[Detta blogginlägg utgör en del av Universitetspedagogik 3-kursen.]

Fysikundervisningen vid Åbo Akademi består till största del av traditionell katederundervisning och veckovisa beräkningsuppgifter (räkneövningar). Min uppfattning och gissning är att denna undervisningsform är, och har i princip alltid varit, standarden inom fysik. Jag vill i detta inlägg främst fokusera på vad jag upplevt bristfälligt i räkneövningarna. Jag jämför mina tankar med vad Eric Mazur skriver om i boken ”Peer Instruction” [1], som handlar om undervisningsmetoden hen utvecklat på 1990-talet, och redogör för tankar texten väckte hos mig.

Min frustration gällande räkneövningarna (och tenterna) kan bäst förmedlas via en kort berättelse om min studietid. Jag har alltid haft väldigt lätt med matematik och ekvationslösning, men jag har haft svårt att lära mig att förstå koncept. Jag har således oftast kunnat lösa räkneuppgifter trots att jag inte förstått vad uppgifterna handlat om eller varför ekvationerna är som de är. En av mina studiekamrater var å sin sida väldigt bra på konceptuell förståelse, men inte alls lika bra på matematisk problemlösning. Jag anser min studiekamrat vara en ”bättre” fysiker, eftersom jag upplever hens färdigheter mer lämpade för arbetslivet. Trots detta hade jag klart högre vitsord än min kompis, eftersom konceptuell förståelse väldigt sällan examinerades. Eftersom det inte examinerades hade jag inte heller någon morot att satsa på den konceptuella förståelsen.

Det finns en hel del undervisningsmetoder i fysik som bevisats resultera i ökad förståelse (se exempelvis tabell IV i [2]), varav Peer Instruction är den mest välkända [2]. Mazur har visat att Peer Instruction leder, utöver ökad konceptuell förståelse även, till ökad förmåga att lösa traditionella räkneuppgifter [1, 3]. Peer Instruction-metoden består av flera delar och baserar sig i undervisningen på en del av dagens ”hot topics” inom pedagogik, såsom interaktivitet och formativ bedömning.

I Peer Instruction mäts studerandenas konceptuella förståelse med s.k. ConcepTests. Före varje föreläsning ska studerandena ha läst det relevanta materialet och svarat på ett läsförhör. Varje föreläsning består av korta sektioner på 7—10 minuter kring specifika koncept. Denna sektion handlar om kärnan i konceptet, tar inte upp härledningar och kan innehålla en demonstration av konceptet. Efter detta ger läraren studerandena ett ConcepTest, som går ut på att läraren presenterar en situation med några påståenden, varav ett är sant. Studerandena får individuellt fundera på situationen i en minut och väljer det påståendet de tror stämmer. Efter detta diskuterar studerandena med sina grannar i ett par minuter och svarar på nytt. Läraren kollar hur studerandena svarade, individuellt och efter diskussionen. Detta kan göras exempelvis med uppvisning av lappar eller med elektroniska ’clickers’. Ifall det verkar som att studerandena förstår konceptet går läraren vidare till nästa koncept, annars diskuteras konceptet vidare och vid behov testas förståelsen med ett till ConcepTest.

Ibland lyckas studerandena undervisa varandra bättre än läraren lyckas, vilket ger dem ökad förståelse. Dessa test tar upp ca en tredjedel av föreläsningstid, men möjliggör att den resterande tiden sätts där den behövs. Konceptuella förståelsen examineras också lika starkt som traditionell matematisk problemlösning; hälften av räkneövningarna och tentuppgifterna är konceptuella och hälften matematiska.

Genom undervisning med Peer Instruction har studerandenas konceptuella förståelse ökat drastiskt och falsk fysikalisk intuition har korrigerats, men även den matematiska problemlösningsförmågan har förbättrats trots att den aspekten uppövas och uppmuntras mindre än i traditionell fysikundervisning.

Utan konceptuell förståelse har man inte förutsättningen att effektivt skapa modeller och lösa verkliga problem. Ifall utrymme inte ges för att uppöva den konceptuella förståelsen kan man heller inte träna bort falsk intuition och inkorrekt förståelse. Dessa följder då med en i arbetslivet och kan t.ex. leda till att man gör falska antaganden i sin forskning. Brist på konceptuell förståelse under studietiden påverkar således även kvaliteten på forskning. Mazur visar dessutom att förmåga att lösa matematiska problem korrelerar väldigt svagt med förmågan att förstå koncept [1]. M.a.o. kan man få goda vitsord med väldigt bristfällig förståelse, vilket jag också upplevt. I Peer Instruction är föreläsningarnas syfte att klargöra och fördjupa materialet istället för att upprepa det, vilket jag finner attraktivt.

I sin bok skriver Eric Mazur: ”Frustration with introductory physics courses has been commented on since the days of Maxwell” (James Clerk Maxwell, fysiker, 1831—1879) [1]. Det finns flera aspekter man kan känna frustration för inom traditionell fysikundervisning. Största bristen enligt mig är att fokus och examination endast ligger på matematisk problemlösning, medan man antar att konceptuell förståelse följer per automatik. Jag har upplevt, och Mazur kan för sina studenter visa, att detta inte är fallet. I den traditionella undervisningen kan man få goda vitsord utan att egentligen förstå vad man sysslar med och detta kan med tiden leda till minskad kvalitet av forskning. Mazurs Peer Instruction-metod tar den konceptuella inlärningen och förståelsen som kärnpunkt och omformar undervisningen enligt den. Genom att avvika från traditionell undervisning på detta sätt kan lärande av både koncept och matematisk lösning förbättras, enligt flera olika mått.

Ett flertal olika undervisningsmetoder har utvecklats för att förbättra inlärning inom fysik och Peer Instruction är den mest kända av dessa [2]. Jag rekommenderar starkt att de som undervisar i ämnen med väldigt traditionell icke-interaktiv katederundervisning bekantar sig med alternativa metoder inom sitt fält. Det är väldigt motiverande att se hur väl dessa metoder kan förbättra inlärning, och man kan ju alltid plocka bitar ur olika metoder enligt vad som fungerar för en själv. Jag kommer definitivt att vidarebekanta mig med andra metoder.

Referenser

[1] Eric Mazur, Peer Instruction: A User’s Manual (Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1997).

[2] Charles Henderson & Melissa H. Dancy, Impact of physics education research on the teaching of introductory quantitative physics in the United States. Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res. 5, 020107 (2009).

[3] Catherine H. Crouch & Eric Mazur, Peer Instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys. 69 (9), 970 (2001).

[4] Melissa Dancy, Charles Henderson & Chandra Turpen, How faculty learn about and implement research-based instructional strategies: The case of Peer Instruction. Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 12, 010110 (2016).