Studenter behöver investera mycket tid och arbete för att klara av kvantmekanikkurser — även framgångsrika studenter. En anledning till det kan bero på hur den undervisas. Möjligheterna att vara ”en god fysikstudent” i inledande kvantmekanik-kurser är begränsat till att vara bra på lyssna på föreläsningar och att göra beräkningar. Många kvantmekanikkurser fokuserar på de matematiska aspekterna där lärarcentrerad undervisning är normen med många föreläsningar där studenterna främst sitter och lyssnar. Men det finns också flera studier som försöker utveckla olika sätt att undervisa i kvantmekanik. Lärarna i en nyligen publicerad studie från Uppsala universitet använde sig av forskning för att utveckla sin undervisning. Upplägget syftade till att förverkliga en kurs med hög grad av aktivt deltagande hos studenterna, gruppdiskussioner och kontinuerliga tester med återkoppling. Studien "The making of contemporary physicists: Figured worlds in the university quantum mechanics classroom" använder empiriska data som består av observationer av två fysikuniversitetslärares undervisning, informella intervjuer med båda fysikuniversitetslärarna, genomförda i samband med observationerna och två längre semistrukturerade intervjuer med en av lärarna.
Kursen har genomgått en betydande pedagogisk utveckling, där traditionella föreläsningar och räkneövningar är frånvarande, och istället representerar en ”reformerad” fysikundervisning med ett starkt fokus på samarbete och studentaktivitet. Författarna till studien ställer sig bland annat frågorna:
- Vilka normer om fysikundervisning och lärande återges och ifrågasätts i kvantmekanik-undervisning i fysikkursen?
- Vilka fysikstudentidentiteter kommer fram i denna utvecklade fysikkurs?
Identiteter och den ”goda fysikstudenten”
I ett socialt sammanhang finns det olika sätt att vara — begripliga identiteter — och ett socialt tryck för att anpassa sig till vissa normer. Inom ramen för universitetsstudier är studenter också involverade i att konstruera sociala identiteter för att bli legitima medlemmar av en disciplin. En begriplig identitet är en som åter-producerar vissa normativa värden och relationer. Det räcker inte att själv identifiera sig som en viss typ av person (en fysiker, biolog eller en framtida forskare); det är också viktigt att dessa föreställningar känns igen av andra aktörer i samhället.
När studenterna påbörjar studiens kvantmekanik-kurs, får de se en Powerpoint-bild som visar en tecknad framställning av kvantmekanik och en pratbubbla som säger: ”Den här skiten är galen! Det är galet!". Läraren frågar studenterna hur många som tycker att kvantmekaniken är kontraintuitiv och konstig. Endast en student räcker upp handen. Läraren menar då att de studenter som inte räckte upp handen behöver antagligen tänka efter lite till, för kvantmekanik är motsägelsefullt. Den blivande fysikern i denna kurs behöver alltså acceptera kvantmekanik som kontraintuitiv, och om någon inte anser att kvantmekanik är konstig och kontraintuitiv, beror det på att de har inte förstått teorins fulla komplexitet. Den ”goda fysikstudenten” behöver alltså inte vara talangfull redan i början av kursen. Lärarna visar på kvantmekanikens ofullständighet. Den tolkas också som vacker, det estetiska i de matematiska egenskapernas formalism är något som fysikstudenten förväntas kunna uppskatta.
Normer om fysikundervisning
Lärarna i studien hade fått pedagogiska utvecklingsmedel för att utveckla undervisningen i kvantmekanik, eftersom det är ett ämne som innehåller många nya begrepp, inte är intuitivt och svårt för studenterna att förstå. Lärarna refererade till att all deras undervisning baserades på studier om lärande och undervisning i fysik, särskilt texter skrivna av Carl Wieman, en tidigare nobelpristagare i fysik som övergått till att ägna sig åt att utveckla undervisningen i ämnet. Han har till exempel visat i sina studier på effekter på lärandet hos aktiva studenter. Lärarna påpekade att deras fysikundervisning är annorlunda jämfört med andra fysikkurser och använde ungefär den första halvtimmen i kursen till att förklara hur undervisningen är organiserad. Det vill säga, istället för enbart föreläsningar och räkneövningar samt ett fokus på rätt eller fel svar, används mer studentaktiva metoder. Lärarna undervisade också tillsammans. Seminarierna startade med att studenterna besvarade olika frågor individuellt, vilka sedan följdes upp i hela kursgruppen. Därefter hölls en kortare genomgång och sedan följde problemlösning i grupp. Problemen innebar ett bredare perspektiv på ämnet och inte bara rätt och fel svar i beräkningar. Dessa aktiviteter krävde en större insats av förberedelser hos studenterna jämfört med traditionella föreläsningar som inte kräver att studenten har läst på innan. Studenterna på kursen förväntas ägna avsevärd tid utanför schemalagd tid till kvantmekanik och till att förbereda aktivt deltagande i kursaktiviteter. Den ”briljanta” fysikstudenten ersätts därmed av den "väl förberedda" fysikstudenten. Även om vissa förkunskaper saknas, kan det kompenseras av gediget förberedelsearbete. Lärarna underströk också hur användbara färdigheter från grupparbeten var för den professionella fysikern, då många företag och även forskare i fysik arbetar i grupp.
Fokus i den reformerade fysikundervisningen flyttas från undervisningsmängden (i termer av antal begrepp som täcks och problem som löses) till kvaliteten på undervisningen (täcker istället några viktiga begrepp på djupet och inriktar problemlösningen mot en kombination av matematisk bearbetning och konceptuell förståelse). Utanför kurstid, i studenternas självständiga studier, är det antalet timmar som läggs på att praktisera kvantmekanik som är förgrunden. Upplägget bidrar också till att studenterna får möjlighet att samtidigt identifiera sig som den ”goda fysikstudenten” och den” framtida forskaren” i fysik.
Kommentar: Trots cirka 40 års forskning inom ”physics education research” anses forskningsbaserad undervisning i studien vara något annorlunda traditionell undervisning. Det ska vara svårt, man ska vara duktig för att klara av det. Denna upplevelse av högstatus-kurser är säkert även relevant för andra ämnen. Studien visar hur man kan arbeta för att förändra något som är förgivet taget genom att använda relevant forskning. Den visar också hur ett förändrat sätt att undervisa kan förändra studentens förståelse för vad det innebär att vara disciplinär och vad som inkluderas i att vara kunnig i ämnet.
Text: Veronica Flodin, Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik
Nyckelord: högre utbildning, klassrumsstudie, fysikutbildning, kvantmekanik, fysiklärarutbildning
