Argumentasjon og vurdering på ungdomstrinnet

Ideer til hvordan vi kan øve opp og vurdere elevenes argumentasjonsferdigheter i naturfag.

Hypotesetesting – liten tue kan velte stor tass
En hypotese er en antakelse eller en idé om noe. Fra en idé kan vi utlede en konsekvens som vi så kan utforske ved å gjennomføre en undersøkelse. Dataene fra undersøkelsen bruker vi som grunnlag (empirisk evidens) for å støtte/styrke, svekke eller motbevise (falsifisere) hypotesen.

Når en hypotese er blitt styrket gjentatte ganger, og forskere har diskutert seg imellom og er rimelig enige – har nådd konsensus – kan vi kalle hypotesen en lov. En teori kan sies å være en forståelsesramme for en rekke lover innen et fagfelt.

Vi kaller en hypotese vitenskapelig dersom den er falsifiserbar – dersom det er mulig å motbevise den ved vitenskapelige metoder. Dette ”falsifikasjonskriteriet” er i seg selv ikke vitenskapelig, men kan utelukkende begrunnes ved argumentasjon. Ved å utføre en undersøkelse som motbeviser en av antakelsene, kan derfor ”en praktfull teori bli veltet av et stygt lite faktum” (Thomas Huxley 1825-1895).

Hypotese
Oppgaven til høyre tar opp begrepet hypotese, og den er knyttet til hovedområdet Forskerspiren etter 7. årstrinn. Kolonnen til høyre viser hvor stor prosentandel av elevene som valgte hvert svaralternativ.

Naturvitenskapelige hypoteser er ideer som

A   vi ikke kan undersøke ved å gjøre eksperimenter og observasjoner 8 %
B er bevist gjennom mange eksperimenter eller observasjoner 14 %
C kan bevises ved å gjøre ett eksperiment eller èn observasjon 26 %
D vi kan undersøke ved å gjøre eksperimenter og observasjoner 52 %

 

Alternativ A antyder at naturvitenskapelige hypoteser skulle være en del av naturvitenskapens aksiomatiske grunnlag (det vil si et sett av allment aksepterte ”sannheter”). Alternativene B og C, som til sammen 40 % av elevene velger, bygger begge på at naturvitenskapelige hypoteser kan bevises. Riktig språkbruk i denne sammenhengen er at hypoteser kan styrkes, svekkes eller motbevises. Omlag halvparten av elevene svarer riktig på oppgaven (alternativ D).

Ulike typer variabler i undersøkelser
Vi husker at vi fra en idé kan utlede en konsekvens som vi kan utforske ved å gjennomføre en undersøkelse. Når vi gjør undersøkelser, har vi to typer variabler; uavhengige og avhengige. Den variabelen vi bestemmer verdien av, kaller vi uavhengig variabel. Den variabelen vi så undersøker og måler verdien av, kaller vi avhengig variabel.

Noen undersøkelser krever flere uavhengige variabler. For å kunne måle hvordan én av de uavhengige variablene påvirker den avhengige, holder vi de andre uavhengige variablene konstant. Da kaller vi disse uavhengige variablene for kontrollvariabler.

Noen ganger ønsker vi en grafisk representasjon av det fenomenet vi undersøker. Da avsetter vi den uavhengige variabelen langs den horisontale aksen i koordinatsystemet, og den avhengige variabelen langs den vertikale. Vi tegner så en graf som viser avhengig variabel som funksjon av den uavhengige variabelen. Vi kan tegne en graf for hver av de avhengige variablene.

Oppgaveenheten ”Lekebilen”
Oppgaveenheten nedenfor kalt ”Lekebilen” inngikk i Osloprøven i naturfag på 8. trinn. Oppgavene er eksempler på hvordan Osloprøven evaluerte elevenes kompetanse innenfor hovedområdet Teknologi og design. Læreplanens hovedområder er ikke gjensidig utelukkende, så vi kan si at enheten også målte elevenes kunnskaper og ferdigheter på hovedområdet Forskerspiren. Legg også merke til hvordan enheten integrerer de grunnleggende ferdighetene lesing og regning i naturfag ved at elevene må lese og hente tall ut av en tabell og tolke tallene.

Enheten er et eksempel på en undersøkelse med tre variabler. Da Mattis bestemmer hjulstørrelsen og vekta, er disse uavhengige variabler. Da Mattis måler hvor lang tid bilen bruker på å kjøre fem meter med full hastighet, er tiden den avhengige variabelen. Mattis har dermed to uavhengige variabler, og han må holde den ene konstant (kontrollvariabel) mens han undersøker effekten av den andre.

Oppgave 1 spør hvilke to eksperiment Mattis kan sammenligne for å finne ut om størrelsen på hjulene (uavhengig variabel) påvirker farten til bilen. Farten er uttrykt gjennom tiden (avhengig variabel) bilen bruker. Mattis må da holde vekta til bilen konstant (kontrollvariabel) mens han varierer hjulstørrelsen.

Det betyr at de 71 % av elevene som valgte alternativ B fikk 1 poeng på denne oppgaven. Hele 17 % av elevene krysset av alternativ A hvor hjulstørrelsen riktignok varierer, men hvor den andre uavhengige variabelen (vekta) ikke holdes konstant. Disse elevene mangler kunnskaper om det vi kalte kontrollvariabler; å holde andre variabler konstant slik at vi kan undersøke effekten av den variabelen vi er interessert i. De 12 % som valgte alternativ C, velger ut eksperimentene 2 og 3 hvor verken hjulstørrelsen varierer, eller vekta blir holdt konstant.

Oppgave 2 ber elevene om å ta stilling til tre utsagn. Vi kan tolke utsagnene som tre ulike ideer eller hypoteser om hvordan størrelsen på hjulene vil påvirke farten. Oppgaven krever dermed at elevene bruker empiriske data fra undersøkelsen til å teste tre forskjellige vitenskapelige hypoteser. Elevene må dermed argumentere for og imot tre ulike utsagn. Ved å sammenligne eksperimentene 1 og 3 (se oppgave 1), ser vi at bilen bruker like lang tid – kjører like fort – med små hjul som med store hjul når vekta holdes konstant. Dataene styrker dermed hypotesen i alternativ A, og motbeviser hypotesene i alternativene B og C.

Hele 69 % av elevene svarte riktig (A), mens 19 % og 12 % valgte henholdsvis alternativene B og C. Legg forøvrig merke til at hypotesene i alternativene B og C er ”mer vitenskapelige” enn hypotesen i alternativ A, fordi vi har vist at de kan falsifiseres. De er motbevist, og vi kan være sikre på at de var vitenskapelige!

Oppgave 3 har samme form som oppgave 1, og bringer ikke inn noe nytt. To ting er imidlertid interessante å merke seg: Det ene er at elevene nå må behandle den andre uavhengige variabelen (hjulstørrelse) som kontrollvariabel. Det andre er at andelen av elever som svarte riktig – alternativ C – sank fra 71 % (oppgave 1) til 59 %, mens andelen elever som valgte distraktor A økte fra 17 til 23 %.

Ved å intervjue elever kan vi finne ut hvilke underliggende prosesser som får elevene til å svare så forskjellig på oppgave 1 og 3. Dette vil øke testens validitet, fordi vi da får innsikt i om vi måler det vi tror vi måler, eller om elevene på dette trinnet løser oppgavene på andre måter. Dersom vi ”synser”, er det nærliggende å tro at ”lesing i naturfag” kan være en faktor: Det er muligens vanskeligere å hente ut den informasjonen en trenger fra tabellen for å svare på spørsmål 3 enn på spørsmål 1.

Oppgave 4 har samme form som oppgave 2, og bringer heller ikke inn noe nytt. Det er likevel interessant at til sammen 93 % krysser av alternativene B og C, og dermed mener at vekta endrer farten til bilen. Dette blir særlig interessant i og med at hele 27 % krysset av alternativ B, og dermed bruker dataene feil i argumentasjonen sin.

Analyser viser også at disse elevene i gjennomsnitt er ganske flinke – oppnår relativ høy gjennomsnittelig poengsum på prøven. Resultatet kan selvfølgelig være påvirket av at elever har problemer med å relatere hvor lang tid bilen bruker på 5 meter til begrepet ”fart”. Oppgave 4 diskriminerte for svakt mellom faglig sterke og svake elever, og den inngikk derfor ikke i elevenes endelige poengsummer på prøven.

 

Lekebil

Oppgave 1
Hvilke to eksperiment kan Mattis sammenligne for å finne ut om størrelsen på hjulene påvirker farten til bilen?

A  Eksperiment 1 og 2 17 %
B  Eksperiment 1 og 3 71 %
C  Eksperiment 2 og 3 12 %


Oppgave 2
Hvilket utsagn om størrelsen på hjulene og farten til bilen er mest riktig?

A   Bilen kjører like fort med små hjul som med store hjul 69 %
B   Bilen kjører fortere med små hjul enn med store hjul 19 %
C   Bilen kjører fortere med store hjul enn med små hjul 12 %


Oppgave 3

Hvilke to eksperiment kan Mattis sammenligne for å finne ut om vekta påvirker farten til bilen?

A Eksperiment 1 og 2 23 %
B Eksperiment 1 og 3 18 %
C Eksperiment 2 og 3 59 %


Oppgave 4

Mattis brukte lekeklosser til å gjøre bilen tyngre. Hvilket utsagn om vekta og farten til bilen er mest riktig?

A Bilen kjører like fort når den er lett som tung 7 %
B Bilen kjører fortere jo tyngre den er 27 %
C Bilen kjører fortere jo lettere den er 66 %