Många skolelever misslyckas med fysik för att de missförstår de grundläggande begreppen. En ny undervisningsmetod kan ändra på detta – ETH-forskare har nu bevisat sin effekt. Det hjälper särskilt intelligenta tjejer att lära sig mer effektivt.

Vad är skillnaden mellan massa och vikt? Hur definieras kraft i fysiken? Mycket få skolelever kan förklara grundläggande fysikbegrepp, inte ens den mest intelligenta. Problemet ligger inte hos eleverna, säger Elsbeth Stern, Professor i empiriskt lärande och undervisningsforskning vid ETH Zürich:"Vår forskning visar att när bra studenter inte förstår fysik, det beror mest på undervisningsmetoderna."

En studie gjord av forskargruppen ledd av Sarah I Hofer och Elsbeth Stern har nu visat att även små förändringar av lektionerna kan ha stor effekt. Resultaten har publicerats i Journal of Educational Psychology .

Riktat misslyckande

Metoden bygger på att få eleverna att brottas med sina förkunskaper. Detta är särskilt viktigt inom fysik, säger Stern:"I nästan inget annat ämne ligger intuition och verklighet så långt ifrån varandra som i fysiken. Våra vardagsupplevelser hjälper inte." Att förstå fysikbegrepp kräver en enorm mental ansträngning från eleverna. Det räcker inte att lära sig formler utantill:"Många elever kan formeln "kraft är lika med massa gånger acceleration", men de har en felaktig förståelse av begreppen kraft, massa och acceleration." Endast de som känner igen dessa missuppfattningar är redo att förstå fysiken.

Undervisningsenheten som utvecklats vid ETH Zürichs STEM-utbildningscenter börjar med dessa missuppfattningar. Till exempel, det låter eleverna misslyckas på ett specifikt sätt:de får en uppgift som de inte kan lösa med sina befintliga kunskaper. Först efter att de har försökt förklarar läraren det bakomliggande konceptet. Eller så låter de eleverna själva arbeta fram principerna med hjälp av olika exempel innan de får formeln.

Lyckat prov i skolan

Stern och hennes grupp har nu visat att metoden fungerar på vanliga skollektioner såväl som på laboratoriet. I ett experiment, forskarna visade att elever presterade bättre i fysik när de undervisades med den metod som utvecklats vid STEM-centret. De förbättrade inte bara sin konceptuella förståelse; de blev också bättre på beräkningar.

Stern och hennes grupp fann den största skillnaden i prestationsförmåga hos särskilt intelligenta tjejer – med den nya metoden, de kom ikapp pojkarna betydligt. Könsskillnaden försvann inte helt, men den blev mycket mindre.

För experimentet, teamet arbetade med erfarna fysiklärare för att utveckla en undervisningsenhet med 18 lektioner om newtonsk mekanik. Fyra gymnasielärare tillbringade sedan en dag med att utbildas i den nya metoden innan de gav parallellklasser med den konventionella metoden och med den nya metoden. Effektiviteten mättes med tre tester, en före undervisningsenheten, en precis efter att den var klar och en tre månader senare.

Att tänka om i fysikundervisningen

Resultaten är mycket positiva, men detta är bara början, säger Stern:"Jag är säker på att vi ytterligare kan öka effekterna av undervisningsenheten." Därefter vill hon finjustera metoden med de lärare som är involverade i experimentet. Hon hoppas också att studien ska hjälpa människor att tänka om sitt förhållningssätt:"Vi kommer nu att vända oss ännu mer självsäkert till de fysiklärare som fortfarande i första hand undervisar i ämnet med hjälp av räkneövningar. Det tillvägagångssättet fungerar inte."