Ett bra sätt att lära sig nya regler och samband inom fysik är att diskutera tillsammans med andra. Gruppdiskussioner med fokus på verklighetsanknutna kontextrika problem är ett relativt enkelt sätt att åstadkomma sådana lärande samtal.
Kontextrika problem har från början utvecklats och använts vid University of Minnesota. Här är de viktigaste egenskaperna hos kontextrika problem:
Vi lär oss mest då vi har möjlighet att diskutera våra uppfattningar och idéer med andra. Att bara lyssna till en välformulerad genomgång eller använda en välstrukturerad lärobok leder inte automatiskt till förståelse.
Eleverna behöver få chansen att bearbeta ett ämne genom att diskutera, ifrågasätta och pröva sina idéer tillsammans med kamrater. De behöver få prata om det som de är osäkra på. Det är här kontextrika problem, utformade på rätt sätt, kan leda till en djupare förståelse.
Många elever vill ha mer verklighetsanknytning i fysiken. Att införa gruppdiskussioner runt mer verklighetsanknutna, kontextrika, problem är ett relativt enkelt sätt att förändra undervisningen på, så att både verklighetsanknytning och diskussioner kommer in. En sådan förändring kräver inga omläggningar av schemat och den ger också en möjlighet för eleverna att lära sig mer om verklig problemlösning.
Att lösa problem är ett viktigt inslag i fysikundervisningen och eleverna löser ofta mängder av problem och uppgifter. Dessa finns vanligtvis i slutet av lärobokens kapitel. Problemen i läroböckerna är emellertid ofta idealiserade och de har ibland en liten anknytning till elevernas vardag och omgivning. Detta kan medföra att eleverna inte själva behöver fatta några beslut om vad som är viktigt eller om hur problemet ska lösas. De kan nöja sig med att se det hela som en övning i att hitta rätt formel.
Därför är det viktigt att förändra problemen så att de blir mer verkliga och därmed även något mer komplicerade. Samtidigt är det också viktigt att öva en bättre problemlösningsstrategi än enbart formelsökande. En möjlighet att göra problemlösningen i undervisningen mer stimulerande och lärorik är att förändra problemen och sätta in fysiken i ett sammanhang, det vill säga att konstruera kontextrika problem.
Genom att använda kontextrika problem blir problemlösningen mer verklighetsanknuten och intressant för eleverna. De får riktiga problem att lösa och inte bara uppgifter där det gäller att sätta in värden i vissa formler. De kontextrika problemen ger samtidigt eleverna en möjlighet att diskutera vilken fysik som bör användas och hur de ska gå tillväga i sitt arbete med att lösa uppgiften.
Ett bra sätt att komma igång med att konstruera egna kontextrika problem är att utgå från ett mer traditionellt läroboksproblem. Därefter kan man med hjälp av både sin egen fantasi och kunskap om kontextrika problem formulera en ny variant på problemet.
I ett rum där det är 22 °C, och trycket är 101 kPa stängs ett kylskåp som ännu inte är påslaget. När man slår på kylskåpet sjunker temperaturen till 8 °C. Kylskåpsdörren har dimensionerna 0,61 m x 1,1 m. Beräkna den resulterande kraften på kylskåpsdörren om trycket i kylskåpet inte jämnas ut.
Du hamnar i diskussion med en kompis om hur jobbigt det kan vara att öppna en kylskåpsdörr. Kylskåpet är inte påslaget och det står i ett kök där det är 22 °C. Det är först öppet, men stängs sedan och slås på. Temperaturen i kylskåpet sjunker då till 8 °C.
Hon påstår: ”Du orkar aldrig öppna kylskåpet utan att trycket först jämnas ut.”
Stämmer detta påstående?
Här är problemet omformulerat och du är satt i centrum för berättelsen. Som synes är problemet nu mer öppet då man själv måste anta vilka dimensioner kylskåpet har samt vad trycket i rummet är. Här går det givetvis att plocka bort temperaturangivelserna också, men man får vara medveten om att svårigheten ökar om problemet öppnas upp även på detta sätt.
En viktig del i de kontextrika problemen är hur frågan ställs. Istället för att som i det traditionella fysikproblemet fråga direkt efter kraften, så omformuleras frågan till om du orkar öppna kylskåpsdörren. På så sätt måste eleverna själva ta ställning till vad de ska räkna ut. När de väl har gjort det måste de även värdera om de klarar det eller inte. De resonemang som måste göras för att lösa ett problem av den här typen är passande för gruppdiskussioner. Många elever motiveras också och känner sig mer inspirerade att lösa uppgifter med denna typ av formuleringar och frågeställningar.
I den här uppgiften kan man välja att först räkna ut trycket i kylskåpet, därefter bestämma hur stor kraft man måste dra med för att öppna skåpet och sedan värdera om det överhuvudtaget är möjligt. Ett annat sätt lösa uppgiften på är att först göra en bedömning av hur mycket man orkar dra och därefter beräkna vid vilken kylskåpstemperatur som kraften är så stor. Att problem går att lösa på flera sätt är ofta en positiv effekt av denna typ av frågeställningar.
En ytterligare positiv effekt av att formulera öppnare problem på detta sätt är att eleverna i större utsträckning får träna sin problemlösningsförmåga. Problemen ska vara konstruerade på ett sådant sätt att det inte räcker med att bara hitta en formel, utan eleverna behöver också själva hitta en strategi. Som lärare har man därmed, i samband med denna typ av uppgifter, ett ypperligt tillfälle att resonera om hur man löser fysikproblem och vilka strategier som i allmänhet kan vara lämpliga.
Vid University of Minnesota har man i många år arbetat med kontextrika problem i fysik. Där har man funnit att grupper fungerar bäst med tre elever i varje grupp. Man har också funnit att kunskapsmässigt heterogena grupper fungerar bättre än homogena.
I grupper om två finns det ofta för lite kunskap i gruppen för att lösa problemen, och i grupper om fyra så tenderar en person att hamna utanför processen. Med utgångspunkt i detta kan man dela in eleverna i grupper med tre personer i varje grupp samt utifrån hur de ligger till kunskapsmässigt.
Det är viktigt att det här arbetssättet först introduceras och att man pratar om att i en väl fungerande grupp så samarbetar man och ser till att alla har förstått innan man går vidare. Uppgiften är alltså inte klar när man kommit fram till en lösning, utan först när varje medlem i gruppen förstår den och på egen hand kan redogöra för den.
I effektiva grupper som arbetar väl uppkommer dessa roller naturligt och skiftar mellan eleverna. Rollspelet är en teknik för att få dysfunktionella grupper att arbeta bättre tillsammans. Rollerna hjälper elever som ännu inte lärt sig hur man arbetar tillsammans i ett team att utveckla den förmågan. Ha tålamod, rollerna fungerar, men för vissa elever tar det tid.
Om samarbetet i en grupp inte fungerar bra så är förutsättningarna för lärande sämre. Därför är det viktigt att läraren använder tid för att få grupperna att fungera. Det kan bland annat ske genom att läraren gör egna observationer av arbetet i gruppen. Det kan också vara en god idé att låta grupperna avsluta varje arbete med att diskutera vad som har varit bra och dåligt och hur man ska förbättra det nästa gång. Om eleverna har svårt att ge ärliga omdömen om varandra så kan det vara bra att använda en anonym enkät.
Som lärare behöver man naturligtvis arbeta med kontextrika problem på det sätt som passar en själv och ens elever bäst. Här ges ett exempel på hur en lektion kan planeras.
I slutet av ett arbetsområde kan man använda sig av gruppdiskussioner om kontextrika problem, både som en sammanfattning och som en repetition. Några lektioner innan ett eventuellt provtillfälle kan detta vara lämpligt.
För dig som vill komma igång direkt finns exempel på kontextrika problem att välja mellan. Det finns en bredd i problemen för att lärare som undervisar i olika kurser ska kunna gå ihop för att pröva och utveckla metoden tillsammans, trots att eleverna arbetar med helt olika områden.
Problemen är fördelade på kurserna fysik 1 och 2 inom områdena rörelse och krafter, energi och energiresurser, strålning inom medicin och teknik, klimat och väderprognoser, vågor, elektromagnetism och signaler samt universums utveckling och struktur.
Ett bra sätt att komma igång med att konstruera egna kontextrika problem är att utgå från ett mer traditionellt läroboksproblem. Därefter kan man med hjälp av både sin egen fantasi och kunskap om kontextrika problem formulera en ny variant på problemet.
Här hittar du några exempel på kontextrika problem som berör det centrala innehållet i kursen fysik 1. Problemen är fördelade inom områdena rörelse och krafter, energi och energiresurser, strålning inom medicin och teknik samt klimat och väderprognoser.
Hastighet, rörelsemängd och acceleration för att beskriva rörelse Pdf, 297 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 297 kB)
Krafter som orsak till förändring av hastighet och rörelsemängd, impuls Pdf, 231 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 231 kB)
Jämvikt och linjär rörelse i homogena gravitationsfält och elektriska fält Pdf, 211 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 211 kB)
Arbete, effekt, potentiell energi och rörelseenergi för att beskriva olika energiformer Pdf, 262 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 262 kB)
Energiprincipen, entropi och verkningsgrad Pdf, 484 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 484 kB)
Kärnenergi Pdf, 174 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 174 kB)
Energiresurser och energianvändning för ett hållbart samhälle Pdf, 210 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 210 kB)
Här hittar du några exempel på kontextrika problem som berör det centrala innehållet i kursen fysik 2. Problemen är fördelade inom områdena rörelse och krafter, vågor, elektromagnetism och signaler samt universums utveckling och struktur.
Tvådimensionell rörelse i gravitationsfält Pdf, 170 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 170 kB)
Tvådimensionell rörelse i elektriska fält Pdf, 265 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 265 kB)
Centralrörelse Pdf, 247 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 247 kB)
Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd Pdf, 188 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 188 kB)
Samband mellan elektriska och magnetiska fält Pdf, 205 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 205 kB)
Våg- och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning Pdf, 131 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 131 kB)
Materiens vågegenskaper: de Broglies hypotes och våg-partikeldualism Pdf, 425 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 425 kB)
Atomens elektronstruktur samt absorptions- och emissionsspektra Pdf, 199 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 199 kB)
Elektromagnetisk strålning från stjärnor och interstellära rymden Pdf, 282 kB, öppnas i nytt fönster. (Pdf, 282 kB)
Här finns diskussionsfrågor för lärarlag som vill diskutera och utveckla undervisningen kring kontextrika problem.
Elever berättar ofta att grupparbeten inte fungerar bra. Det kan vara så att en eller två elever själva löser uppgiften, medan övriga i gruppen bara tittar på eller gör något helt annat. Det är därför viktigt att läraren ägnar tid åt att få igång diskussioner i grupperna så att alla medlemmar deltar aktivt.
Det är inte ovanligt att det finns elever med dyslexi i en klass. Vissa lärare är tveksamma till att använda kontextrika problem eftersom det kan innebära ganska långa texter där eleverna behöver söka rätt på den relevanta informationen. Samtidigt måste skolan ha som mål att eleverna ska träna sin förmåga att hitta information i en större textmassa.
Intresset för fysikämnet kan bli större om eleverna känner att de problem som de möter är relevanta. Motivationen för att lösa ett problem blir också större om eleverna känner igen kontexten och blir nyfikna på svaret.
Gruppdiskussioner om kontextrika problem går ganska lätt att införa i ett normalt schema, men det finns många ramfaktorer som påverkar hur inslaget läggs upp.
De kontextrika problemen är korta berättelser med eleven som huvudperson. I gruppdiskussioner om kontextrika problem får eleverna chansen att utveckla sin förmåga att använda kunskaper i fysik för att kommunicera, granska och använda information. Att få pröva sina idéer i små grupper kan göra eleverna tryggare i sitt lärande. Kontextrika problem kan också leda till en djupare förståelse.
Eleverna får i grupper om tre lösa ett antal problem tillsammans. De får inte avbryta arbetet eller gå vidare med nya frågor innan alla i gruppen har förstått. Uppgiften avslutas oftast med en redovisning där olika gruppers lösningar jämförs och diskuteras. Detta är ett sätt att visa hur ett problem kan lösas på ett flertal olika sätt.