Hjärnforskning ger förståelse för lärande i naturvetenskap

Allt lärande hänger samman med ändringar i hjärnan. Forskningen om relationen mellan lärande och ändringar i hjärnan kan användas i skolan genom att den ökar förståelsen för vad som händer när elever lär sig något och varför vissa saker är svåra att lära.

Den här artikeln presenterar resultat av forskning. Texten är framtagen vid ett universitet eller högskola på uppdrag av Skolverket. Refererade forskare svarar självständigt för innehållet.
Läs om hur vi sammanställer och sprider kunskap om resultat av forskning

Forskare inom neurodidaktik tittar på hur hjärna och lärande hänger ihop. Tack vare framsteg inom neuroforskning vet forskare nu en hel del om vad som händer i hjärnan när vi lär oss. Den mesta forskningen handlar än så länge om att lära sig läsa och räkna. Men det finns även forskare som tittar på vad som händer i hjärnan när vi lär oss naturvetenskap. En av dessa forskare är professor Kevin Dunbar vid universitetet i Maryland, USA.

Till sin hjälp har han teknik som till exempel funktionell avbildning med magnetresonans (fMRI). Den visar aktiviteten i hjärnan genom att mäta var halten av syre blir lägre. Genom att se vilka delar av hjärnan som är aktiva går det att säga något om vad hjärnan gör när en person svarar på en uppgift. Kevin Dunbar menar att denna kunskap kan vara till nytta i skolan. I sin forskning har han bland annat försökt ta reda på vad som händer i hjärnan när man ändrar förståelse av begrepp.

Begreppsförståelse ”avslöjas” genom hjärnaktivitet

Ett exempel är Newtons mekanik, som bland annat säger att saker faller lika snabbt även om de väger olika mycket. Det är mycket vanligt att tro att en tung boll faller fortare än en lätt boll. Att lära sig att det inte är så kräver en ändrad förståelse för detta begrepp. I sina experiment jämförde forskarna hjärnans aktivitet hos personer som inte läst fysik med erfarna fysikstudenter. Personerna fick se filmer där olika stora bollar antingen föll lika fort eller så föll den större bollen fortare. Uppgiften var att svara på om det filmen visade stämmer.

Forskarna tittade bland annat på hur aktiva de delar av hjärnan var som bidrar till att undertrycka information som verkar vara fel. Deras resultat visade att denna del av hjärnan var aktiv när de som inte läst fysik såg en video där båda bollar når marken samtidigt. För de som läst fysik var det tvärtom. Experimenten visar att det går att se om begrepp har ändrats eller inte på aktiviteten i hjärnan. Ett intressant resultat var att samma aktivitet fanns hos studenterna som inte läst fysik både när de gav rätt och fel svar. Forskarna tolkar det som att personer kan lära sig att ge rätt svar utan att de på djupet förstår varför.

En del teorier om ändring av begrepp går ut på att en elevs felaktiga begrepp omvandlas och ersätts med ett nytt när de lär sig. Enligt Kevin Dunbar kan det för vissa begrepp i stället vara så att det gamla begreppet är kvar, men att hjärnan undertrycker det. Aktiviteten i de delar av hjärnan som undertrycker information kan tyda på det, enligt Dunbar:

- Det går i princip att se ’lämningar’ av gamla begrepp i sättet som personer tänker och resonerar.

Olika delar av hjärnan aktiv hos olika personer

Gruppens forskning har även visat att det finns andra sätt som ändring av begrepp kan ske på. I ett experiment jämförde de personer som läst kemi med personer som inte gjort det. Ämnet var vad som händer när vatten går från flytande fas till ånga. Personerna fick se bilder med olika alternativ för vattnets molekyler, och skulle avgöra vilken som var rätt. Det är vanligt att tro att det är de starka bindningarna mellan atomerna i vattnets molekyler som bryts när det bildas ånga, snarare än svaga bindningar mellan molekylerna.

Resultaten visade att de två grupperna hanterade bildernas information på olika sätt. För de som läst kemi var det framför allt delar av hjärnan som har med språk och teoretisk kunskap att göra som blev aktiva. För de som inte läst kemi var det områden som kopplas till det visuella som blev aktiva. I det här fallet innebär den ändring av begrepp som skett när personerna läst kemi att hjärnan byter kategori för kunskapen snarare än ändrar dess struktur.

- Vi kunde se att genom att avbilda hjärnan kunde vi få insikter om hur personer representerar sin kunskap, enligt Dunbar.

Neurodidaktik stödjande, inte styrande

Än så länge har neurodidaktik inte fått så stort genomslag i skolan. Samtidigt som en del lärare är misstänksamma mot fältet så har andra höga förväntningar. En del tänker att resultat från forskningen direkt ska avgöra vad som är bästa sättet att undervisa. Kevin Dunbar menar att det är en överdriven förväntning. Enligt honom kommer neurodidaktisk forskning inte att visa hur lärare ska undervisa. Snarare kommer det att handla om att bekräfta eller motbevisa teorier om lärande som redan används av lärare. Han är noga med att poängtera vikten av att inte dra för stora slutsatser.

- Vi säger inte att allt vi behöver göra är att titta på hjärnan och sen kommer vi att veta allt om naturvetenskapligt lärande, säger Kevin Dunbar.

Förespråkare menar att kunskap om neurodidaktik kan hjälpa lärare att värdera idéer om hjärna och lärande som redan är spridda i samhället. Till exempel tror många att personer kan delas in utifrån vilken hjärnhalva som dominerar deras sätt att tänka.

Enligt denna idé är vänster hjärnhalva logisk och analytisk, medan höger är intuitiv och emotionell, något som går bortom de belägg som finns för specialisering hos hjärnhalvorna för vissa funktioner. Undervisning som baseras på denna ’neuromyt’ riskerar därför att inte ha någon effekt. Med kunskap om neurodidaktik kan lärare undvika metoder som bygger på förenklade antaganden om hur hjärnan fungerar.

Lärares och forskares ömsesidiga förståelse väsentlig

För att lärare ska kunna ta till sig forskning kring hjärna och lärande behöver de först få kunskap om hur hjärnan fungerar. Detta är en av flera utmaningar för att neurodidaktik ska komma ut till skolan. En annan utmaning handlar om att forskare ibland har för lite kunskap om andra områden än sitt eget. Till exempel kan ”lärande” ha olika mening i olika fält, vilket ökar risken för missförstånd och övertolkningar. Det behövs därför en dialog mellan de som främst forskar inom utbildning och de som forskar kring hjärnan.

Andra utmaningar handlar om att forskare inom neurovetenskap behöver förstå förutsättningarna i skolan bättre. Neuroforskare vet ibland ganska lite om forskning kring lärande, eller vilka metoder för undervisning som faktiskt används i skolan. Med en bättre förståelse för detta skulle de kunna ställa frågor i forskningen som är mer relevanta för skolan.

Kunskapen säkrare om resultat pekar åt samma håll

Det är också viktigt att ta fram metoder för forskning som är så relevanta som möjligt för skolan. På grund av de känsliga och komplicerade apparater som används vid en del neuroexperiment så måste personen ibland ligga stilla i en maskin. För att det ska bli bra mätningar ska personen röra sig så lite som möjligt, och får ibland bara svara genom att röra fingrarna. Eftersom sådana experiment är långt ifrån skolans vardag är det viktigt att inte dra för stora slutsatser från experimenten. Kevin Dunbar tycker att tekniker och metoder från både traditionell och neurobaserad forskning ska användas för att tillsammans ge en bättre bild.

- Du kan inte förlita dig på bara en av dessa tekniker, du måste använda dem tillsammans. Och när de konvergerar mot ett svar så leder det oss till en djupare förståelse.

Neurodidaktik bidrar med viktig kunskap

Det finns kritiker som menar att det är ett för stort steg att föra över vad vi vet om hjärnan till skolan. Kevin Dunbar menar dock att forskning inom neurodidaktik kan hjälpa lärare att göra det lättare för elever. Han ser det som ett bra komplement till traditionella sätt att se på och forska om lärande, eftersom de vanliga teorierna om lärande helt enkelt inte svarar på varför vissa saker är svåra att lära sig.

- Det finns aspekter av hur hjärnan organiserar och delar upp världen som verkligen påverkar det sätt vi förstår världen och naturvetenskapen på, säger Kevin Dunbar.

Intervju: Konrad Schönborn
Text: Gunnar Höst

Artikeln Educational Neuroscience: New Discoveries from Bilingual Brains, Scientific Brains, and the Educated Mindlänk till annan webbplats

Artikeln Neuroscience and education: from research to practice? länk till annan webbplats

Senast uppdaterad 20 mars 2019