"Din lärare hade fel!" Det är en fras som många en gymnasie- eller universitetsstudent har hört. Som praktiserande och tidigare naturvetenskapslärare, vi har utmanats med denna anklagelse tidigare.

Medan de med avancerad naturvetenskaplig förståelse (inklusive elevernas föreläsare och gymnasielärare) mycket väl kan säga att deras tidigare lärare hade "fel, " "ofullständig" kan vara mer lämpligt. Dessa lärare hade förmodligen rätt i att välja åldersanpassade vetenskapliga modeller och lära ut dessa på åldersanpassade sätt.

Om vi ​​skulle sätta Einstein framför en årskurs 7, han kan mycket väl presentera innehåll för dessa elever långt utöver deras förståelsenivå. Detta belyser ett vanligt missförstånd av vad som lärs ut (och inte) i skolor, och varför.

Undervisning på elevnivå

Vår kognitiva utveckling, definieras av olika stadier beroende på ålder, betyder att lärandet sker gradvis. Undervisning innebär att välja rätt pedagogik för att förmedla kunskaper och färdigheter till eleverna på ett sätt som matchar deras kognitiva utveckling.

I den här artikeln, vi kommer att använda förståelse för krafter inom vetenskapen för att demonstrera denna gradvisa progression och utveckling av utbildning.

I australiska skolor, krafter lärs ut från dagis (stiftelse) till årskurs 12. Under hela utbildningen och särskilt inom grundskolan trots de olika utmaningarna, det är viktigare att eleverna lär sig kunskaper om vetenskapliga undersökningar än bara vetenskapliga fakta. Detta görs inom ramen för alla vetenskapsämnen, inklusive styrkor.

Stadier av lärande är en lång resa

Innan ett barn kan lära sig om vetenskapen om världen runt dem måste de först skaffa sig språkkunskaper genom interaktioner med vuxna, såsom bokläsning (särskilt bilderböcker).

På förskola och dagis, Lekbaserat lärande med hjälp av principer för inlärning i tidiga år är särskilt viktigt. Tappa föremål som stenar och fjädrar för att se vilka som faller snabbare, eller vad som sjunker, kan leda till kommentarer som "tunga saker faller snabbare" eller "tunga saker sjunker". Självklart, detta är "fel" eftersom luftmotstånd inte beaktas, eller densitet i förhållande till vatten, men det är "rätt" för femåriga barn.

I denna ålder, de lär sig att göra observationer för att förstå världen runt dem genom nyfiken lek. Barn kan sakna full förståelse för komplicerade ämnen tills de är kapabla att resonera proportionellt.

På högstadiet, eleverna lär sig om Newtons rörelselagar genom olika experiment. Dessa använder vanligtvis traditionell utrustning som vagnar, remskivor och vikter, såväl som interaktiva online.

Under äldre år, eleverna undersöker enhetlig acceleration och dess orsaker. Förutom att utföra förstahandsundersökningar, som att kasta bollar i luften och använda videoanalys, elever behöver högre matematiska färdigheter för att hantera den inblandade algebra. Strängt talat, de bör ta hänsyn till friktion, men att ignorera det är normalt på denna nivå.

Onlinesimuleringar är särskilt bra för detta ämne. Vår forskning har visat att simuleringar kan ha en statistiskt signifikant och positiv effekt på elevers lärande, särskilt med de studentcentrerade möjligheter de erbjuder. (De är också mycket användbara när du lär dig hemifrån i lockdown.)

Eleverna utökar sedan sin inlärning till Newtons universella gravitationslag. Studenter måste nu tillämpa högre matematiska färdigheter, med ytterligare algebra och potentiell kalkyl. Även om denna modell är ofullständig, och kan inte förklara Merkurius bana (bland annat), denna kunskap räckte för att ta oss till månen och tillbaka.

Att komma bortom Newtons fysik och dess begränsningar, Studenter på grundutbildningen lär sig Einsteins allmänna relativitetsteori där gravitation inte ses som en kraft mellan två objekt, utan som rymdtidens förvrängning av massor. För att ta itu med detta innehåll, eleverna behöver den matematiska skickligheten för att lösa Einsteins olinjära fältekvationer.

Vetenskapen är alltid ofullständig

Så har vi äntligen nått rätt synsätt? Nej, generell relativitetsteori ger ingen fullständig förklaring. Teoretiska fysiker arbetar med en kvantteori om gravitation. Trots ett sekel av sökande, vi har fortfarande inget sätt att förena gravitation och kvantmekanik. Även detta är en oavslutad modell.

Lärare har inte "fel, "de är tillräckligt ofullständiga, precis som Einstein var ofullständig. Så hur kan vi undvika sådana anklagelser?

Kanske ligger svaret i språket vi använder i klassrummet. Istället för att säga "Så här är det..." borde vi istället säga "Ett sätt att se på det är...", eller "Ett sätt att modellera detta är...", inte som en åsiktsfråga, men som en fråga om komplexitet. Detta gör att läraren kan diskutera modellen eller idén, samtidigt som den antyder en djupare verklighet.

Har Einstein verkligen fel? Självklart inte, men det är viktigt att inse att våra modeller av krafter och gravitation är ofullständiga, som med det mesta inom vetenskap, därav den akademiska strävan efter högre kunskap.

Mer viktigt, våra lärare förstår processen med att introducera eleverna för allt mer sofistikerade modeller så att de bättre förstår universum vi lever i. Detta matchar deras kognitiva utveckling genom barndomen.

Lärande är en resa, inte bara slutpunkten. Som aforismen som tillskrivs Einstein säger, "Allt ska vara så enkelt som det kan vara, men inte enklare."

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.