För studenter i naturvetenskap tillhör det en central vetenskaplig praxis att lära sig att använda vetenskapliga modeller. Grundutbildning i kemi är ofta inriktad på etablerade disciplinära modeller som molekylära formler, Lewis-strukturer och grafiska och matematiska modeller. Studenterna tränas i att använda dessa modeller som verktyg för problemlösning, för att förutsäga och förklara kemiska fenomen. Men traditionell undervisning ger i allmänhet få möjligheter för studenter att utveckla kunskap om modeller och hur modeller tas fram.
Författarna till artikeln ”Mapping undergraduate chemistry students' epistemic ideas about models and modeling” nyligen publicerad i tidskriften Journal of Research in Science Teaching förklarar att det finns två sätt som studenter kan engagera sig i och använda modeller: tänka med modeller och tänka om modeller.
När vi använder modeller som verktyg för att förklara eller förutsäga fenomen eller tillämpar redan existerande modeller, tänker vi med modeller. I traditionell undervisning i kemi, till exempel, kan studenter använda ett jämviktskonstant uttryck för att förutsäga i vilken utsträckning en kemisk reaktion kommer att fortsätta. Mindre vanligt är att studenterna tänker om modeller, det vill säga att studenter utvecklar kunskap om hur modeller skapas, modellernas syfte och vad som räknas som en modell.
Flera forskare menar att genom att engagera studenter i att tänka om modeller, tillsammans med att tänka med modeller, kan studenters lärande av innehållet utvecklas på flera sätt. Studenter kan få en mer utvecklad förståelse av kunskapsinnehållet. Mer kunskap om modeller kan även få positiva effekter på deras attityder till vetenskap och problemlösningsförmågor. De flesta studier om förståelse av modeller i kemi, har gjorts på studenter i grund- och gymnasieskolan. Forskarna i denna studie vill därför fokusera grundstudenten på universitetsnivå.
Hur studenter kan förstå modeller
Författarna utvecklar tabeller över vad studenter kan om modeller, utifrån en genomgång av tidigare gjorda studier. De delar in studenternas förståelser i olika nivåer, från en intuitiv och oerfaren förståelse till en mer expertlik förståelse. Författarna fokuserar sedan fyra olika aspekter av modeller det vill säga hur studenter ser på:
- modellers variabilitet (om en modell kan förändras)
- modellers mångfald (om ett fenomen kan täckas av flera olika modeller)
- modellers utvärdering (hur pass väl modellen stämmer överens med fenomenet)
- modelleringsprocessen (hur modeller tas fram)
De beskriver sedan i tabellerna vad som utgör exempel på en oerfaren kunskap om modellers förändringsbenägenhet samt olika steg mot en expertlik förståelse. På motsvarande sätt kartlägger de förståelser av modellers mångfald, utvärdering och för hur modeller tas fram.
Utifrån denna litteratur-kartläggning av olika förståelser av modeller, testade de sedan studenter med ett frågeformulär som drygt 750 collegestudenter besvarade, efter genomgången introduktionskurs i kemi. Svaren de fick, kategoriserades i relation till oerfaren förståelse till expertlik förståelse. Reslutatet visar att studenterna i denna studie, har en del användbara intuitiva idéer om modeller och modellering men att de skulle kunna förfinas och byggas på med hjälp av konkret undervisning.
Denna kartläggning kan även användas av lärare i andra ämnen än kemi för att utvärdera sina studenters förståelser av modeller. Kartläggningen innehåller exempel på hur studenter förstår modeller och hur olika nivåer i förståelse kommer till uttryck. Till exempel beskrivningen av en oerfaren uppfattning att modeller inte kan förändras, till att förstå att modeller ändras när ny information tillkommer och att det är mer än troligt att en modell förändras (mer expertlik förståelse). Men kartläggningen är också ett användbart verktyg för att planera sin undervisning, vad man som lärare behöver tänka på för att kunna stödja studenternas utveckling av deras förståelse av modeller.
För att hjälpa sina studenter att förstå modeller och modellering behöver läraren inte bara lära studenterna att använda modeller för att lösa problem, utan också erbjuda studenterna möjligheter att skapa, utvärdera och revidera modeller. Det finns förstås en rad olika sätt att utveckla sin undervisning på, beroende på vilken modell och vilket kunskapsinnehåll det handlar om. Det första steget är att få en insikt i de olika sätt studenter kan förstå den aktuella modellen.
Kommentar: I artikeln kategoriserar författarna förståelser av olika aspekter av modellen, från oerfaren till expertlik, det vill säga vad vi kan förstå som en lärandeprogression. Vad förstår vi som en mer oerfaren eller mindre komplex förståelse och vad är det för förståelse vi vill utveckla studenten mot? Och hur ser progression ut däremellan? Och var sker progressionen? Inom en kurs, mellan kurser? Mellan utbildningsstadier? Det är viktiga frågor att fundera över. Hur kan en progression av förståelse se ut för olika naturvetenskapliga fenomen eller arbetssätt?
Text: Veronica Flodin, Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik
Studien
