Kontextrika problem

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.

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 ideer 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.

Vad är kontextrika problem?

Kontextrika problem har från början utvecklats och använts vid University of Minnesota. Här är de viktigaste egenskaperna hos kontextrika problem:

• Problemet skrivs som en kort berättelse där eleven är huvudpersonen. Det personliga pronomenet du används genomgående.
• Problemet ska innehålla en rimlig motivering för att du ska vilja ta reda på svaret.
• De föremål som beskrivs är verkliga. Idealiseringar sker explicit vid problemlösningen.
• Problemet kan inte lösas i ett enda steg genom att sätta in siffror i en formel.
• Det får gärna finnas mer information i problemet än vad som krävs för att lösa detta.
• Det kan också saknas information som behövs för att lösa problemet. Eleverna måste då använda sin allmänna kunskap för att bestämma de värden som saknas, uppskatta dessa värden eller leta rätt på dem i tabeller från böcker eller internet.
• Det som ska beräknas behöver inte efterfrågas explicit. Exempel på frågeformuleringar i kontextrika problem är: Kommer den här konstruktionen att hålla? Blir det böter för fortkörning?
• Man kan behöva göra antaganden och approximationer för att kunna lösa problemet.

Skapa kontextrika problem

Här hittar du mer information om syftet med att arbeta med kontextrika problem och hur du skapar kontextrika problem. Det finns också tips om hur du kan tänka kring gruppsammansättning och exempel på planering av en lektion.

Syftet med 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.

Problemlösning i fysikämnet

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.

Konstruera kontextrika problem

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 är ett exempel på ett traditionellt problem som blir kontextrikt:

Ett traditionellt fysikproblem

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.

Problemet omformulerat till ett kontextrikt problem

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?

Hur har problemet förändrats?

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.

Flera lösningar på samma problem

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.

Genusinkluderande problem

• Genom att använda pronomenet du placeras eleven i centrum av handlingen, oberoende av om det är en pojke eller en flicka.
• Passa på att luckra upp traditionella könsroller när personerna i problemen görs till kvinnor och män.
• Formulera problem som både pojkar och flickor kan känna igen sig i.
• Kontexten får gärna relatera till det dagliga livet och ha anknytning till mänskliga behov.

Goda råd när du konstruerar kontextrika problem

• Börja med att utgå från något problem i läroboken och lägg till en kontext eller en berättelse runt det hela. Välj berättelsen så att den kan intressera dina elever. Tänk på att eleverna uppskattar verklighetsanknytningen, även om den inte är så stor.
• Utgå från kontextrika problems egenskaper när du konstruerar problemen. Kan du till exempel ta bort någon information som eleverna själva kan anta?
• Låt frågan i problemet vara öppen som till exempel ”Är bägaren gjord av guld?” ”Körde bilen för fort?” ”Orkar du öppna kylskåpet?” ”Stämmer påståendet?”
• Använd fantasin, konstruera problem, pröva dem och lär av dina misstag.

Väl fungerande grupper

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.

Rollfördelning i gruppen

För att få gruppen att arbeta bättre så tilldelas eleverna tre olika roller i gruppen. Dessa roller är ledare, kontrollant och skeptiker.

• Ledarens uppgift är att leda arbetet framåt, se till att alla deltar och hålla ett öga på tiden.
• Kontrollanten ser till att alla i gruppen har förstått och är överens innan gruppen går vidare till nästa uppgift.
• Skeptikerns uppgift är att ifrågasätta och se till att alla möjligheter beaktas.

Det övergripande målet är att få eleverna att förstå vinsten med att arbeta i grupp samt att hjälpa och lära sig av varandra.

Vissa elever tycker inte om att jobba i grupp. I en sådan grupp kan det vara bra att placera en stark ledare. Har man däremot en blyg eller försynt elev så kan det vara bra att placera en empatisk kontrollant i den gruppen som verkligen ser till att den eleven hänger med. Rollen som skeptiker kan vara bra att ge till den svagare eleven, då det är helt legitimt att ställa många frågor i den rollen.

Alla ska ha förstått

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.

Utvärdera samarbetet i grupperna

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.

Kontextrika problem i klassrummet

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.

1. Gruppdiskussionerna fungerar som bäst då de får fungera som ett inlärningstillfälle och inte en bedömningssituation. Detta bör läraren påpeka innan diskussionerna så att eleverna inte hämmas.
2. Presentera grupperna för eleverna samt dela ut och tydliggör syftet med rollerna.
3. Var tydlig med varför eleverna arbetar i grupp. Syftet är att problemen ska lösas tillsammans och att eleverna på så sätt kan lära sig mycket av varandras tankar. De får inte gå vidare innan alla har förstått det som man talar om.
4. Presentera dagens problem. Under ett arbetspass på ungefär 70 minuter brukar det vara lagom med fyra till sex problem, givetvis beroende på problemens svårighet och omfattning.
5. Tydliggör att alla elever i gruppen ska vara beredda att muntligt redovisa uppgifterna när du som lärare går runt bland grupperna. De ska också kunna redovisa problemen skriftligt på tavlan i slutet av lektionen. Detta är ett sätt att få alla i gruppen motiverade att delta aktivt i gruppdiskussionen.
6. Se till att eleverna är placerade på ett bra sätt. Det är viktigt att de inte sitter i en rad, utan så att alla kan se varandra.
7. När eleverna arbetar är läraren aktiv och hjälper grupperna om de inte kommer vidare. Läraren kan till exempel ställa kontrollfrågor till någon slumpmässigt utvald elev i gruppen för att kontrollera att de har förstått. Läraren kan också försöka ledsaga grupper som har fastnat med frågor som hjälper eleverna framåt i sin problemlösning. Det är viktigt att eleverna får hjälp och kommer vidare om de fastnar så att de går från lektionstillfället med en positiv känsla!
8. En bra avslutning på en lektion med kontextrika problem brukar vara att låta eleverna redovisa något eller några problem på tavlan. Då kan läraren med fördel välja att belysa de problem där eleverna har haft lite mer bekymmer under gruppdiskussionen.
9. Om det finns problem som grupperna har löst på olika sätt är det givetvis lämpligt att jämföra och diskutera dessa olika lösningar. I samband med detta brukar det vara möjligt att få även de lite svagare eleverna att redovisa sin grupps lösning – ett bra tillfälle att höja deras självförtroende i ämnet fysik.

Exempel på kontextrika problem

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.

Vad tycker eleverna?

Här följer några citat från elever som under sin gymnasietid har arbetat i grupp med kontextrika problem på en gymnasieskola i norra Sverige.

Vanliga påståenden och frågor om gruppdiskussioner

Gruppdiskussioner möter ibland motstånd hos både elever och kollegor. Här får du svar på några vanliga påståenden och frågor om gruppdiskussioner.