Klasseromsstudien PISA+ i lys av nye PISA-resultater.

Hva skjer i naturfagklasserommet?
Klasseromsstudien PISA+
i lys av nye PISA-resultater
resultater.
Marianne Ødegaard
Naturfagsenteret
PISA+ forskningsgruppe:
Kirsti Klette, Svein Lie, Doris Jorde,
Øistein Anmarkrud, Nina Arnesen,
Ole Kristian Bergem, Astrid Roe,
Torgeir Christiansen, Jo-Rasmus Zachariassen ”grønn greie”
Epost: marianne.odegaard@naturfagsenteret.no

PISA+
+ Prosjekt for Lærings- og Undervisnings-Strategier i Skolen
• Videobasert klasseromsstudie på
9. trinn i fagene:
– Matematikk
– Naturfag
– Norsk (lesing)

Motivasjon for PISA+
• Bidra til å kaste lys over PISA/TIMSS funn som betraktes
som problematiske (Lie et al 1997, Lie et al 2001, Grønmo
et al 2004, Kjærnsli et al 2004).
• Utdype nyere norsk empirisk skole/klasseromsforskning,
særlig følgeforskningen av Reform 97 (Haug 2003; Imsen
2003; Alseth et al 2003; Klette 2003).

Problematiske norske PISA/TIMSS - funn
– Prestasjoner på alle tre fagområder nær gjennomsnittet
for OECD – land
– Betydelig tilbakegang i elevprestasjoner fra 1995 til 2003 i
matematikk og naturfag
– Relativt store forskjeller i prestasjoner mellom elever i alle
fag
– Svakt utviklet repertoar av læringsstrategier
– Svakt ”læringstrykk”
– Høyt nivå av bråk og uro

Overordnede forskningsspørsm
rsmål l for
PISA+
• Hvordan kan vi forstå og fortolke de generelle mønstre
og funn som ligger i de norske PISA/TIMSS dataene?
• Hvordan kan vi forstå de pedagogiske prosesser som
bidrar til denne situasjonen?
• Hvilke tiltak kan føre til forbedring av norsk
grunnopplæring innenfor rammene av et livslangt
læringsperspektiv?

Resultater i
naturfag
Land
Gj.snitt
St.
avvik
Finland 563 (2,0) 86
Canada 534 (2,0) 94
Japan 531 (3,4) 100
New Zealand 530 (2,7) 107
Australia 527 (2,3) 100
Nederland 525 (2,7) 96
Korea 522 (3,4) 90
Tyskland 516 (3,8) 100
Storbritannia 515 (2,3) 107
Tsjekkia 513 (3,5) 98
Sveits 512 (3,2) 99
Østerrike 511 (3,9) 98
Belgia 510 (2,5) 100
Irland 508 (3,2) 94
Ungarn 504 (2,7) 88
Sverige 503 (2,4) 94
OECD gj.snitt 500 (0,5) 95
Polen 498 (2,3) 90
Danmark 496 (3,1) 93
Frankrike 495 (3,4) 102
Island 491 (1,6) 97
USA 489 (4,2) 106
Slovakia 488 (2,6) 93
Spania 488 (2,6) 91
Norge 487 (3,1) 96
Luxembourg 486 (1,1) 97
Italia 475 (2,0) 96
Portugal 474 (3,0) 89
Hellas 473 (3,2) 92
Tyrkia 424 (3,8) 83
Mexico 410 (2,7) 81
( ) Standardfeil i parentes
Naturfag
300 400 500 600 700

Endring i norske prestasjoner
fra 2000 - 2006
510
505
500
495
490
485
Naturfag
Lesing
Matematikk
480
475
470
2000 2003 2006

Prestasjoner i et nordisk perspektiv
over eller under OECD-gjennomsnittet
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
Norge Danmark Finland Island Sverige
Naturfag
Lesing
Matematikk

20
10
0
Kjønnsforskjeller
(positive verdier betyr her i guttenes favør)
-10
-20
-30
Naturfag
Lesing
Matematikk
-40
-50
-60
Norge Danmark Finland Island Sverige OECD

Kompetanser i naturfag
580
560
540
520
500
Norge
Danmark
Finland
Island
Sverige
480
460
Kompetanse Identifisere 1 Forklare Kompetanse 2 Kompetanse Bruke 3
naturfaglige fenomener
naturfaglig
spørsmål naturvitenskapelig evidens

Resultater for
naturfagdisiplinene
Relative styrker og svakheter, ikke skåre i absolutt
forstand
15
10
5
0
-5
Geofag
Biologi
Fys/kjemi
-10
-15
Norge Danmark Finland Island Sverige

Datagrunnlag
Seks ulike skoler ble forespurt/valgt ut fra kriteriene:
• Demografisk spredning (urbaniseringsgrad)
• Ulik organisering (’alternativ’ - ’tradisjonell’)
• Andel fremmedspråklige elever
Pilotering ble gjennomført ved to skoler på et tidlig
tidspunkt i prosjektet (en ’tradisjonell’ + en ’alternativ’)

Forskningsdesign
Videoopptak av alle timer i matematikk, naturfag og
norsk i ca. tre uker fra de utvalgte klasser.
Våre data er:
• Videoopptak og feltobservasjoner
ca.150 økter, (45 i naturfag)
• Intervjuer (elever og lærere)
• Kopi av elevarbeid / oppgaver o.l.
• Kopi av annet undervisningsmateriale

Heavy Teknologi
Computer Workstation
med tilhørende kabler
Fra gangen kunne
teknikere kontrollere:
• Videoopptak
• Lydopptak
• Fjernstyrt kamera
• Lydfeedback til klasseromsobservatørene
Photo: Ola Sæther

Full kontroll!
Teknisk utstyr

Fjernstyrt lærerkameral

Helklassekamera

Fokusgruppe kamera

PISA+ - videoanalyser
• Videoene analysert med tre perspektiver:
– Felles analyser der alle tre fag sammenlignes
– Analyse av timene i de enkelte fag for å
beskrive typiske pedagogiske prosesser
– Detaljanalyser av sekvenser av timer,
enkelttimer eller bestemte fenomener, gjerne
ytterligere belyst gjennom elevintervjuer

Analyse i Videograph

Felles analyse-
kategorier
(Klette et al, 2005)
Læreraktivitet ved
individuelt arbeid
Helklasseinstruksjon
‣ individuell monolog veiledning
‣
Læreraktiviteter allmenngjøring dialogisk av elevers
ved
gruppearbeid
‣ spørsmål spørsmål/svar
‣ gruppe helklassediskusjon
veiledning
‣ går individuell
lese ut høyt av rommet veiledning
‣ ikke-interaksjon
gruppeveiledning
elevpresentasjon
‣ allmenngjøring av
tilrettelegge og instruere
‣ irettesetting gruppers spørsmål
‣ ikke-interaksjon
ikke-faglig kommentar/beskjed
‣ går ut av rommet

Analyse i Videograph

Analyse av alle timer
80
%
60
40
Hel klasse
Individuelt
Gruppe
20
0
Matematikk Naturfag Norsk
Videograf analyser overført til SPSS - viser prosentandel av kodet tid

Læreren
~
analyseenhet
Teacher
lærer
no6
no5
no4
no3
na6
na5
na4
na3
na2
na1
ma6
ma5
ma4
ma3
ma2
ma1
instr
indiv
gruppe
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Mean

I naturfag:
Læreraktivitet ved helklasseundervisning
Monologisk instruksjon
Dialogisk instruksjon
Spørsmål svar
Helklassesamtale
Elevpresentasjon
Tilrettelegge
Irettesetting
Ikke-faglig kommentar
0 10 20 30 40
%

Forskningsspørsm
rsmål l for naturfag:
• Hvilke læringsaktiviteter får elevene tilbud
om i naturfagundervisningen?
• I hvilken grad er elevene med og påvirker
sin egen naturfagundervisning?
• I hvilken grad tilrettelegges det for at
elever skal tilegne seg naturfaglig
kunnskap basert på egne erfaringer og
bruk av samtale og naturvitenskapelig
språk?

Analysekategorier
i naturfag ~ PISA+
(Arnesen og Ødegaard, 2006)
Inspirert av sentrale arbeider
innen ”science education” /
naturfagdidaktikk bl.a.:
”Talking science” Lemke (1990)
”Meaning making in science
classoms” Mortimer og Scott
(2003)

Analysekategorier
i naturfag ~ PISA+
Læreres
undervisningstilbud
Klassesamtaler
Elevaktiviteter

Analysekategorier
Sosialt språk
Vitenskapelig fokus
Referanse

Aktivere tidl.kunnskap
Faglig appetittvekker
Oppsummere
Gjennomgå arbeid
Gjennomgå lekser
Ny fagkunnskap
Praktisk arbeid
Tilrettelegge
50
%
40
30
20
10
0
Læreres undervisningstilbud
Viser hovedaktivitet pr. minutt i prosent.

Tilrettelegge
Aktivere tidl.kunnskap
Faglig appetittvekker
Oppsummere
Gjennomgå arbeid
Gjennomgå lekser
Ny fagkunnskap
Praktisk arbeid
50
%
40
30
20
10
0
Læreres undervisningstilbud
?
Viser hovedaktivitet pr. minutt i prosent.

Elevaktiviteter
%
70
60
50
40
30
20
10
0
følger med/
noterer
leser stille
arbeid
praktisk
arbeid med
oppgaver
bruker IKT

Læringsaktiviteter i naturfag
50
40
30
Ikke-gjennomgåtte oppgaver: Læringsaktiviteter
→ prosjektarbeid
?
→ oppgaver fra arbeidsplanen
→ lab-rapporter
• senere tilbakemelding
• elevautonomi,tilpasset oppl.
• fra læreplanen, skolen
20
10
0
Tilrettelegge
Aktivere tidl.kunnskap
Faglig appetittvekker
Oppsummere
Gjennomgå arbeid
Gjennomgå lekser
Ny fagkunnskap
Praktisk arbeid

Funn, matematikk
• Matematikktimene karakteriseres av monotone
arbeidsformer sentrert rundt teorigjennomgang og
individuell oppgaveløsning.
• Mange elever opplever faget som kjedelig og etterspør
relevans. Oppgaver er lite knyttet til elevenes
hverdagsliv og praktisk anvendelse
• Bruk av arbeidsplan gir elevene muligheter til å velge
strategier som gjør at man blir ”ferdig” med
arbeidsoppgavene i faget i løpet av en til to dager, selv
om arbeidsplanperioden kan strekke seg over tre uker.

Organisering i skolen - arbeidsplaner
• Arbeidsplaner er et skriftlig dokument som er styrende for
elevenes arbeid hjemme og på skolen. Det angir mål og
oppgaver i de ulike fag.
• Alle seks klasser (skoler) benytter en eller annen form for
arbeidsplan. Flere gjør også bruk av
arbeisøkter/studietimer.
• Arbeidsplaner (AP) blir av lærerne ansett som et velegnet
verktøy for å løse problemer knyttet til differensiering og
individuelt tilpasset opplæring. De gir rom for varierte og
tilpassede arbeidsoppgaver.

Organisering – arbeidsplaner forts.
Bruk av AP løser noen utfordringer, men skaper nye.
De mest åpenbare nye problemområder synes å være:
1) Fokus på skriftlig arbeid.
2) Lite systematisk oppfølging av elevenes arbeider.
3) Utbredt aktivitetsorientering - fokus på å løse
oppgaver, noe som kan stå i motsetning til
læringsorientering, med fokus på læringsmål.
4) Enkeltelever blir sittende passive, uten å gjøre noe
relevant faglig arbeid i hele arbeidsøkten.
5) Ved at elevene selv er ansvarlig for tidsbruken i
arbeidsøktene, fratas læreren sanksjons- og
styringsmidler.

Selvregulering?
O: Ja. Og hvor lang tid bruker dere på matematikk i løpet av de to
ukene? Hjemme, ikke i veiledningstimene, men hjemme.
A: Vel jeg har ikke brukt så mye tid hjemme, for det er som Karin sa,
hun sa at vi har sinnsykt lite lekser, men altså, det er mange som
ikke blir ferdig fordi vi.., de gidder ikke!
O: Mmm.
A: Liksom. De bare.., det var en gang vi satt på gangen i
veiledningstimen, vi hadde akkurat vært inne på stillerommet.
Der var det ikke stille. Alle satt og prata på stillerommet. Så gikk
vi inn på veiledningsrommet. Der var det to stykker som jobba,
av tjue eller noe. Også gikk vi på gangen, og der var det ganske
mange som dreiv og løp rundt omkring. Og det var ingen lærer
som.., det var en lærer på stillerommet og en på arbeids..,
samarbeidsrommet, men det var nesten ingen (elever) som
gjorde noe. Og jeg tror halvparten satt og snakka, liksom. Det var
kanskje ti elever i hele klassen som satt og gjorde noe
ordentlig, fikk gjort noe den timen.

O: Mhm.
Selvregulering?
A: Det var liksom en vanlig time, og da reagerte vi litt fordi
egentlig nå så burde vi.., de burde ikke ha to ukers planer, de
burde ha sånn at veiledningstimer, ja, da gjør dere den og
den oppgaven.
O: Du syns at opplegget er litt for løst?
A: Ja, det er.., vi er for bråkete nå. For å få oss til å bli
konsentrerte igjen, så burde de ikke gi oss to ukers planer. De
burde gi oss sånn at vi jobber og sånn, selv om vi ikke er.., de
skal egentlig gi oss frihet og sånn, men når vi ikke klarer det
liksom..
O: Mmm.
A: Jeg klarer det ikke i det hele tatt. Jeg greier ikke å
konsentrere meg eller noen ting. Da blir det for dumt, fordi vi
lærer ikke noe.
(Elevintervju med to jenter)

Klassesamtale i naturfag
30
20
10
0
Elevinitiativ Lærer redegjør Lærer initiativ

(fra en time Ʃ=26):
Elevinitiativ (fra en time
• Tavle / notere: 9
”Skal vi skrive det i boka vår?”
• Praktisk / organisering: 7
”Hvem skal være i den gruppa?”
• Praktisk arbeid: 3
”Hva er det meningen vi skal gjøre?”
• Kommentarer til faglige spørsmål: 5
”Er det ikke hydrogen, ikke nitrogen?”
• Egen meningskaping: 2
”Er dette om fotosyntese?”

Fokus for vitenskapelig samtale
%
20
10
0
Beskrivelse Forklaring Generalisering
Viktige trekk ved naturvitenskapen

Hva er forholdet mellom beskrivelse og forklaring
i naturfagklasserommene? (mikro nivå)
20
10
0
Beskrivelse Forklaring Generalisering
Vil elevene sitte igjen med et inntrykk av
naturfag som et beskrivende fag? (makro nivå)

Timer med praktisk arbeid:
• Få organiserte faglige samtaler mellom
elever.
• Lite brobygning mellom praksis og teori

Språk
%
60
40
20
0
Naturvitenskapelig
Hverdags

Hverdagsspråk Beskrivelse
L: Har dere sett hva som
kommer opp av jorda, det
første som kommer opp av
jorda?
E: En sånn liten grønn greie.
L: Ja. Har du lagt merke til hvor
mange blader det er på den?
E: To.
L: Ja. Flott. Kjempeflott.
(tegner to blad på spiren)
Snakker de naturvitenskapelig?

Vitenskapelig Generalisering
L: Har dere sett hva som
kommer opp av jorda, det
første som kommer opp av
jorda?
E: En sånn liten grønn greie.
L: Ja. Har du lagt merke til hvor
mange blader det er på den?
E: To.
L: Ja. Flott. Kjempeflott.
(tegner to blad på spiren)
L: Planteriket deles inn i to
grupper. Det ene er de
enfrøblada, og det er de
spirene som kommer
opp fra frøet med ett
blad. Og det er blant
annet gress.[…] Og så er
det tofrøblada. Og da
kommer det opp to
blader først.
(peker på tegningen på
tavla)
Snakker de naturvitenskapelig?

Vitenskapelig språk
Forklaring
(snakker om atomer og elektronkonfigurasjon)
J2: Men hvorfor kvittet den seg med den?
Hvorfor kvitter den seg’a?
L: For å kle seg ut som edelgass.
…
J3: Og hvordan kan vi vite hvilke atomer
som er vil kle seg ut som andre?
Og hvilke som vil være som de er?
L: Alle vil… alle atomer ønsker å kle seg ut
sånn. Og da gjør de det enten ved å
byttelåne elektroner, sånn som oksygen
og hydrogen gjør i vannet..
J3: ..eller kvitte seg ?
[..…]
Snakker de naturvitenskapelig?

Vitenskapelig språk
Forklaring
(snakker om atomer og elektronkonfigurasjon)
J2: Men hvorfor kvittet den seg med den?
Hvorfor kvitter den seg’a?
L: For å kle seg ut som edelgass.
…
J3: Og hvordan kan vi vite hvilke atomer
som er vil kle seg ut som andre?
Og hvilke som vil være som de er?
L: Alle vil… alle atomer ønsker å kle seg ut
sånn. Og da gjør de det enten ved å
byttelåne elektroner, sånn som oksygen
og hydrogen gjør i vannet..
J3: ..eller kvitte seg ?
[..…]
J1: Er de levende? Det
virker på meg som om
de er levende…
L: ..nei (ler)
J1: …og at de driver og
bestemmer sjæl hva de
skal?
L: Det er et godt spørsmål.
De er i hvert fall ikke
levende.
J1: Men hvorfor …?
L: Men poenget er for å få
dere til å huske ting ikke
sant?
Snakker de naturvitenskapelig?

Oppsummering:
• Organisering av undervisning:
– Spesielle profiler for hvert fag
– Dialogisk instruksjon og tilrettelegging mest
framtredende
• Arbeidsplaner
– Lite systematisk tilbakemelding på elevarbeid
– Svekket læringstrykk?
• Klassesamtalen
– Undervisningen inkluderer elevenes initiativ. Elevenes
mening er viktig!
– Lite systematisk bruk av faglig samtale i mindre
grupper. Lite refleksjon i forhold til teori.
– Naturvitenskapen synes å framstå som en samling
beskrivelser. For lite hvorfor ?