Livet, Universum, Fysik, Undervisning, Lärande och allting annat..

Arkiv for februar, 2018

Vad är målet för en utbildning?

av 20. februar 2018 i Examen, Lärande, Undervisning med Ingen kommentarer

Tänk dig en student som ska börja på en utbildning, full av förväntan möter studenten upp på första föreläsningen tillsammans med över 100 studenter. Föreläsaren kommer in och startar föreläsningen på följande sätt: ”Ni skall veta att bara 50% av er kommer att klara den här kursen”. Detta är något som jag hoppas att du som läsare tycker är helt förkastligt. Men tänk dig nog om, har du på något sätt själv bidragit till denna hållingen. Det som är intressant är egentligen vad är det som ligger bakom detta. Vad är det för inställning som en slik föreläsare har till sin undervisning och sina studenter. Vad är egentligen det övergripande målet med undervisning?

Svaret på den frågan borde vara att så många som möjligt av studenterna skall uppnå kunskapsmålen i den utbildning som dom genomgår. Detta medför då att högskolans mål skall vara att så många som möjligt skall klara sina kurser, uppnå kunskapsmålen. En examination skall då gå ut på att testa dessa kunskapsmål på bästa möjliga sätt, inte att få ett visst antal att misslyckas. Det handlar om att man skall utbilda och inte sortera.

Betyder detta att alla skall få godkänt? Nej, utan det handlar om att sätta upp tydliga kunskapsmål, baserade på de färdigheter kursen skall ge i förhållande till påföljande kurser och framtida yrkesroll. Dessa kunskapsmål ger då tydliga kriterier för examinationen. Undervisningen bör då inriktas på kunskapsmålen och nödvändiga kunskaper och färdigheter.

Här stöter vi på ett stort hinder, hur kan vi ”mäta” uppfyllelse av kunskapsmålen? Finns det ett bra sätt att evaluera uppställda kunskapsmål? Här finns egentligen inget entydigt svar, då detta kommer att vara beroende på kursen och kursinnehållet. Men det ”bästa” är troligen en klassisk examination med skriftligt test i kombination med en muntlig examination, där det är möjligt att testa gränserna. Detta är dock av praktiska skäl bara möjligt för en liten studentgrupp. Har man en stor grupp så är det mer ekonomiskt att bara ge ett skriftligt test, men hur väl kan ett test som varar maximalt 5 timmar och omfatter runt 10 frågor testa alla kunskapsmålen?

Ett sätt att komma runt detta och testa en större del av kunskapsmålen, är att använda sig av flervals-spörsmål, det vill säga testa en större del av kunskapsmålen. Men detta är i sig inte oproblematiskt, rör det sig om ett fag där räknefärdigheter och problemlösning är en del av kunskapsmålen, så är det svårt att testa dom med flervalsfrågor. I tillägg kommer problemet med fråge-konstruktion och val av felaktiga alternativ, något som inte är enkelt. Här måste man även se till att frågorna har en rimlig svårighetsgrad och att dom är tillräckligt diskriminerande. Även poängsättningen ger upphov till ganska svåra frågeställningar. Hur skall ett felaktigt svar poängsättas i förhållande till rätt svar eller ett blankt svar. Om inte fel svar ”bestraffas” uppmuntras gissningar. Så fel svar och blankt bör inte ge samma poäng. Skall man välja en skala 3, 0, -1 eller 1,0, -1, för rätt, blank, fel. Detta för att undvika rena gissningar.

Det är ganska uppenbart att en enda skriftlig test inte är ett bra sätt att testa kunskapsmålen, men det är det bästa vi har (möjlighet till). Detta är den verklighet vi och studenterna lever med och anpassar oss till. Det är väldigt lätt att man istället för att fokusera på kunskapsmålen fokuserar på examen, detta gäller både studenter och föreläsare. Det är väldigt viktigt att inse att kunskapsmål och examen inte är ekvivalenta, ett bra examensresultat behöver inte betyda att man uppfyllt kunskapsmålen. Undervisningen och studierna riskerar med andra ord att bli examensfokuserade Plötsligt blir inte lärandet det viktigaste utan det blir examen som är målet.

Finns det i tillägg en hålling att bara dom bästa skall klara sig så kan lätt situationen bli kritisk. Det är då lätt att målet blir att så och så många skall få underkänt på en kurs. Det finns anekdoter om hur institutledare har kallat till sig föreläsare som inte underkänt tillräckligt många för en ”luttvagning”, detta gäller ganska många universitet. Men även det motsatta förekommer. Men, det är viktigt att komma ihåg att dom bästa finns redan hos oss, och vad vi som lärare borde göra är att se till att vår undervisning blir sådan att så många av studenterna som möjligt skall få godkänt. Det är sant att den egna insatsen som student är den viktigaste faktorn för lärande, men det betyder inte att undervisningen och studiemiljön är utan betydelse. Vi bör vara medvetna om hur vi undervisar och hur man skall få en så bra lärandemiljö som möjligt.

Men en sortering innebär att man sorterar ut dom ”bästa”, men vad menar vi med dom bästa. Charles Darwin (egentligen Herbert Spencer, men Darwin tog till sig uttrycket) formulerade det som: ”survival of the fittest”. Här kommer betydelsen att vara beroende på den aktuella kontexten. I detta fall innebär det att dom bästa (fittest) blir dom som är bäst på att skriva ett test på 4-6 timmar, inte hur väl man uppnått kunskapsmålen, inte den som fungerar bäst i arbetslivet, inte den som kan applicera sina kunskaper på bästa sätt. Det finns dock en korrelation men den är inte absolut. Här måste vi också titta på arbetsmetoderna i det framtida yrkeslivet. Majoriteten av studenterna kommer inte att bli forskare, dom kommer inte att arbete ensamma. Samarbete, ny kunskap, innovativt tänkande och problemlösning är saker som kommer att bli viktiga.

För att få till en bra undervisning måste vi sätta in oss själva och våra kurser i ett större sammanhang. Vi behöver titta på vad som är målet med utbildning, det vill säga lärandet och hur vi skall öka lärandeutbytet hos studenterna. Har vi målet klart för oss och kan se helheten måste vi ställa oss samma frågor som vi gör i vår forskning, och inte ta någonting för givet. Bara för att man lämnar labbet och går in i föreläsningssalen så skall man inte stänga av sitt kritiska tänkande och reflektera över undervisningen. Det finns massor av forskningsbaserade undervisnings och examinationsformer, det är dags att börja använda dom.

Newton’s Första och Andra Lag

av 8. februar 2018 i Fysik, Historia, Undervisning med Ingen kommentarer

När jag tittade igenom en inspelad föreläsning i mekanik, kom det en fråga från en student om Newton’s första lag (N1). Vad är den till för? Föreläsaren svarade att den var ett specialfall av Newton’s andra lag (N2). Detta fick mig att reagera och börja fundera. Hur ser vi egentligen på N1 och N2. Det som på pappret såg ut att vara en ”lätt” fråga visade sig inte vara helt enkel. Jag startar från början.

Principia, Newton’s första lag

Newtons lagar, kommer från Isaac Newton’s mästerverk ”Principia”[1], där dom formulerades ordentligt första gången. Det som bör noteras är att N1 är en omformulering av Galileo’s tröghets princip, Att ett objekt som inte utsätts för några krafter kommer att fortsätta sin rörelse i all oändlighet. Även om Newton gav Galileo fullt erkännande för N1, så är Newton’s formulering mer djupgående. Men det var inte bara Galileo och Newton som kommit fram till liknande slutsatser, Thomas Hobbes och Rene Descartes hade liknande tankar.

Newton’s första lag hittar vi i Principia under Axiom. På latin formuleras den:

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.

Law I: Every body perseveres in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insofar as it is compelled to change its state by forces impressed.

Vad säger detta ”axiom” egentligen? Här kan man ha ganska många olika tolkningar, men här måste vi som Newton skriver i Principia ha ”ett öppet sinne”. Det första vi ser är att vi egentligen inte kan bevisa att den gäller. Detta då vi inte kan skapa en situation utan krafter som verkar. Det andra är att axiomet inte kan gälla i ett tomrum, vi måste kunna relatera rörelsen till något. Detta något är det vi kallar ett referenssystem, eller tröghetssystem (inertial system). Med andra ord N1 kräver att vi definierar ett tröghetssystem där N1 gäller, och som en följd gäller även de andra lagarna där. Hur kopplar man detta till Newton’s tro på ett absolut rum? Ser man till den tid då Newton levde var detta en självklarhet, vilket gjorde att han ansåg detta som självklart men N1 har dock inte detta som ett krav.

Det står klart att N1 är mycket viktigare än man egentligen undervisas. I majoriteten av böckerna som jag tittat i kommer man mycket snabbt till en matematisk formulering av N1:

och en kort diskussion om tröghetssystem. Se Generell fysikk[2] eller University Physics [3] som exempel. Den matematiska formulering gör det svårt att särskilja den från den vanligaste formuleringen av N2.

Newton’s andra lag

Newton’s andra lag, som följer den första formulerades:

Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.

Law II: A change of motion is proportional to the motive force impressed and takes place along the straight line in which that force is impressed.

För att kunna tolka denna måste vi se till Newtons definitioner:

Definition I: Quantity of matter is a measure of matter that arises from its density and volyme jointly.

Definition II: Quantity of motion is a measure of motion that arises from the velocity and the quantity of matter jointly.

Definition IV: Impressed force is the action exerted on a body to change its state either of resting or of moving uniformly straight forward.

Vi ser att Newton använder sig av rörelsemängden (bevegelsemengde) när han talar om rörelsen, inte accelerationen. Dessutom är kraften som läggs på momentant och inte kontinuerlig (som för den sakens skull är ett special fall). Detta gör att en direkt översättning av N2 till modern matematisk formulering blir:

Vilket inte är den vanligaste formen att presentera N2. Generell fysikk [2], University Physics [3] använder istället:

Vilken introducerades av Euler i mitten av 1700-talet.

Det är notabelt att The Feynman lectures on Physics [4] och Fundamental University Physics [5] använder den förra.

Vad är fördelen? Det uppenbara är att man inte direkt kan se N1 som ett special fall av N2. Dessutom får man fördelen av att kunna använda sig av momentana krafter direkt och kan generalisera till kontinuerliga krafter. Att sedan rörelsemängden är en bevarad storhet gör inte situationen sämre.

Slutord.

Den tankeprocess som en kommentar och ett svar i en videoinspelning startade, fick mig dels till att gå tillbaka till ursprunget och dels att fundera på hur och vad det är vi undervisar i fysik. Föreläsaren är troligen inte den ende som inte fullt ut har förstått vad Newton’s lagar egentligen säger. Detta beror på att många läroböcker inte presenterar dom på ett korrekt sätt. Man väljer oftast ett sätt som kanske är det pedagogiskt riktiga men som gör att den djupa förståelsen för grundläggande principer blir lidande.

Med tanke på att det tog nästan 200 år efter publiceringen av Principia innan man fick en definitivt klargörande av det epistemologiska innehållet  i Newton’s första lag, så är det kanske inte så konstigt att vi använder oss av den utan att till fullo tagit till oss vad den säger. Det är lite av ”Shut up and calculate” och hur N1 behandlas, något som är synd då den är viktig i behandlingen av den speciella relativitetsteorin.

[1] I. Newton, Mathematical Principles of Natural Philosophy, I.B. Cohen & A Whitman, eds. (University of California Press, Berkely 1999)

[2] J.R. Lien& G. Løvhøiden, Generell fysikk for universiteter og høgskoler, bind 1 Mekanikk. (Universitetsforlaget, Oslo 2010)

[3] H. D. Young, & R. A. Freedman. Sears and Zemansky’s university physics. 13ed , (Pearson education, 2012)

[4] R.P. Feynman, R. B. Leighton, & M. L. Sands. The Feynman lectures on physics: Mainly mechanics, radiation, and heat. Vol. 1. (Addison-Wesley , 1963).

[5] M. Alonso & E. J. Finn. Fundamental university physics. Vol 1. (Addison-Wesley, 1968).

Utrotningshotade grundämnen

av 2. februar 2018 i Kemi med 1 Kommentar

Vår teknologi, eller rättare vår ekonomi baseras på iden att jordens resurser är oändliga. Avfall har kunnat dumpas i hav eller släpps ut i luften, utan negativa effekter. Detta är dock något som man egentligen vetat inte är möjligt länge, fast det verkar många glömt av. Förbud att elda med kol i London fann redan 1306 för att förhindra luftföroreningar. I norden ledde överanvändning av skog till att det inte fanns ett träd i närheten av olika gruvor.

Trots det har vi alltid lyckats hitta nya källor. När brist på gödsel uppstod i Europa importerade man guano från andra länder. När det blev ny brist skapades nya kemiska metoder för framställning. Men detta lyckades alltid för att man hela tiden hade grundmaterialet, grundämnena, tillgängliga. Men risken är överhängande för ett antal grundämnen, att det inte kommer vara möjligt att utvinna dessa. Koncentrationerna blir så låga att det inte är ekonomiskt eller fysiskt/kemiskt möjligt att få fram grundämnena. American Chemical Society (ACS) har tagit fram en lista över grundämnen som så att säga kan «ta slut». (https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/research-innovation/endangered-elements.html)

Vi finner ett grundämne som det varit diskussioner om de sista åren och som bland annat gjort att designen av NMR-maskiner har ändrats och att forskningslaboratorier haft svårt att få tag på det: Helium.

Idag är tillgången på Helium begränsad och finns bara på ett fåtal ställen. Så detta är allvarligt.

Men Helium är inte det enda grundämnet som hotat. Viktiga beståndsdelar i elektronik industrin är också i farozonen; Indium, Gallium, Germanium och Arsenik. Kisel passar inte till allt utan dessa är nödvändiga.

Grundämnen som är sällsynta i naturen Os till Bi är också sällsynta och kan vid ökad användning risker att falla från. Dock kan man troligen inom en framtid hitta ersättare, eller nya effektivare utvinningsmetoder, speciellt om vi får tillgång till mycket och billig energi.

Men det som man kanske skall oroa sig mest för är Fosfor (som vi fick från guano som gödsel på 1800-talen), som är nödvändig i våra celler och för att få mat, här kan vi knappast räkna med någon ersättning. Mycket av det som används läcker bland annat ut i haven, där vi måste vänta mycket länge på att det skall anrikas för att bli utvinningsbart. Så Fosfor som vi behöver i gödsel kan bli en bristvara. Lösningar på gödsel problematiken har löst tidigare med import av mumier som maldes till gödsel. Så kanske Soylent Green dyker upp i en annan form än Harrison tänkte sig…

Lärandets yttre villkor-Kan undervisningen förbättras utan att examen ändras?

av 2. februar 2018 i Examen, Lärande, Undervisning med Ingen kommentarer

(Inlägg från Universitetsavisa)

Ungefär samtidigt som hästhoven dyker upp längs vägen eller när snön börjar lägga sig upp mot Realfagsbygget börjar antalet studenter som sitter och läser på sina studieplatser att öka. Då vet man att examensperioden börjar närma sig. Det är en direkt korrelation mellan antalet studenter i läsesalarna och hur lång tid det är kvar till examen. På årets (2017) läringsfestival var detta sätt att studera något som togs upp av studenternas egna röster. ”Panikklesing” är ett mycket passande namn på detta. Men samtidigt vet vi att detta sätt att studera är något som ger ytlig (overfladisk) läring, det man lärt sig sitter mycket löst och med stor risk att det glöms bort. Samtidigt gör detta att man kan känna panik och ägnar mycket möda på att klara examen, det vill säga, man lägger mer möda på att se vad som kommer på examen än att förstå pensum. Detta är något som i sin tur förstärks av att examen betyder så mycket för karaktären.

Det finns då en överhängade risk att strategin blir examensinriktad istället för förståelse- eller läringsinriktad. Med andra ord kommer examinationsformen att bli viktig för hur studierna bedrivs, något som kan ske utan att studenterna har ett reellt val. Detta gör också att när man beaktar alternativa eller reformerade undervisningsformer så är examensformen en viktig aspekt då den på ett sätt är betydande för lärandets yttre villkor. Med andra ord, examensformen kan ha lika stor eller större effekt på resultaten än vad undervisningsformerna har. Vill man verkligen reformera undervisningen måste man även kritiskt granska hur examinationen går till.

Alla kurser har fastställda läringsmål, som både handlar om (fakta-)kunskaper och/eller färdigheter. Omfattningen kan variera men man kan anta att det rör sig om över 500 sidor, om man nu kan talfästa detta på ett bra sätt. Till detta kommer olika färdigheter. Då blir frågan hur man skall kunna evaluera om studenterna uppnått läringsmålen på ett så bra sätt som möjligt, samtidigt som vi optimerar (djup-)lärandet.

Ser vi på skolexamen(sals-examen) så ska man på 4-6 timmar besvara ett (begränsat) antal frågor. Frågan är då hur stor del av pensum det är möjligt täcka. Svaret är ju givet, det är inte speciellt mycket. Rör det sig om fri-text (utredande) frågor är det några få frågor, vilket gör att strategiskt tänkande hos studenterna blir viktigt. Med andra ord, gamla examina studeras noga, vilket ger ytläring. Man kan istället för fri-text välja att bruka flervalsfrågor, men detta ger andra utmaningar. Flervalsfrågor i sig har ett antal inbyggda svagheter som måste tas hänsyn till, bland annat gissning (detta diskuteras i en artikel i UNIPED 3/17). Här finns också begränsningar i att visa färdigheter, exempelvis när det gäller problemlösning och programmering.

Skolexamen i sig är sålunda inte helt kompatibel med att uppnå så bra lärande som möjligt hos studenterna och man bör se efter alternativa former. Det bästa sättet att evaluera en kandidats kunskaper och färdigheter är muntlig examen, där det handlar om att hitta gränserna för kunskapen och att man har möjlighet att testa mer och på ett flexibelt sätt. Men detta är resurskrävande och ganska skrämmande för studenterna(men vanligare förr i tiden), så att använda muntlig examen är inte möjligt. Här vet vi också att formativ evaluering är att föredra. Med mappevaluering, i olika former, som det främsta exemplet, och ofta använt i andra länder. Så varför förekommer inte detta i större omfattning?

Här kommer bland annat ”traditioner” in i bilden. Skolexamen är relativt enkla att administrera och genomföra. Men det gäller även studenternas rättssäkerhet, där evalueringen skall vara opartisk. Mappevaluering gör att anonymiteten kan vara svår att upprätthålla. Men är anonymitet ett krav? Ser vi  på universitets og höyskoleloven står det:

  • 3-9.Eksamen og sensur
(1) Universiteter og høyskoler skal sørge for at kandidatenes kunnskaper og ferdigheter blir prøvet og vurdert på en upartisk og faglig betryggende måte. Vurderingen skal også sikre det faglige nivå ved vedkommende studium. Det skal være ekstern evaluering av vurderingen eller vurderingsordningene.

Värderingen skall ske på ett opartiskt sätt. Det står inget om anonymitet. Är det så att examinatorerna antas vara partiska? Jämför vi med andra funktioner och ställer samma krav, borde inte då domstolsförhandlingar också vara anonyma? Har examinatorer vid Universitet och högskoler sämre integritet än dommare?

Det andra är att värderingen skall vara sådan att den är vetenskapligt baserad när det gäller kunskapsevaluering, här tolkar jag det som gällande både ämnet som värderas samt pedagogiskt och testteoretiskt. Men som argumenteras för ovan så är inte detta fallet, en skolexamen innehåller ett stort mått av tveksamma kompromisser, där man inte kan pröva allt som står i läringsmålen eller gör det på ett sätt som uppfyller alla krav utgående från test-teori.

Här finns det grundlag för att förutsättningslöst diskutera vad lagtexten säger samt hur den tolkas och praktiseras. Ett av argumenten mot mappevurdering är just tolkningen av lagtexten. Men jag menar att det inte är lagtexten i sig utan en i delar extrem tolkning av den.

För att det skall vara möjligt att reformera undervisningen måste man beakta alla aspekter, även examinationen som är ett av lärandets yttre villkor. Vi kan ta till alla metoder för att reformera undervisningen men utan att vi även granskar examinationen så är det risk att vi försöker bota en sjukdom genom att behandla symtomen men inte orsaken, något som inte alltid är så lyckat.

Topp