Brist på gymnasielärare i fysik har lett till att lärare med liten eller ingen fysikutbildning tagit över fysikklassrum, orsakar ytterligare stress och jobbmissnöje för dessa lärare – och en svår inlärningsupplevelse för deras elever.

Men ny forskning tyder på att fokuserad fysikprofessionell utveckling för lärare – även de som inte har någon tidigare fysikutbildning – kan leda till bättre upplevelser för både elever och lärare, och kan förbättra elevernas förståelse för fysikbegrepp.

Studien, publicerades förra månaden i Journal of Science Teacher Education , följde två grupper av avancerade lärare i naturvetenskap när de gick igenom tre års utbildning. Programmet utformades för att förbättra deras förståelse av fysikbegrepp och för att hjälpa dem att utveckla undervisningsstrategier för att hjälpa sina elever att bättre behålla det de lär sig om fysik.

Justina Ogodo, studiens författare och postdoktor vid Ohio State Universitys avdelning för undervisning och lärande, sa att när hon startade detta projekt, hon kom ihåg att hon var fysikstudent på gymnasiet, och att vara oinspirerad av den utbildning hon fick.

"Jag hatade verkligen fysik, eftersom min lärare skulle tala till styrelsen – han skulle undervisa till styrelsen, " sa hon. "Jag föreställde mig att eleverna hade samma upplevelse som jag hade, eftersom lärarna inte har innehållskunskaper eller pedagogiska färdigheter för att lära ut fysik."

Ogodo ville förstå hur en lärares ämneskunskap kan påverka en elevs förmåga att lära och förstå. Hon följde en grupp avancerade fysiklärare genom intensiv professionell fysikutveckling finansierad av National Science Foundation, jämförde sedan deras undervisningsmetoder och studentresultat med AP-lärare som inte deltog i kurserna.

För att utvärdera lärarna, Ogodo använde instrumentet Reformed Teaching and Observation Protocol (RTOP), som har använts som ett lärarutvärderingsverktyg sedan 2000. Ogodo använde instrumentet för att mäta varje lärares effektivitet i fem kategorier:lektionsdesign och implementering, innehåll, klassrumskultur, kommunikativa interaktioner och relationer mellan elever och lärare. Hon fann att lärare som genomförde utbildningen fick cirka 40 procent högre poäng än lärare som inte deltog i den professionella utvecklingen.

Inför utbildningen, Ogodo hittade, de flesta lärare använde "traditionella, lärarcentrerade metoder" att undervisa. Dessa metoder inkluderar föreläsningar, antecknings- och problemlösningsaktiviteter – metoder utformade för att slutföra AP-läroplanen och fokuserade på AP-provet.

Ogodo observerade att lärare som genomförde kursen var mer benägna att använda konceptuella inlärningstekniker och den sokratiska metoden för att undervisa sina elever – en metod som drivs av frågebaserad undervisning och lärande, tillsammans med praktiska laborationer för att hjälpa eleverna att se de verkliga tillämpningarna av teorierna de lärt sig.

De lärare som inte fullföljde utbildningen, Ogodo hittade, fortsatte att falla tillbaka på föreläsningar och standardiserade laborationer.

Bristen på fysiklärare är stor. Över hela USA, bara 47 procent av fysiklärarna har fysikexamen eller fysikutbildning, enligt National Science Foundation.

Och i Alabama, där denna studie genomfördes, problemet är värre:Bara 9 procent av fysiklärarna där har fysikexamen eller certifiering inom fysikutbildning.

"De kastas bara in i fysikklassrummen för att undervisa, " Sa Ogodo. "Det betyder att de inte är utrustade för att lära ut fysik, och det kan vara frustrerande för både lärare och elever."

Resultaten kan vara skadliga, Ogodo hittade. Vissa lärare i Ogodos studie rapporterade att de kände en brist på förtroende för sina förmågor, speciellt när de lärde ut fysikbegrepp som de inte förstod, och föreslog att dessa känslor kunde leda till lärares utbrändhet. Ogodo fann också att lärares bristande kunskap kan minska elevernas intresse för fysik.

Men i klassrum ledda av lärare som deltog i den intensiva fysikutbildningen, lärare rapporterade att de kände större tillfredsställelse med att undervisa i fysik och större tillit till sina förmågor.

Tidigare studier om naturvetenskap och utbildning har visat att elevers förmåga att prestera i vilket ämne som helst är direkt kopplat till deras lärares kvalitet och effektivitet.

Ogodo sa att denna studie visar att ökad utbildning för lärare sannolikt kommer att leda till bättre resultat för studenter och till ett större antal studenter som söker framtid inom vetenskaperna.

"En elev sa till mig att hon gillar att skriva, och att hon ville bli en kreativ författare, men att efter att ha tagit den här fysikklassen med sin lärare som hade lärt sig dessa bättre tekniker, hon vill bli fysiklärare, " Sa Ogodo. "Det gjorde precis min dag."