Bakgrunn

Siden 90 tallet har det skjedd en dramatisk svekking av reafagene og spesielt fysikk i norske skoleverk. I dag hører vi f.eks. om at mange videregående skoler som tidligere har hatt store klasser i de tre naturfagene (fysikk, kjemi og biologi) har problemer med å tilby disse kursene på grunn av manglende søkning (3FY, 3KJ og 3BI har alle ensifret søkertall ved Volda videregående skole til neste skoleår). Nedgangen i videregående skole henger sannsynligvis sammen med en tilsvarende svekking eller nedtoning i grunnskolen. I lærerutdanningene er det mange høyskoler som ikke lenger underviser naturfag på grunn av mangel på studentsøkning. Generelt kan man vel si at egne interesser og selvrealisering har fått en stadig økende vekt i forhold til samfunnets behov når elever og studenter velger fag og studium.

Som fysikere flest, er også  jeg bekymret for framtiden til landet vårt om denne utviklingen fortsetter og derfor har jeg brukt endel FoU-ressurser for å finne ut hvorfor man velger bort realfagene i ulike sammenhenger. Ingen lærere vil vel si at de har fått til en ideell undervisning med maksimal motivering og maksimalt læreutbytte, og de fleste vil vel være  enig om at et fortsatt arbeid med den didaktiske innpakningen er nødvendig. Men alle skolefagene står i prinsippet overfor samme typer utfordringer og i denne sammenhengen jeg har jeg problemer med å tro at fysikklærere er så mye dårligere enn alle andre lærere når det gjelder å bruke didaktisk forskning for å gjøre faget interessant på et åpent marked. Samfunnsmessige trender og politiske føringer spiller nok en viktigere rolle i denne sammenhengen. Men det finnes også en annen faktor som kan ha medvirket til svekkingen av fysikkfaget i skolesystemet vårt. Innholdet i et skolefag er ikke statisk, og derfor er det nærliggende å også vurdere om det er det faglige innholdet og ikke den didaktiske innpakningen som er hovedproblemet.

Ny fysikk

Diverse enkle undersøkelser viser at den vanlige fysikkundervisningen ofte var virkelighetsfjern, for teoretisk og i mange sammenhenger forvirrende. Nå er det lettere kritisere/rive ned enn å bygge opp og fysikkfaget er ikke tjent med en bred kritikk av dagens praksis. Jeg har i stedet brukt endel FoU-tid på å utvikle diverse praktiske undervisningsoplegg av den typen hvor man bruker lett tilgjengelig materialer/utstyr  og selv er aktiv med å lage ulike ting (fysikksløyd). Et eksempel er elektronikkpuslespillet og responsen har vær positiv fra ulikt hold. En grunn til at det foreløpig ikke er brukt ressurser til å offentliggjøre disse oppleggene er et mer grunnleggende problem som tilsynelatende virker som en hemmesko for en fri oppblomstring av fysikkforståelsen blant elever og studenter. Generelt er  forståelse eller følelse av at man mestrer ting, er en viktig forutsetning for at man skal interessere seg for ting. Forvirring er på mange måter det motsatte av forståelse. Av alle fag er det vel i fysikkfaget at forståelsekomponenten er mest grunnleggende. Fysikk handler altså i mindre grad om å pugge eller huske fagstoff.

En forklaring som fører fram til forståelse vil  i fysikksammenheng vanligvis bygge på en forklaringsmodell. Generelt kan man si at moderne fysikk (kvanteteorien og relativitetsteoriene) fungerer som en grunnleggende forklaringsmodell for den vanlige fysikkundervisningen. De fleste vil videre være enige om at det er vanskelig å forstå moderne fysikk. Problemet dette skaper i fysikken kan illustreres med et bilde fra gastronomien. Om man blander noe ufordøyelig opp i en ellers utmerket suppe, så blir hele suppen ufordøyelig. Spørsmålet er da om moderne fysikk har en slik innvirkning på fysikkundervisningen. I prinsippet vil en forklaringsmodell være god eller dårlig i forhold til ulike målsettinger, men det er ikke mulig å si at en modell er rett eller feil. Forklaringsmodellene fungerer som de grunnleggende aksiomene i matematikken, og disse kan da som kjent ikke bevises.

I teorien er vitenskapen på jakt etter nye og bedre løsninger og siden dagens grunnleggende forklaringsmodeller synes å skape problemer, så burde det være uproblematisk å prøve ut andre forklaringsmodeller så lenge man ikke kan påvise at disse er i motstrid med den naturen som omgir oss. Et vitenskapelig ideal er vel å prøve ut ulike forklaringsmodeller for å finne fram til den som fungerer best. Generelt kan vi si at moderne fysikk ble skapt i begynnelsen av forrige århundre. Den vitenskapen som var utviklet til da var da basert på  forklaringsmodeller som var basert på vanlige logiske prinsipp og som vi her kan kalle klassisk fysikk. Forkjemperne for moderne fysikk har så i ettertid påstått at man i begynnelsen av forrige århundre beviste at det var umulig å forklare deler av naturen klassisk. Problemet her er at alle forklaringsmodeller er under utvikling og om man har funnet problem i en modell så betyr ikke det at man kan avvise alle modellene i samme familie. Selv om relativt mange vitenskapsfolk tror at klassiske forklaringsmodeller er døde, så har de levd videre i ulike sammenhenger, og disse er da ikke motbevist. Klassiske forsøk som fotoelektrisk effekt ol. er da nettopp hva man forventer ifølge disse. Da jeg startet prosjektet på 90 tallet valgte jeg å kalle den forklaringsmodellen som jeg syntes var mest lovende for ny fysikk for å få fram at det i praksis er snakk om noe som kan erstatte moderne fysikk. Reaksjonen fra fysikkmiljøene kan best karakteriseres som avvising uten faglig begrunnelse, og det var da jeg skjønte at det også i vitenskapelige sammenhenger er en viss avstand mellom ideal og praksis. Men det er samtidig klart at det finnes mange som mener at fysikken trenger en mer grunnleggende reform, og jeg synes f.eks. at det er interessant å observere at man nylig innenfor Norsk Fysisk Selskap har valgt "Ny fysikk" som navn på ei nettside (www.fysikkforum.no) hvor det er meningen at man skal komme med forslag til forbedring av fysikkundervisningen.

Kjernen i min versjon av ny fysikk er da at alt fysisk kan forklares ved hjelp av elektriske og magnetiske krefter som virker mellom positive og negative ladninger. Den er også kalt EM-modellen i ulike sammenhenger. Tanken min var da at det er positivt med en tilnærmingsmåte hvor man presentere ulike forklaringer på konkrete problem, og så utfordre elever/studenter til å tenke selv i stedet for bare å "sluke" det andre har "tygd ferdig". Om man virkelig skal forstå en forklaring er det ofte nødvendig å vite hva slags alternativer som finnes. Det å forby alle andre forklaringsmodeller enn den som noen mener er rett, vil sannsynligvis føre til pugging framfor en reflektert forståelse og spesielt innenfor naturvitenskapen er dette siste et viktig ideal. 

2 eksempler på forskjell mellom moderne fysikk og ny fysikk

Som eksempel på forskjellen på de to forklaringsmodellene, så vil jeg kort nevne et par eksempler:

1 Ifølge MF er lys både bølge og partikler (foton), mens EM-modellen sier at lys er bare bølge. Den første forklaringen er egentlig ulogisk og ofte bruker man paradox når man snakker om  lysets dualitet. I skolen er det et mål at elever/studenter skal forstå grunnleggende begrep. Bølge er f.eks. noe (bevegelse) som beveger seg gjennom et medium (vannbølger i vann, lydbølger i luft, eterbølger i eter osv) men MF avviser at det finnes noe medium/eter som de elektromagnetiske bølgene (lys, radiobølger ol) beveger seg gjennom.  På den andre siden har vi partikler som blant annet kjennetegnes ved at de har en avgrenset størrelse. For å illustrere problemet med påstanden om at elektromagnetiske bølger også er partikler, så kan man f.eks. spørre om hvor store partiklene er i radioens langbølger (bølgelengden er i størrelsorden km).Problemet i skoleverket er altså at det man har lært om  ulike begrep ikke gjelder i andre sammenhenger. Dette skaper forvirring og det er da ting som tyder på at de som har lært å tenke selv vil  styrer unna fysikken. På den andre siden har man så dem som er opplært til å akseptere hva ekspertene har sagt. Det er mye som tyder på at det er slike folk som sitter i ulike fysikkprofessorater i dag og avviser em-modellen uten at de har satt seg inn i hva den handler om.

2 Alle har erfaring med magneter, men de fleste som har prøvd å studere dem litt i dybden har ofte meldt om problemer og har derfor gitt opp. Ifølge MF så  er det nødvendig å bruke avansert matematikk for å beskrive ulike magnetiske fenomen, og den gir da liten eller ingen hjelp til dem som ønsker en fysisk forståelse av magnetismen. Ifølge EM-modellen er det derimot mulig å gi en fysisk forklaring på alle magnetiske fenomen, og selv om disse kan være relativt komplekse i ulike sammenhenger, så er det viktig i en skolesammenheng å ha et slags indre bilde av hva magnetisme egentlig er. Generelt kan vi vel si at begge modellene erkjenner at ladningsbevegelse er en årsak til magnetisme både i permanente magneter og i elektromagneter, men MF-baserte undervisningsopplegg følger opp dette grunnprinsippet på en konsekvent og logisk måte. I praktiske sammenhenger snakker vi ofte om krefter mellom nordpol og sørpol, men det er da sjeldent i vanlig fysikklitteratur at man forteller om svakhetene til disse begrepene. Det er altså ikke selve polene som forårsaker kreftene, mens mange tror det og dette skaper da forvirring.

Er det et aktuelt behov for fornyelse av fysikken?

Om man studerer lærerplanene for norske skoler de siste 30 årene så er det påfallende at ordet fysikk, og andre tradisjonelle fysikkbegrep nesten er blitt borte i disse årene. En mulig årsak er nettopp at moderne fysikk har forårsaket en uheldig vridning av faginnholdet i norsk fysikkundervisning, bort fra en praktisk/teknologisk vinkling til en sentrering om visse teoretiske emner. Samtidig er det blitt åpenbart for flere og flere at man har mistet en dimensjon i skoleverket, og derfor har mange i den senere tid tatt til orde for å innføre et nytt fag som man kaller teknologi. Historisk sett så har teknologiemner  vært tillagt fysikkfaget hvor man da i tillegg til rene deskriptive beskrivelser av ulik teknologi, også har gitt en innføring i virkemåte og grunnleggende naturlover som ligger bak. 

Til høyre er vist noen konklusjoner fra evalueringen av den hittil siste skolereformen som da var ferdig i 03. Her bruker man da "gutter/jenter" og ordet "feminisering" for å beskrive den endringen som har foregått i skoleverket de siste årene. Vi som arbeider med fysikk i lærerutdanningen har lenge advart mot en utviklingen hvor praktiske/fysiske komponenter har fått stadig mindre plass i lærerutdanningen. Nå  har jeg ikke funnet noen klare utdypinger hva som ligger i den omtalte "feminiseringen av norsk skole", og her vil jeg derfor kort bruke siste eksamen i NSM ved HVO som et eksempel på hva jeg mener at det handler om.

Hva er jente- og gutte-elementer i denne sammenhengen?

I NSM-unndervisninga ved HVO har vi ved HVO prøvd å etterstrebe en praktisk og skolerelevant undervisning i energiemnet, og det innebærer da at studentene gjør enkle praktiske forsøk med energi som kan overføres til skoleverket hvor de også finner konkrete energiverdier. Nå er det selvfølgelig stor variasjon både blant de mannlige og kvinnelige studentene, men her vil jeg kort skissere noen tydelige forskjeller basert på erfaringer fra lab-arbeidet og fra eksamensresultatet hvor håndskriften vanligvis viser om det er snakk om en mann eller en kvinne.

I 2003 hadde vi to eksamener i NSM på to ulike dager og energispørsmålene sammen med et løsningsforslag er da vist her. Oppgavene er todelt hvor den første delen er kvalitativ, mens den andre delen er kvantitativ. Videre kan man si at hver oppgave er ment å teste to forhold. I den kvalitative delen er første strekpunkt (11) et vanlig spørsmål som man til en viss grad kan lese seg til, mens de to neste punktene (12) var ment å avsløre om studenten var i stand til å lage og "tolke" praktiske koblinger. Den kvantitative delen på sin side tester da både om de har forstått bakenforliggende fysikkbegrep (21), men også en test på om studentene behersker grunnleggende matematikk(22). Noen vil kanskje si at det er snakk om vel enkle oppgaver til å være en høyskole som bygger på gymnaset, men erfaringer viser da at et flertall av studentene vår har til dels store problemer med disse oppgavene. Det er så disse studentene som i neste omgang vil gå ut i norske grunnskoler og får ansvaret for blant annet energiundervisningen.

Generelt synes det som om jentene er flinkere eller i det minste mer pliktoppfyllende i forhold til å lese pensum (11) og i formuleringsevne og ryddig framstilling er de vanligvis bedre enn guttene. De bruker da også vanligvis flere ord enn guttene, og selv om noen nok verdsetter dette, mener jeg at dette ikke nødvendigvis er positivt i denne sammenhengen.

Når det gjelder praktiske ferdigheter (12) så finnes det selvfølgelig unntak fra det jeg beskriver her, men i alle år så synes jeg at det er påfallende at gutter har større praktiske ferdigheter i forhold til enkle fysikkforsøk enn jenter og de viser da en større innsikt når det gjelder å takle ulike problem. Det er også  påfallende at endel typiske gutte-besvarelser hvor det meste ellers vitner om slurv, tilsynelatende glimter til når det er snakk om praktiske ting. Jeg synes videre at det er påfallende mange typiske jente-besvarelser som beskriver praktiske forsøk på en virkelighetsfjern måte som klart viser at de ikke kan ha vært mentalt til stede da det ble gjort tilsvarende forsøk på laben.

Når det gjelder det å forstå energibegrep i en så stor grad at man kan anvende dem i praktiske beregninger(21), så er det vanskelig å påvise noen klar forskjell, men jeg opplever da kanskje at gutter tilsynelatende lettere finner fram til rett svar via omveier og at de også er mer bevisste i forhold til om svaret er rimelig eller ikke. Tilsynelatende tenker de på en annen måte enn jentene som da vanligvis er flinkere til å bruke de løsningsprosedyrene som er brukt i undervisningen. Ellers er det vanskelig å vurdere de matematiske ferdighetene for seg (22) i de aktuelle eksamensoppgavene, fordi en utregning av en verdi forutsetter at man i utgangspunktet har funnet fram til rett formel. Merk ellers at sammenhengen omkring de ulike kvantitative spørsmålene ofte ikke er så aktuelle i skolsesammenheng, men årsaken til dette er da at de mest aktuelle regneksemplene er brukt opp i forbindelse med undervisningen, og hensikten med disse spørsmålene er da å teste om studentene behersker metodene.

Konklusjonen er derfor at aktiviteter hvor det kreves praktisk innsikt, og forståelse for ulike grunnleggende begrep synes å være mangelvare i norsk skoleverk. Den påstanden er da basert på  den kontakten vi i lærerutdanningen har hatt med studenter som har vært gjennom grunnskole og videregående skole de senere årene. Men hva er så lærerutdanningens rolle i denne sammenhengen? I utgangspunktet er det få med interesse for realfag som velger lærerutdanningen, og en reaksjon fra noen av studentene på NSM har da vært at den energiundervisningen som gjenspeiles i de aktuelle energispørsmålene  har et siktemål langt over grunnskolen. Bakgrunnen er nok at de selv har store problemer med å mestre denne praktiske vinklingen. Det har også kommet formuleringer i brev og uttalelser fra studenter hvor man tilsynelatende ønsker mer vanlig lærebokstyrt huskesstoff (et avgrense pensum på et visst antall sider) og mindre praktiske problemløsing med energiberegninger. Generelt er det nok enklere å videreformidle lærebokstoff fra lærebøker, men er ikke dette nettopp å bidra til en "feminisering" lærerutdanningen som så i neste omgang fører til at kommende lærere har enda mindre forutsetning for å gi den praktiske undervisningen som erfaringer viser at særlig guttene ønsker?

Erling Skaar