Oversikt over naturfaget ved hjelp av et «naturfagkart»

For å kunne bevege seg i et ukjent geografisk område på en hensiktsmessig måte,  trenger man en såkalt oversikt som vi kan få via et  kart. Også de som beveger seg  inn i naturvitenskapens store kunnskapsområde trenger en oversikt og spørsmålet her er da hva slags kart kan vi bruke i dette tilfellet.  

Når vi befinner oss på ei flate med to dimensjoner bruker vi vanligvis et ark som også har to dimensjoner. Forskjellen på virkeligheten og kartet er da primært et spørsmål om størrelse. Om vi i stedet ønsker å skaffe oss en oversikt over en tredimensjonell struktur som et bygg med flere etasjer eller en båt med flere dekk, er det vanlig å bruke flere todimensjonelle kart hvor etasjenummer/dekknummer utgjør den tredje dimensjonen.

Tre dimensjoner på en todimensjonal flate
Papirark og skjermer er vanlige informasjonsformidlere i vår tid. Disse har begge to dimensjoner og vi er oftest henvist til å bruke slike formidlingskanaler når vi skal formidle naturfaglig kunnskap. Naturvitenskapen befinner seg i et tredimensjonelt rom og  når vi skal lage et todimensjonelt uttrykk for naturens tre dimensjoner bruker man ofte ulike perspektivteknikker som figuren til høyre illustrerer. Her vil vi da bare understreke at vi vanligvis trenger begge dimensjonene på arket/skjermen for å formidle videre den tredimensjonelle formen av ulike naturobjekt.

En fjerde dimensjon på en skjerm
Et papirark er et statisk medium som normalt ikke kan fremstille bevegelser eller andre tidsmessige forandringer. På en dataskjerm eller TV-skjerm er det derimot mulig å fremstille bevegelser. Se figuren til venstre. Vi kan derfor si at vi på en skjerm kan legge inn en ekstra dimensjon som vi kan kalle tid. Tiden blir i dette tilfellet en slags fjerde dimensjon som vi kan bruke når vi skal forklare naturen.

Så langt har vi konsentrert oss om den grafiske/rom-messige siden ved naturen, men naturfag er noe mer enn å kunne forklare fysisk form og tidsmessige forandringer. I tradisjonell naturfaglig forskning er naturen delt inn i såkalte fagområder som biologi, kjemi, fysikk osv og i tillegg er det snakk om ulike faglige nivå i forbindelse med naturfagundervisning. Videre er det også snakk om ulike metoder, modeller og strukturer i selve fremstillingen av naturvitenskapene og det er i denne sammenhengen at det er lett for mennesker å bli forvirret i møte med naturfaget. Et hovedmål for all naturfagundervisning burde være å unngå å forvirre elever og studenter med mye usammenhengende informasjon.

Hodet vårt er ikke primært en database
Det finnes i dag enorme mengder med naturvitenskapelig informasjon, og generelt kan vi si at  vi mennesker må "fordøye informasjonen" før vi kan nyttiggjøre oss av den. Når vi her snakker om nyttiggjøring av informasjon, så mener vi da noe mer enn det å gjenta det vi har hørt eller å følge en detaljert bruksanvisning. Det å fordøye informasjon innebærer da at man klarere å plassere informasjonen i en kognitiv struktur som innebærer at man ser sammenhenger og derfor selv kan anvende kunnskapen i nye situasjoner.  

Generelt kan vi si at internett består av et nettverk med informasjonsdatabaser av ulik type, uten struktur og sammenheng, bortsett fra den sammenhengen som ligger i at de er knyttet sammen og at søkemotorene gjør at vi kan søke etter ulike bokstavkombinasjoner (ord og uttrykk). Vi mennesker er på den andre siden utstyrt med ett hode, som i tillegg til å lagre litt "huskestoff", først og fremst er konstruert for å samordne og styre. Skal vi kunne fungere er det svært viktig at det er orden og struktur i hodet vårt. For at barn og unge som vokser opp i et mediesamfunn skal kunne nyttiggjøre seg av naturfagkunnskap på en selvstendig måte, er det viktig at naturfagundervisningen hjelper dem ned å strukturere fagstoffet.

Mye tyder på at det er sammenheng mellom det er blitt vanskeligere å rekruttere ungdommer til realfaglige studier og en slags forvirring når barn og ungdom i ulike fora og medier har møtt naturfaget. Det er et faktum at det aldri har vært så mye naturfaglig informasjon som i dag (naturprogram på TV ol), men samtidig har det vel heller aldri vært så få ungdommer som interesserer seg for å virkelig forstå naturen. Nå ser vi her bort fra de ulike gruppene som søker etter siste nytt om universets ytterste grenser, minste byggesteiner eller fjerneste historie. I disse tilfellene er det da ikke snakk om en virkelig forståelse, men mer om en slags religion hvor et slags presteskap (forskere/eksperter) presenterer diverse påstander som da blir akseptert uten motforestillinger fra "menigheten".   

Hvordan er det så mulig å fremstille tankestrukturer på en skjerm som i neste omgang kan hjelpe elever til å forstå naturen. På samme måten som det i politikken er viktig å skille mellom sak og person, er det i naturfagundervisningen viktig å se forskjell på ulike sider eller dimensjoner ved naturfaget. I politiske saker knyttet til natur og teknologi finner man ofte en såkalt etiske/moralske side og en estetisk side som vi da kan tenke på som ulike dimensjoner som trenger en egen akse i en tankestruktur eller et eget kapittel i en utredning. Her vil vi da ikke jobbe videre med disse sidene, men konsentrere oss om den kognitive siden som går ut på å forstå naturen. Den primære hensikten med naturfaget er at barn og ungdom skal forstå naturfaget og i det følgende vil vi presentere to ulike dimensjoner eller akser som er sentrale i denne sammenhengen.

Fagstruktur ved hjelp av regnbuens farger (en femte dimensjon)
Som nevnt ovenfor er naturfaget oppdelt i fagområder eller universitetsfag og skal man forstå naturfaget som helhet er det viktig at man forstår sammenhengen mellom de ulike områdene.  Her vil vi presentere en struktur hvor vi bruker regnbuens farger for å vise slektskap mellom ulike fagområder. Et hovedpoeng er da at det skal være mest mulig oversiktlig struktur hvor alle aktuelle emner finner sin naturlige plassering på ett sted. Om man finner et emne som passer inn flere steder i strukturen er ikke strukturen hensiktsmessig.

Fagstrukturen som er vist til venstre kan oppfattes som et slags kompromiss mellom rene faglige vurderinger og hensyn til hva slags emner som er vanlige å undervise om i naturfagtimene i skoleverket. Det vil helt sikkert være mulig å finne svakheter i strukturen, men vi velger da å bruke den her siden den synes å gi en god bakgrunn for en undervisningsplanlegging. I et såkalt fagplanarbeid er det et hovedkrav at man skal sikre faglig bredde i skoleverket. Lærere på en skole har altså ikke lov til å utelate sentrale naturfaglige emner fra elevene sine fagplaner.

I tillegg til at strukturen har minimalt med faglig overlapping, gir den også en klar sammenhengen mellom de ulike emnene. Dette er da en forutsetning for at man i ett tiårig løp i grunnskolen skal få til en fornuftig progresjon og kunne bygge videre på ting som er behandlet tidligere (spiralprinsippet).   De samme emnene som vi finner i tabellen til venstre finner vi igjen i figuren til høyre, og her har vi lagt vekt på å få fram at noen emner egentlig er en blanding av andre emner. I det blå mekanikkemnet er f.eks. krefter og masse grunnbegrep. Om man relativ tidlig i skolen har et grunnleggende undervisningsopplegg om disse begrepene, er det så mulig å bygge videre på dette når man senere skal forklare planetbevegelsene ( i det fiolette astronomiområdet) eller værfenomen knyttet til at luft stiger når den blir oppvarmet (i det blågrønne området).

Vektingstruktur som gråtoner (en sjette dimensjon)
I undervisningsammenheng er det vanlig å skille mellom 'fag' og 'didaktikk', og dermed lage en slags dimensjon/skala hvor man har undervisning i småskolen på den ene siden og det som skjer av informasjonsformidling ved universitet og andre forskningsinstitusjoner på den andre siden. Her vil vi kort si at vi opplever dette som en mindre fruktbar dimensjon en den vi vil foreslå her. Grunnen er da bare at vi ikke har erfart at barn og voksne tenker så forskjellig at de krever kvalitative ulike forklaringer i møte med ulike naturfagfenomen. Det er selvfølgelig snakk om ulik faglig fordypning på ulike nivå, men her antar vi i utgangspunktet at en god undervisning er god for alle aldersgrupper, og at det derfor er mer viktig å konsentrere oss om en annen dimensjon som vi kaller vekting når vi her vil bruke gråtoner for å få fram.

 Tabellen til venstre viser tre ulike vektinger, men i prinsippet kan vi tenke oss en slags kontinuerlig skal fra "harde" logiske matematiske strukturer til mer myke og diffuse uttrykk eller begrep som ingen vel kan si at de har forstått den egentlige meningen med. For å forstå hvorfor denne dimensjonen er aktuell i naturfagsammenheng kan vi tenke på begrepet energi, som de fleste oppfatter som et viktig begrep som vi som bor i Norge bør vite noe om.

På den ene siden kan man i et undervisningsopplegg om energi definere hva energi er og gi eksempler på ulike energiformer og en test i denne sammenhengen vil da bestå i å muntlige eller skriftlig gjenfortelle den aktuelle lærdommen. Dette er da det øverste nivået i tabellen til venstre eller ytterste hvite nivået på figuren til høyre. Her vil vi da understreke at det er viktig å arbeide språklig med naturfag for å få til en forståelse. Når man i stortingsmeldingen Kultur for læring som ligger til grunn for kunnskapsløftet nevner dette som de tre første grunnleggende ferdighetene (lenke), så er det noe som også naturfaglærerer er enig i. Problemet i skolen er sannsynligvis  mer et spørmål om elevene i de mange norsktimene virkelig møter naturfaglige tekster med naturfaglige ord og begrep. Det er vel fortsatt et generelt mål i norskplanen at oppvoksende slekt lærer å beherske det vi kaller fagprosa og det er vel på dette området at man senere i livet virkelig får erfare om man behersker språket eller ikke. Det skjer vanligvis ikke så mye galt om man ikke har forstått budskapet ei skjønnlitterær bok.  Et annet problem er om læreren vektlegger det å huske f.eks. planetene i solsystemet (eller byene i Belgia) i stedet for en vektlegging av forståelse for de ulike begrepene som brukes.

Den neste lysegrå ringen representerer da den mer praktiske siden ved naturfaget som vi har kalt virkemåte/teknologi. Om man kan beskrive naturfaglige fenomen er det ikke sikkert at man kan nyttiggjøre seg av denne kunnskapen i praksis. Mange er enige om at naturfagundervisningen i norske grunnskoler har blitt vel mye knyttet opp mot bøker og ord, og den praktiske siden har vært forsømt. Når begrepet teknologi har vært flittig brukt i skriv i tilknytning til kunnskapsløftet, så er det en klar henstilling til lærere om å gjøre undervisningen mer praktisk. Men lærere trenger da vanligvis hjelp til å finne praktiske aktiviteter knyttet opp mot ulike naturfaglige emner og det er da i denne sammenhengen at den aktuelle strukturen kan være nyttig. I forhold til eksempelet energi, så finnes det mange eksempler på praktiske og ufarlige modellforsøk som kan utføres i skolestua hvor det er snakk om å lære prinsipp som senere kan være nyttig i vår praktiske energihverdag.

Den siste mørkegrå ringen har vi gitt navnet Verdier/matematikk. Av og til kan man møte mennesker som mener at det  er først når man kan beskrevet fysikken matematisk, at man kan snakke om virkelig fysikkforståelse. Dette er ikke vår holdning her, men vi erkjenner samtidig at man ikke kan si at man behersker naturfagene før man er i stand til å finne noen aktuell matematiske verdier selv. På samme måten som man er forholdsvis hjelpeløs i forhold til det å bruke penger om man ikke kan å regne, så kan man heller ikke si at man behersker naturfag om man ikke selv er i stand til å kontrollere ulike påstander knyttet til mengder av ulike naturfaglige størrelser som f.eks. energi, masse, lengde, tyngde, osv. Det å kunne regne er den fjerde grunnleggende ferdighetene som er nevnt i Kultur for læring (lenke) som skal anvendes i andre fag. Erfaring fra undervisning viser da også at både matematikkundervisningen og naturfagundervisningen har stor nytte av et tverfaglig samarbeid. Om vi f.eks. tenker på emnet energi, så blir det mer aktuelt for elevene om de kan finne egne verdier for f.eks. energimengde og effekt, framfor bare å pugge de som står i lærebøkene. På den andre siden kan matematikken bli vel kjedelig for elevene om de ikke får erfaring med å bruke den i praktiske situasjoner.

En ferdig naturfagstruktur
Om vi så prøver å kombinere den femte dimensjonen (de åtte fargede feltene vist ovenfor) med den sjette dimensjonen som her er fremstilt som tre gråtoner, får vi figuren til venstre som har 8x3=24 områder som man bør innom om man skal gi en relevant og nyttig naturfagundervisning. Alternativet er en undervisning hvor elevene ikke får det de egentlig skal ha ifølge de generelle skrivene som ligger bak de nye læreplanene.

Målet er å bruke denne strukturen aktivt på dette nettstedet, og håpet er da at den aktuelle strukturen skal være et nyttig kart som er lett å huske for dem som ønsker å lære naturfag.