet antall fra totalfordelingen χ 2 = 1,53 + 2,02 + 2,57 + 3,04 = 9,16 Signifikansnivå for at H 0 likevel er riktig: χ 2 (5%) = 3,84 og χ 2 (1%) = 6,64
0 1 2 3 4 5 6 22SKOLELABORATORIET Resultater % avalle som kom borttil som var mer enn 15 sek. Signifikant forskjell kun for T0 og T5 med krav om mindre enn 1% sannsynlighet for at H 0 likevel er rett. 1%
0 1 2 3 4 5 6 23SKOLELABORATORIET Resultater Tekst og tydelige bilder har betydning for riktig bruk av modellen
0 1 2 3 4 5 6 24SKOLELABORATORIET Resultater Lesing av tekst
Oppsummering av resultater Modellens evne til å tiltrekke seg oppmerksomhet Endret farge og overflate utgjør en signifikant forskjell Modellens evne til å holde på oppmerksomhet Kombinasjonen av modell med tilhørende bilder og enkel tekst, evner å holde på oppmerksomheten 25SKOLELABORATORIET Modellens evne til å stimulere til riktig bruk Tydelige bilder som viser riktig bruk synes avgjørende Instruerende tekst synes å ha liten betydning for riktig bruk Modellens evne til å motivere til økt læring Vanskelig å få publikum til å søke tilleggsinformasjon 1,3 6,4 % leste i etterkant.
Newton Energi-rommet som læringsarena 26SKOLELABORATORIET
Newton-rommet ved Vitensenteret 27SKOLELABORATORIET Dag 1 Fornybar energi Intro. til energibegrepet (demo, forelesning, diskusjon) Bygg en kulerullebane (aktivitet, oppsummering) Intro. til elektrisitetslære og induksjon (demo, forelesning, dialog) Induksjonsforsøk (aktivitet, oppsummering) Intro. vind og vannenergi (demo, forelesning, dialog) Bygg vindmølle og vannenergiverk (aktivitet, oppsummering) Dag 2 Fossilt brensel
28SKOLELABORATORIET Newton-rommet ved Vitensenteret Dag 1 Fornybar energi Intro. til energibegrepet (demo, forelesning, diskusjon) Bygg en kulerullebane (aktivitet, oppsummering) Intro. til elektrisitetslære og induksjon (demo, forelesning, dialog) Induksjonsforsøk (aktivitet, oppsummering) Intro. vind og vannenergi (demo, forelesning, dialog) Bygg vindmølle og vannenergiverk (aktivitet, oppsummering) Dag 2 Fossilt brensel Intro. til fossilt brensel (videoer) Undersøkelse av sandstein, sugeevne (aktivitet, oppsummering) Reservoarmodell (demo, dialog) Oljekatastrofe (aktivitet, presentasjon, oppsummering) Dampmaskin, Stirlingmotor (aktivitet, oppsummering) Intro. til drivhusgasser (demo, forelesning, dialog) Gjøre forsøk med CO 2 (demo, dialog) Oppsummering (dialog)
Variert undervisningsopplegg 29SKOLELABORATORIET Studie på egen hånd (forarbeid) Tavleundervisning Demonstrasjoner - videoinnslag - eksperimenter Oppdrag - problemstillinger, åpne oppgaver, laboratoriearbeid, arb. under stress, teamarbeid, ulike ansvarsområder Diskusjon - i plenum og i grupper - oppsummeringer Rapportering - Svare på spørsmål Refleksjon (etterarbeid) Fagprøve (etterarbeid)
Forskningsspørsmål Newton energirommet Kai Morten L. Overå (NTNU 2010) Elevenes læringsutbytte av et skolebesøk på Newton energirom Hvilke forestillinger har elevene i forhold til energibegrepet før og etter besøket på Newton energirom? Hvordan utvikles elevenes forståelse og læring knyttet til energi i løpet av besøket? 30SKOLELABORATORIET Hvordan samsvarer elevenes forventninger og oppfatninger av besøket i forhold til læringsutbyttet? Caroline Aakerøy Moe (NTNU 2011) Newtonrommet som læringsarena i naturfag Elevers læringsutbytte av undervisning i elektrisitet og energi Hvilke elever har størst utbytte av undervisningen ved Newtonrommet? I hvilken grad får elevene en forståelse av eller kunnskap om elektrisitet, magnetisme og prosessen fra energi til elektrisitet? Hvordan kan undervisningen ved Newtonrommet forbedres?
Måling av læringsutbytte i Newtonrom utfordringer med metode (utvalg) 31SKOLELABORATORIET Utvalg Elever på 9. trinn i Trondheim kommune Innen et tidsvindu på høsten Stor utfordring å få kontakt med skolen Noenlunde jevn fordeling gutt/jente, Elevene forutsettes å ha deltatt på hele opplegget - Noen faller fra (20 30 %) Etisk - Godkjennes av rektor/foreldre og - Norsk Samfunnsvitenskapelig Datatjeneste AS (NSD) Tilstrekkelig anonymisering gjør at en kan slippe å søke datatilsynet - Lærer nummerer elevene, anonymisering i rapporten
Måling av læringsutbytte i Newtonrom valg av metode 32SKOLELABORATORIET Observasjon (kjennskap til forskningsfeltet) - I Newtonrommet av aktuell gruppe - Generell undervisning i undervisningsopplegget Spørreundersøkelse - Før forarbeidet startet (pretest) - Etter at etterarbeidet er avsluttet (posttest) Intervju (utdyping av resultater fra spørrendersøkelsen) - Enkeltelever -I mindre grupper - Lærer har dels vært med å bestemme hvem som skal intervjues
Måling av læringsutbytte i Newtonrom utfordringer med metode - spørreundersøkelsen 33SKOLELABORATORIET Spørreundersøkelse Svært arbeidsomt å utarbeide gode spørreundersøkelser - Stort sett samme spørsmål før og etter - Test av spørsmålene med aktuelle elever utenfor testgruppen Ulike typer spørsmål - Flervalgsspørsmål, beskrivende, påstander, knyttet til figurer Være tilstede i klasserommet under testene - Sørge for å motivere elever - Se hvordan de arbeider med spørsmålene Behandling av data. - Gi poengsummer for riktige eller delvis riktige svar - Vanskelig ved tekstoppgaver
Eksempler 34SKOLELABORATORIET
Eksempler 35SKOLELABORATORIET
Eksempler 36SKOLELABORATORIET
Måling av læringsutbytte i Newtonrom utfordringer med metode - intervju 37SKOLELABORATORIET Intervju Semistrukturert intervju Utdype tendenser i spørreundersøkelsen - Økt dybdeforståelse Enkeltvis (20 40 min) - Tilbakeholden, uttrygg, problemer med å huske + I dybden på den enkelte elevs forståelse I mindre grupper (30 40 min) + Tryggere, + Stimulerer hverandre + Observere samtalen - I mindre grad i dybden av den enkeltes elevs forståelse Kai Morten (4 enkelt intervjuer, 2 dobbelt intervjuer) Caroline (8 intervjuer)
Måling av læringsutbytte i Newtonrom 38SKOLELABORATORIET Sammenligne gutt/jente Sammenligne ulike grupper/klasser Sammenligne utbyttet for - flinke, - middels flinke og - mindre flinke
Læringsutbytte etter besøket Masterstudie : Elevenes forståelse av energibegrepet før og etter ved Kai Morten Overå (2010) 39SKOLELABORATORIET
40SKOLELABORATORIET Læringsutbytte etter besøket (Masterstudie : Elevenes forståelse av energibegrepet før og etter) ved Kai Morten Overå (2010) Utvalg: To skoler, 40 elever (omtrent likt antall gutter og jenter) Metode: Spørreundersøkelse, før og etter besøket Intervjuer, observasjoner Resultater: - 17, 3 % forbedring (15,1p til 23,9p av totalt 50 p) - Bedre kunnskaper om fornybare enn om ikke-fornybare energikilder - Liten kunnskap om energikjeder og energiomdanning - Stillingsenergi og bevegelsesenergi forbindes med hvordan fenomenet opptrer - Liten forståelse for de glidende overgangene mellom energiformene - God forståelse for omdanning fra vind/vand til elektrisk energi - Liten kunnskap spesielt om omdanning fra fossilt brensel til elektrisitet -Elever med middels forkunnskaper viser størst læringsutbytte
Læringsutbytte etter besøket Masterstudie : Elevenes læringsutbytte av undervisning i elektrisitet og energi ved Caroline Aakerøy Moe (2011) 41SKOLELABORATORIET
42SKOLELABORATORIET Læringsutbytte etter besøket (Masterstudie : Elevenes læringsutbytte av undervisning i elektrisitet og energi) ved Caroline Aakerøy Moe (2011) Utvalg: En skole, 35 elever (litt færre gutter enn jenter) Metode: Spørreundersøkelse, før forarbeid og etter etterarbeid Intervjuer, observasjoner Undersøkelsen tok for seg: - Anvendelse av energi og elektrisitet - Forklaringsmodeller og begreper knyttet til elektrisitet og kretser - Kunnskap om magneter og magnetisme - Energiomvandling, turbin/generator - Elektrisk energi fra vann, vind, kull og andre ikke-fornybar energikilde
43SKOLELABORATORIET Læringsutbytte etter et besøk (Masterstudie : Elevenes læringsutbytte av undervisning i elektrisitet og energi) ved Caroline Aakerøy Moe (2011) Utvalg: En skole, 35 elever (litt færre gutter enn jenter) Metode: Spørreundersøkelse, før forarbeid og etter etterarbeid Intervjuer, observasjoner Resultater: Av 58 poeng, fra 25,5 p til 29,1 p en forbedring på 3,5 p (5,3 %p) Jenter (6,8 %p) jevnt over bedre enn gutter (3,3 %p) Jenter ønsker mer veiledning og forklaring Gutter ønsker mindre prat og flere praktiske forsøk Elever med middels forkunnskaper får størst utbytte Sprik mellom elevenes egen opplevelse av læringsutbyttet og resultat av test
44SKOLELABORATORIET Læringsutbytte etter et besøk (Masterstudie : Elevenes læringsutbytte av undervisning i elektrisitet og energi) ved Caroline Aakerøy Moe (2011) Forslag til forbedringer: Økt fokus på oppsummering, diskusjon og refleksjon etter aktiviteter Økt fokus på veiledning og svare på spørsmål Økt fokus på å forklare begreper i elektrisitetslæra Bruke et enkelt språk og gjenta ny begreper flere ganger Økt vekt på for- og etterarbeid Økt fordypning av færre læringsmål Økt bevisstgjøring av elever mht. hensikten med de praktiske forsøkene Mer reflektert bruk av konkurranser
Oppsummering 45SKOLELABORATORIET Masterstudenter er en viktig ressurs for å gjøre undersøkelser i Vitensenter og Newtonrom Newtonrom er en egnet arena for forskning, spesielt aksjonsforskning Vitensenteret er en krevende arena for forskning, men egnet for aksjonsforskning Både Newtonrom og Vitensenter er primært steder som skaper positive og motiverende opplevelser og mindre egnet til, der og da, å gi læring slik vi tradisjonelt definerer det.