I denne afhandling analyserer jeg forholdet mellem elevers teoretiske viden og deres evne til at udføre eksperimentelt arbejde i fysik.
Afhandlingens udgangspunkt er en afvisning af det ofte stillede spørgsmål om det praktiske arbejdes effektivitet som et pædagogisk middel til at lære fysikkens teori. I stedet spørger jeg hvad der skal til for at gøre laboratoriearbejdet meningsfyldt for eleverne.
Afhandlingen består af tre dele.
Den første del er en teoretisk analyse. Jeg vælger at gå ud fra den præmis at skolefaget fysik skal afspejle særlige træk ved fysikken som en speciel måde at betragte naturen på. Idet jeg bruger indsigter fra videnskabsteorien, prøver jeg at indkredse fysikkens centrale karakteristika, specielt eksperimentets rolle. Jeg argumenterer for at et fænomen ikke er et fysikfænomen med mindre det ses fra fysikkens særlige synsvinkel. Og det er kun når et fænomen ses som et fysikfænomen at det kan gøres til genstand for fysikeksperimenter.
Jeg giver derefter en oversigt over forskellige typer praktisk arbejde og diskuterer hvordan elever kan lære at gennemføre fysikundersøgelser, dvs. se fænomener som fysikfænomener. Af diskussionen og analyserne i den første del udspringer det centrale forskningsspørgsmål:
Hvordan påvirker elevernes mentale modeller deres evne til at stille eksperimentelle fysikspørgsmål og gennemføre eksperimentelle fysikundersøgelser?
I den anden del kombinerer jeg viden fra videnskabsteorien med indsigter en kognitive psykologi for i detaljer at analysere elevernes mulige mentale modeller og hvordan disse kan tænkes at påvirke de fænomener de ser.
På grundlag af dette teoretiske arbejde har jeg udarbejdet et analyseredskab til analyse af elevernes dialoger under deres planlægning eller fortolkninger af eksperimentelle undersøgelser. Analyseapparatet omfatter en omhyggelig analyse af det pågældende eksperimentelle problem, både fra et fysikteoretisk perspektiv og fra et didaktisk perspektiv. Ved hjælp af denne analyse identificeres en rækker perspektiver for elevernes mulige mentale modeller i forhold til problemet, og elevernes dialog eller skriftlige udsagn sammenlignes med disse aspekter.
I den tredje del analyserer jeg detaljeret tre cases hvor elever arbejder med problemer i forbindelse med eksperimenter. Analysen er baseret på videooptagelser af eleverne, og fra udskriften af dialogen rekonstrueres plausible beskrivelser af deres mentale modeller efterhånden som disse udvikler sig i løbet af arbejdet. På denne måde fremkommer der en meget detaljeret beskrivelse af elevernes arbejde. Disse modeller sammenlignes så med hvad eleverne siger og gør.
Det viser sig at denne metode er et velegnet værktøj til at forstå elevernes mentale modeller. De tre cases illustrerer meget klart hvordan elevernes evne til at stille eksperimentelle spørgsmål i forbindelse med et fænomen forbedres efterhånden som deres mentale modeller udvikler sig.
De pædagogiske implikationer er at lærere bør være meget opmærksomme på deres elevers specifikke teoretiske forståelse (deres mentale modeller) i forbindelse med det fysikfænomen de undersøger. Man kunne tænke sig at en væsentlig del af den teoretiske undervisning stilles i eksperimentets tjeneste.