Djupnelæring 15. JANUAR 2018 Liv Oddrun Voll NATURFAGSENTERET, UNIVERSITETET I OSLO
Innhald DJUPNELÆRING... 3 KOMPONENTAR I DJUPNELÆRING... 4 KUNNSKAPAR... 4 FERDIGHEITER... 4 OPPFATNINGAR... 5 UNDERVISE FOR DJUPNELÆRING... 5 SAMANHENGAR Å KNYTTE TIL FORKUNNSKAPAR... 5 ØVING GJER MEISTER... 6 KUNNSKAP OM RESULTATA... 6 Tankeprosessar... 7 UTVIKLING AV OPPFATNINGAR... 7 UNDERVISNING SOM FREMMAR DJUPNELÆRING... 7 2
Djupnelæring Ludvigsenutvalet fekk i oppdrag å vurdere innhaldet i faga i grunnskolen opp mot krav til kompetanse i eit framtidig samfunns- og arbeidsliv 1. Som resultat av faggjennomgangen konkluderte utvalet med at innhaldet i skolen er for omfattande og fragmentert. Dette gjeld også for naturfag. I engelskspråkleg litteratur har naturfagundervisning i skolen blitt karakterisert som «a mile wide and an inch deep». For å betre læringsutbyttet rår Ludvigsenutvalet at skolen heller bør konsentrere seg om djupnelæring i nokre sentrale og grunnleggande byggesteinar i faga 2. Men kva inneber djupnelæring, og kva betyr det for naturfaget i norsk skole? Djupnelæring betyr at elevane gradvis og over tid utviklar si forståing av omgrep og samanhengar innanfor eit fag. Læringsutbyttet hos elevar aukar når dei gjennom djupnelæring utviklar ei heilskapleg forståing av fag og ser samanhengar mellom fag, samt greier å bruke det dei har lært til å løyse problem og oppgåver i nye samanhengar 3. Overflatelæring står i kontrast til djupnelæring. Overflatelæring blir karakterisert av at elevane jobbar med ny kunnskap utan å kople det til kva dei kan frå før, fakta og prosedyrar memorerast utan refleksjon og forståing, og elevane har problem med å overføre eksempel til nye oppgåver. Djupnelæring derimot, signaliserer ei anna retning med fokus på samanhengar mellom omgrep og mellom ny kunnskap og forkunnskapane til elevane. Elevane er aktive i eigen læringsprosess, bruker relevante læringsstrategiar og reflekterer over eiga læring. Omgrepet djupnelæring har bakgrunn i kognitiv og psykologisk utdanningsforsking om korleis elevane lærer. Læringsforskinga har over fleire tiår fremma språk og sosial samhandling som avgjerande for læring. Læring føregår ikkje i isolasjon, men i samhandling med andre gjennom bruk av språk. Djupnelæring føreset at elevane forstår korleis kunnskap blir til gjennom dialog, noko som krev at dei lærer å vere kritiske og kan vurdere logikken i eit argument. Djupnelæring er ikkje noko nytt for norske lærarar. Det har lenge vore kjent at læring krev meir enn det å hugse fakta utan å reflektere over formålet eller eigne læringsstrategiar. Rapporten om framtidas skole frå Ludvigsenutvalet har medverka til eit forsterka fokus på djupnelæring. 1 NOU 2014:7 Elevens læring i fremtidens skole 2 NOU 2015:8 Fremtidens skole 3 Meld. St. 28, Fag - Fordypning - Forståelse. 3
Komponentar i djupnelæring Djupnelæring betyr å utvikle eit nettverk innanfor tre hovudområde: kunnskapar, ferdigheiter og oppfatningar 4, sjå tabell 2. Tabell 2. Kjenneteikn på djupnelæring 5 Komponent Område Kjenneteikn på djupnelæring Kunnskapar Ferdigheter Fakta Forklaringsmodellar Prosedyrar Strategiar Integrert i ein samanheng heller enn separate fakta Forstår samanhengar mellom omgrep, modellar, teoriar og lover Automatisert heller enn merksemdskrevjande Bruk av spesifikke kognitive og metakognitive strategiar Oppfatningar Tru på eigne evner Resultat avheng av innsats, ikkje berre medfødde evner Kunnskapar Det er nødvendig med nokre grunnleggande faktakunnskapar, for eksempel det å vite at hjertekammeret er ein del av hjartet eller å kunne ramse opp planetane i solsystemet. Men elevane må få hjelp til å sjå faktakunnskap frå ulike fenomen eller fagområde i samanheng med kvarandre. For eksempel at det er dei same elektrona som beveger seg i ein elektrisk krins (fysikk) og som bidreg i ei kjemisk binding (kjemi). Lærarar kan ikkje forvente at elevane skal sjå slike samanhengar av seg sjølve, og læraren må gjennom eksplisitt undervisning og aktiviteter gradvis hjelpe elevane til å sjå samanhengar. Kunnskap i naturfag bygger på nokre grunnleggande forklaringsmodellar. Dette inkluderer omgrep (for eksempel molekyl og energi), lover (for eksempel Newtons lover og Mendels arvelover), modellar (for eksempel den kinetiske partikkelmodellen for stoff) og teoriar (for eksempel evolusjonsteorien). Djupnelæring handlar om å sjå samanhengar mellom grunnleggande omgrep og forklaringsmodellar og ulike fenomen i naturen. Ferdigheiter Naturfag er eit praktisk fag som består av prosedyrar ferdigheiter i bruk av utstyr og gjennomføring av ulike typar undersøkingar og observasjonar. Det kan vere bruk av 4 Pellegrino, J.W, Hilton, M.J. (2012): Education for Life and Work 5 Mayer, R.E. (2010). Applying the science of learning. Upper Saddle River, NJ: Pearson. 4
mikroskop, gassbrennar, skalpell, batteri og leidningar eller måleutstyr av ulikt slag. Eller det kan vere å kunne gjennomføre kjemiske forsøk, skrive naturfaglege rapportar, utføre rekneoperasjonar (for eksempel førstegradslikningar v = s / t) eller bruke felthandbøker og bestemmingsnøklar. Det betyr også å kunne formulere hypotesar, gjere observasjonar og sjå etter kjenneteikn. Når vi skal gå laus på ei oppgåve, brukar vi ulike strategiar metodar for å komme i gang og gjennomføre oppgåva. Det er to nivå av strategiar for problemløysing eller gjennomføring av ei oppgåve. Det eine nivået er ein strategi for å løyse eit konkret problem eller oppgåve (kognitive strategiar), og det andre er å velje eller vurdere moglege strategiar (metakognitive strategiar). For eksempel har vi spesifikke kognitive strategiar for å rekne ut areal og volum, strategiar for å klassifisere steinar, måle ph i ei væske eller finne resistansen til ei komponent i ein elektrisk krins. Lesestrategiar er spesifikke metodar til å trekke ut informasjonen frå ein tekst. Omgrepet metakognitiv («tenking om tenking») blir brukt om val av løysingsstrategiar og overvaking og vurdering av prosessen undervegs. God problemløysing avheng vel så mykje av val av løysningsmåtar som av sjølve utføringa. Metakognitive ferdigheiter kan elevane lære og utvikle gjennom skoleløpet. Elevane kan lære mentale strategiar for å halde fokus på oppgåva, overvake framgang og progresjon, reflektere over eigne styrkar og svakheiter og rette opp feil. Elevane øver best på metakognitive ferdigheiter i samband med konkrete oppgåver og ikkje som generelle ferdigheiter 6. Oppfatningar Med oppfatningar meiner vi her sjølvoppfatning, motivasjon og tru på at læring avheng av innsats og ikkje berre av medfødde evner. Dette er noko elevane kan lære og utvikle 7. Særskilde tilbakemeldingar frå lærar som legg vekt på innsatsen til elevane i staden for resultat, stimulerer til motivasjon og tru på eigne evner 8. Undervise for djupnelæring Samanhengar å knytte til forkunnskapar Den aukande merksemda om behovet for djupnelæring, bygger i stor grad på ny kunnskap om kognitive funksjonar og korleis hjernen arbeider, lagrar og hentar fram kunnskapar og 6 Pellegrino, J.W, Hilton, M.J. (2012): Education for Life and Work 7 NOU 2014:7 s 37 8 Blackwell, Trzesniewski, og Dweck (2007): Theories of intelligence and achievement across the junior high school transition. Child Development, 78, 246-263 5
ferdigheiter. Arbeidsminnet er den delen av hjernen som bevisst behandlar informasjon som kjem frå dei ulike sansane. Hovudutfordringa for arbeidsminnet er kapasitet kor mykje informasjon som kan bli behandla samtidig. Kapasiteten er avhengig av korleis kunnskapen er organisert. Dei færraste menneske klarar å hugse ei tilfeldig rekke med tal, men alle med litt kunnskap om norsk historie vil klare å hugse 1814 1905 1940 2011. Grunnen til at vi klarer å hugse denne rekka, er at vi forbind talrekka med informasjon vi allereie har lagra i langtidsminnet. I motsetning til arbeidsminnet er det i praksis inga avgrensing for lagringskapasiteten i langtidsminnet, og den kan hente fram informasjon veldig raskt. Når vi kjører på ski, treng vi ikkje tenke aktivt på kvar bevegelse. Har vi først lært det, blir kunnskapen henta fram raskt, effektivt og utan at vi bevisst treng å tenke på korleis ferdigheita blir utført. Det som skil ekspertar frå nybegynnarar på ulike fagområde, er at djupneforståing hos ekspertar gjer at dei raskt kan tolke og trekke slutningar ut frå ny informasjon. Årsaka er at dei knyter idear til allereie kjente omgrep og prinsipp. Det som betyr mest i ein læringssituasjon, er i kor stor grad vi klarar å hente fram informasjon eller ferdigheiter som er lagra i langtidsminnet og knyte det til det nye vi skal lære. Øving gjer meister Strategiar og prosedyrar må vi trene på og i størst mogleg grad automatisere, og dette tek lang tid. Tidleg i læringsprosessen må den som skal lære «snakke seg gjennom» oppgåva, mens ho blir utført. Det gjeld både om vi skal lære ei praktisk ferdigheit som å utføre eit eksperiment eller ein teoretisk prosedyre som å løyse ei rekneoppgåve. Men når dei ulike delane av ferdigheita er lagra i langtidsminnet, går det raskt å utføre oppgåva vi nå har lært. Etter tilstrekkeleg øving blir ferdigheita automatisert og vi er ikkje lenger avhengig av den avgrensa kapasiteten i arbeidsminnet. Vi treng ikkje bruke bevisstheita til å overvake korleis ferdigheita skal bli utført og kan bruke den mentale kapasiteten vår til å fokusere på fagstoffet som er i fokus. Kunnskap om resultata Men øving aleine er ikkje nok til å tileigne seg ei ny ferdigheit, og praksis utan tilbakemelding fører til lite læring. Eleven treng også tilbakemelding om oppgåva blir utført på ein god måte. Viss eleven gjer feil, er det viktig for læring at tilbakemeldinga ikkje berre peikar på kva som er feil, men forklarar kvifor det er feil og korleis det kan gjerast betre. 6
Undervisninga må legge til rette for at elevane får vist korleis dei tenker og kor langt dei har komme i forståinga si. Ritchart et al (2011) 9 definerer åtte tankeprosessar som eksempel på korleis eleven kan gjere tankane sine og forståinga si synleg for læraren. Utvikling av oppfatningar Vi kan skilje mellom elevar som har utvikla eit statisk tankesett og elevar som har utvikla dynamisk tankesett. Elevar med statisk tankesett trur at evner er medfødt og ikkje kan forandre seg, medan elevar med dynamisk tankesett trur at evner kan forandre seg gjennom innsats. Kva for tankesett eleven utviklar har stor betydning for læring. Lærar kan stimulere utvikling av tankesettet til elevane gjennom kva for tilbakemeldingar dei gir. Tilbakemeldingar som fokuserer mest på resultat, stimulerer til utvikling av eit statisk tankesett, og det blir viktig for eleven å bli oppfatta som «flink». For eksempel: «Du løyste oppgåva raskt og det var heilt rett. Du er så flink!» Kanskje denne oppgåva eigentleg var for enkel for eleven? Det blir viktig for eleven å velje oppgåver som er lette nok til fortsatt å vere flink. Tilbakemeldingar som stimulerer til utvikling av eit dynamisk tankesett fokuserer på innsatsen til eleven i større grad enn prestasjonen. Slike tilbakemeldingar er for eksempel: «Eg ser korleis du forsøkte forskjellige strategiar for å løyse oppgåva heilt til du fekk det til» eller «Eg ser at du har arbeidd hardt for å løyse oppgåva. La oss saman sjå om vi kan finne ut kva som er vanskeleg.» Tankeprosessar 1. Observere nøye og beskrive det som er der 2. Bygge forklaringar og tolkingar 3. Resonnere basert på bevis (evidens) 4. Gjere koplingar 5. Vurdere ulike synspunkt og perspektiv 6. Fange essensen og formulere konklusjonar 7. Undre seg og stille spørsmål 8. Avdekke kompleksitet og gå i djupna Undervisning som fremmar djupnelæring Undervisning som fremmar djupnelæring i naturfag er kjenneteikna ved at ho hjelper og rettleiar eleven til å bygge robuste mentale nettverk, at ny kunnskap blir knytt til eksisterande forkunnskapar og at samanhengar både mellom dei ulike fagområda innan naturfaga (fysikk, kjemi, biologi, geofag og teknologi) og mellom naturfag og andre fag blir synleggjort. Opplæringa må gi elevane tilstrekkeleg tid til å øve på sentrale ferdigheiter og prosedyrar, slik at dei i størst mogleg grad blir automatiserte. Elevane må få tilbakemeldingar frå lærar som stimulerer til innsats og ikkje berre fokuserer på resultat, og oppgåver kor dei får vist forståing, kunnskapar og ferdigheiter. Slik undervisning bidreg til å bygge robuste mentale 9 Ritchart et al (2011): Making Thinking Visible 7
nettverk med gode samanhengar mellom omgrep og kunnskap frå ulike område. Det gjer at elevane lettare kan tolke og trekke slutningar ut frå ny informasjon, knytte til eksisterande kunnskap og bruke det dei har lært til å løyse problem og oppgåver i nye samanhengar. Undervisning som fremmar djupnelæring er kjenneteikna ved at dei 10 : - brukar samansette og varierte representasjonar både når det gjeld omgrep og oppgåver - oppmuntrar til utforsking, til å stille spørsmål og til å forklare - engasjerer elevane i utfordrande oppgåver og problemstillingar, støttande og tilpassa rettleiing er nødvendig - modellerer oppgåva ved bruk av gode eksempel (eksemplarisk prinsipp) - brukar tid til å øve ferdigheiter - stimulerer motivasjon og tru på eigne evner hos elevane - inkluderer tilbakemeldingar og undervegsvurdering - bygger på tidligare kunnskapar hos elevane ved å knytte dei til nytt stoff - ser fagstoff i samanheng med andre fag - 10 Pellegrino, J.W, Hilton, M.J. (2012): Education for Life and Work, s. 181 8