Er det innholdet eller innpakningen som er problemet når fysikkfaget synes å tape terreng?

Her følger et innlegg som ble presentert på Det 7. nordiske forskersymposiet om undervisning i naturfag i skolen i Krisitiansand 15.-19.juni 2002. Tittelen på konferanseinnlegget er gjengitt nedenfor, mens tittelen ovenfor er mer dekkende i forhold til de nettsidene som det er henvisninger til i dette dokumentet. Et hovedpoeng er da å vise at den såkalte partikkelmodellen (kinetisk gassteori) er en medvirkende årsak til at barne og unge mister interessen for naturfag. I tillegg til en forholdsvis grundig analyse av partikkelmodellen så følger det også en kort presentasjon av en alternativ forklaringsmodell som kanskje kan bidra til å gjennopprette interessen for fysikkfaget fordi det er forståelse og ikke pugging av uforståelige og vanskelige påstander som er det sentrale i denne modellen.

Temperaturforståelse - et mål i skolen?
Et viktig mål for skolen er å gi den oppvoksende slekt nyttig kunnskap om den virkeligheten som omgir oss slik at de kan forstå og takle ulike situasjoner på en fornuftig måte. Temperatur og varme er i denne sammenhengen sentrale begrep som det er ønskelig at elevene har innsikt i. Men hvordan skal vi forklare disse begrepene? Går man til et leksikon (eks) så finner man ikke noen klare og enkle definisjoner. Det har sammenheng med at man fortsatt er usikker på hva som egentlig ligger i disse begrepene. Her vil vi da prøve å vise hvordan man kan utnytte denne usikkerheten som en ekstra motiveringsfaktor. Det å lærer om temperatur handler altså ikke først og fremst om å fordøye et "ferdigtenkt" fagstoff, men å selv være med å tenke ut forklaringsmodeller som fungerer i hverdagen.  

Partikkelmodellen er modell
I vitenskapelig litteratur bruker man ofte en modell med ulike navn som "kinetic theory of heat", kinetisk gassteori, partikkelmodell eller lignende (eks). Det er da denne som ligger til grunn for de fleste matematiske beregninger som brukes i denne sammenhengen. Nå kan det diskuteres i hvor stor grad  resultatene fra de matematiske modellene samsvarer med virkelige målinger i naturen. Noen vil da si at måleresultatene bekrefter modellen mens andre vil si at det finnes for store avvik mellom teori og virkelighet og at man derfor bør lete etter andre modeller for å forklarer de aktuelle observasjonene. Siden det her er snakk om hvor store avvik fagfolk kan akseptere, så er det vanskelig å bruke argumenter herfra for å vurdere om partikkelmodellen er bra eller ikke. Det hele ender derfor opp med et spørsmål om hvem man velger å stole på. Her vil vi ellers kort tilføye at samsvar mellom fysiske målinger og en modell ikke er et bevis for at modellen er rett. En åpenbar grunn er da at det kan tenkes at flere ulike modeller kan gi data som samsvarer med virkeligheten. Om fagfolk er fortrolig med en modell som fungerer i de sammenhengene de bruker den, så er det ikke noen grunn for å nekte dem å bruke den aktuelle modellen. I vår vanlige hverdag møter vi ulike problemer som vi takler med ulike rutiner. Disse rutinene kan være basert på mer eller mindre virkelighetsnære huskeregler som i praksis fungerer som en modell. Huskeregelen i seg selv behøver ikke å gi et rett bilde av virkeligheten, men så lenge vår handlinger basert på den aktuelle huskeregelen,  gir nyttig resultat, så er huskereglene også nyttige. 

 I skolesammenheng er det snakk om å bruke modeller for å forklare ulike fenomen, og i prinsippet kan vi vel ikke nekte lærere  å bruke modeller som de har funnet nyttige i egen læring. Her vil vi imidlertid nevne at skolen er et offentlig tilbud til alle, og mange mener derfor at man trenger et slags filter som gjør at det er de beste modellene brukes når man f.eks. skal forklare ulike naturfenomen. Modeller kan f.eks. være mer eller mindre komplekse og de fleste lærerne vil da være enige om at de enkleste vanligvis er å foretrekke. Det er videre en kjent sak at forklaringsmodeller kan ha ulike "bivirkninger". Med bivirkninger mener vi her tanker og ideer som er knyttet til modellen, men som skaper forvirring om man prøver å anvende disse i forbindelse med det som modellen skal forklare. Her vil vi kort tilføye at også erfaringer fra vitenskapshistorien har vist at det enkleste vanligvis er det beste. De som har prøvd å bruke partikkelmodellen for å forklare begrepene temperatur og varme har erfart at det ikke er enkelt, og et hovedmål i denne sammenhengen er å vurdere om det finnes modeller som kan forklare disse begrepene på en enklere og mer forståelig måte.

Et annet problem som vi heller ikke vil gå nærmere inn på her er om partikkelmodellen egentlig har løst alle "temperaturmysteriene" slik som noen synes å mene. Følgende parentes er hentet fra en nettside som beskriver den historiske bakgrunnen for partikkelmodellen : "(The specific heat problem was not satisfactorily resolved until the 20th century, when it was found to be a quantum effect.)"  (http://www.math.umd.edu/~lvrmr/History/Foundations.html). Nå har det vært generelt kjent at det har vært vanskelig å forklare varmekapasiteten til ulike stoff ved hjelp av partikkelmodellen. Ifølge denne artikkelen brukte man da relativt lang tid på å løse dette problemet. Problemet med slike "kvante-løsninger" er videre at det er nærmest umulig å få en fysisk forståelse av hva løsningen egentlig består i, og noen vil derfor si at utsagnet ovenfor i praksis er en innrømmelse av at man ikke fant en vanlig fysisk forklaring på dette problemet. Her vil vi bare kort si at manglende fysiske beskrivbare del-modeller kan være et tegn på at hoved-modellen bør forkastes. Men side det i denne sammenhengen er snakk om "virkelighetsfjerne" forklaringer som få eller ingen har noen klar forståelse for, så er det da opp til den enkelte hvem han vil stole på. Her vil vi likevel si at historien har vist at mennesker kan ta feil, og vi vil da her bare kort advare mot å stole blindt på enkelte eksperter om det er slik at disse ikke klarer å forsvare sitt syn på en måte som er forståelig for vanlige folk.

Karikaturer - et problem for dem som vil forstå
I historiebeskrivelser er det vanlig å lage mer eller mindre misvisende beskrivelser (karikaturer) av hvordan det var før man gjorde ulike påståtte grunnleggende oppdagelser. Sannsynligvis er det snakk om et pedagogisk forsøk på å få fram et poeng samtidig som overdramatiseringer er et virkemiddel som kan øke interessen for et fagstoff. I tillegg kan man ikke se bort fra at man også har å gjøre med en slags forherligelse av våre egne tanker og ideer på bekostning av mennesker som for lengst er døde og som derfor ikke kan imøtegå de ulike påstandene. Et eksempel på en slik forvrengt historieforståelse er den vanlige misforståelsen om at man i gamle dager trodde at jorda var flat. Historiske kilder viser imidlertid at man helt fra de eldste greske dokumentene hvor dette var tema, har hevdet at jorda var rund. Når endel mennesker i dag synes å ignorere dette, så kan det ha sammenheng med at man har et behov for å si at vi i dag har en mer høystående kultur siden vi i dag vet at jorda er rund.

Ulike tilnærminger til problemet:

1 Partikkelmodellen - den historiske bakgrunnen
I skolesammenheng er det ofte nyttig med et historisk tilbakeblikk når man skal studere ulike begrep. En forutsetning for å forstå et begrep er at man har skjønt bakgrunnen for begrepet og hva slags spørsmål mennesker har strevd med før de utviklet den aktuelle lærebokforklaringen. Den som ikke har skjønt problemstillingen vil sannsynligvis heller ikke forstå løsningen. Forståelse er noe annet enn å pugge ulike påstander.

2 Hvordan brukes partikkelmodellen i dagens lærebøker?
Etter at partikkelmodellen ble påbudt i norsk skoleverk gjennom L97 har det blitt mer fokus på denne modellen i grunnskolen. Mange mener vel at den er mer relevans høyere oppe i skolesystemet og bakgrunnen for eksempelutvalget er da bare å samle noen mer eller mindre gode eksempler som da kan være utgangspunkt for en diskusjon om at partikkelmodellen virkelig er så nyttig som noen tydeligvis mener at den er.

3 EM-modellen - en bedre forklaringsmodell
Det er liten vits i å rive ned noe gammelt om man ikke kan erstatte det med noe bedre. Men når det i dette tilfellet sannsynligvis finnes en forklaringsmodell som er bedre både fra en pedagogisk og en vitenskapelig synsvinkel, så er det urovekkende at endel autoriteter aktivt motarbeider den uten at de har vurdert den på en vitenskapelig måte.

4 Hvilke kunnskaper finnes hos lærere og elever?
Som lærer og sensor i lærerutdanningen i noen år, har jeg samlet endel eksempler på studentforestillinger i tilknytning til emnene varme og temperatur og målet var da å trekke fram noen av disse og så vurdere om det er partikkelmodellen som er årsaken til at mange studenter har problemer med disse begrepene. Av tidsmessige årsaker går denne ut i denne sammenhengen.