Därför är rum och tid viktiga nycklar till naturvetenskapen
Urban Eriksson, Uppsala universitet, driver projektet "Storlek och skala i universum", om elevers förståelse för rumtid, vilket anses svårt att undervisa om. Här ger han råd om hur man kan gå tillväga. Foto: Uppsala universitet och Stock Adobe
Forskning De elever som inte har en känsla för rum och tid, och rumtid, får betydligt svårare att lyckas i naturvetenskapliga ämnen, enligt forskaren Urban Eriksson som är mitt uppe i ett forskningsprojekt om storlek och skala i universum.
Vad betyder sättet vi uppfattar tid och rum för vår förståelse av universum? Väldigt mycket, konstaterar Urban Eriksson, professor vid Uppsala universitet, som driver forskningsprojektet ”Storlek och skala i universum”.
– Det här är något man behöver jobba mer med i skolan. Det kan vara avgörande för en djupare insikt om många fenomen i vår omvärld. Dessutom har forskning visat att elever som förstår det här lyckas bättre i naturvetenskapen. Fast tid och rum kan vara jättesvårt att undervisa om, säger han och utvecklar sitt resonemang:
– I fysikämnet pratar man ofta, inledningsvis, om mekanik och sådant som befinner sig i rummet, sådant som man kan se. Men sedan blir det mycket värre, särskilt när man talar om stora och små tal. Om vi utgår ifrån exemplet atomer – hur pratar man om storleken på dem? Jo, de är en ”ångström", säger man ibland. Eller 0,1 nanometer… Men hur mycket är det egentligen? Och hur stor är kärnan i förhållande till atomen? säger Urban Eriksson.
Vanliga missförstånd hos gymnasieelever
- Att stjärnor ses som mindre än planeter och att stjärnor placeras inom vårt solsystem.
- Att ozonlagret rangordnas som mer avlägset från jordens yta än vad jordens mittpunkt rankas.
- Att solen avger energi genom att den brinner.
Källa: Examensuppsatsen ”Svenska gymnasieelevers uppfattningar om storlek och avstånd i universum” av Karolin Nilsson. Uppsatsen är en del av forskningsprojektet ”Storlek och skala i universum”.
Frågan är hur läraren kan gå tillväga? Det viktigaste, tror Urban Eriksson, är att verkligen diskutera kunskapsinnehållet och försöka göra liknelser med sådant som eleverna kan och känner igen sig i från sin vardag.
Tid är ännu svårare för människan att förhålla sig till, förklarar han.
– Tid en ju en dimension som vi bara färdas i utan att tänka på det. Kanske kan vi inte få en fullständig förståelse för vad tid är men möjligen för vår förståelse av tid. Och vi kanske får nöja oss med det, säger han.
Väldigt komplicerat
När man kommer till kombinationen av rum och tid – rumtid – blir det ännu mer komplicerat. Urban Eriksson beskriver rumtid som en sammanvävd kombination av rum och tid.
– Rum och tid är tröskelbegrepp som man måste komma över för att kunna förstå naturvetenskapen på ett djupare plan, vare sig eleverna går på lågstadiet eller gymnasiet, säger han.
Rum och tid är ett vanligt begrepp inom astronomin, där man måste inse att när man tittar ut i universum, så tittar man också tillbaka i tiden.
– Längdskalor, det vill säga hur stort något är eller hur långt bort något är, är ofta greppbara om de gäller saker i vår vardag, men rum- och tidsskalor kan ju även vara astronomiska eller mikroskopiska, säger han.
Klimatfrågan är ytterligare ett exempel där begreppet rumtid är centralt, och som spiller över på fysiken, kemin, biologin, och geologin.
– Klimatfrågan har ju alltid funnits, men varför är den frågeställningen annorlunda idag? Här kan man diskutera på vilken tidsskala den här utvecklingen har skett. Man kan också tala om var klimatbovarna befinner sig i förhållande till min lilla plats på jorden, där jag bor - och hur det avståndet kan påverka oss? Här är rum- och tidskalorna mer greppbara, vilket kan var en stort fördel i detta sammanhang.
Astronomiska objekt på mellanstadiet
- Vanliga felaktiga uppfattningar hos elever är föreställningen att stjärnor är små, mindre än planeter, samt att de förväxlar platserna för solsystem och galax när storleksrankas.
- Lärare bör inte ta för givet att eleverna vet vad stjärnor är. Särskilt när eleverna börjar årskurs sju och har undervisning om galaxer och universums utveckling, som bygger på förståelse av stjärnor.
Källa: Examensuppsatsen ”Blinka lite stjärna där, hur jag undrar hur stor du är – elevers uppfattningar om astronomiska objekts storlek och skala” av Sarah Lindgren. Uppsatsen är en del av forskningsprojektet ”Storlek och skala i universum”.
Urban Eriksson och hans kollega Jenny Hellgren, universitetslektor i naturvetenskapens didaktik vid Umeå universitet, har låtit cirka 1000 elever svara på en enkät med frågor om stora astronomiska tal. Samt studerat hur forskare inom olika fält hanterar stora och små rumsliga skalor.
– Det var intressant att se att forskare såg på rumtid på olika sätt. Att det verkar finnas olika strategier för att hantera stora och små skalor.
Resultaten från elevenkäten visar också hur oerhört komplexa de här frågorna är, berättar han.
Eleverna som deltog i undersökningen gick i årskurs ett upp till och med gymnasiet.
– Deras svar bekräftar att det finns allvarliga missuppfattningar. Och att det verkligen kan vara en utmaning att hantera rum och tid ur ett undervisningsperspektiv.
Studerat undervisning
För att få svar på sina frågor om hur begreppen hanteras har Urban Eriksson och Jenny Hellgren även studerat läroplanen, undervisningen i praktiken och läromedel.
– Man kan säga att det här hanteras sådär. De här frågorna tas inte upp specifikt och många lärare tycker att det är svårt. Man saknar inte kunskapen, men man saknar redskapen för att hantera diskussioner av det här slaget.
Kan man få fullständig förståelse för rum, tid och rumtid?
– Det är tveksamt. Jag skulle säga att det finns olika nivåer av förståelse och det är det vi ska fortsätta att undersöka genom att intervjua experter, lärarstudenter och lärare, säger han och tillägger att ambitionen är att deras resultat förstås ska komma skolan till godo.
– Vår plan är att försöka bidra med ämnesövergripande råd och riktlinjer för arbetet med rum- och tidsskalor. Allt för att ge elever bättre förutsättningar att förstå naturvetenskap, säger Urban Eriksson.
Så här kan du undervisa om rumtid
Urban Eriksson förklarar:
- Atomer: Om en atomkärna, som är ungefär 100 000 ggr mindre än en atom, är 1 centimeter så befinner sig elektronerna 100 000 gånger längre bort, det vill säga 1 kilometer. Här kan det vara bra att gå en promenad med eleverna. Kan de ens se ”atomkärnan” på det avståndet? Dessutom: Allt annat mellan kärnan och elektronerna är tomrum.
- Logaritmisk skala: Beskriv med hjälp av skalor. Exempelvis genom att visa hur långt något är, eller hur stora saker är i förhållande till varandra, med hjälp av linjär skala och logaritmisk skala (gymnasiet).
- Virus: I stället för att beskriva förhållanden med mått som kilometer eller mikrometer kan man visualisera informationen genom att säga att ett virus är hundra gånger mindre än en vanlig cell.
- Tid: Tid är särskilt intressant att diskutera i astronomi, där man kan diskutera hur ett objekt ser ut i dag. När vi fångar ljuset från ett objekt på exempelvis 1000 ljusårs avstånd, så är det ljus som sändes ut för 1000 år sedan som vi ser nu. Men vad har hänt sen dess?
LÄS ÄVEN
Professorn uppmanar lärare att trassla till matten
Kemilärare undantas från nya sprängregler
