Einstein tog fejl, ikke din naturfagslærer

"Din lærer tog fejl!" Det er en sætning mange en gymnasie- eller universitetsstuderende har hørt. Som praktiserende og tidligere naturfagslærere, vi er blevet udfordret med denne anklage før.

Mens dem med avanceret naturvidenskabsforståelse (inklusive elevernes undervisere og gymnasielærere) meget vel kan sige, at deres tidligere lærere tog "forkerte, " "ufuldstændig" kunne være mere passende. Disse lærere havde sandsynligvis ret i at vælge alderssvarende videnskabelige modeller og undervise i disse på alderssvarende måder.

Hvis vi skulle sætte Einstein foran en 7. klasse, han kunne godt præsentere indhold for disse elever langt ud over deres forståelsesniveau. Dette fremhæver en almindelig misforståelse af, hvad der (og ikke bliver) undervist i skolerne, og hvorfor.

Undervisning på elevernes niveau

Vores kognitive udvikling, defineret af forskellige stadier afhængigt af alder, betyder, at læring er gradvis. Undervisning involverer at vælge den rigtige pædagogik til at formidle viden og færdigheder til eleverne på en måde, der matcher deres kognitive udvikling.

I denne artikel, vi vil bruge forståelse af kræfter i videnskaben til at demonstrere denne gradvise progression og udvikling af uddannelse.

I australske skoler, kræfter undervises fra børnehave (fond) til år 12. Gennem hele deres uddannelse, og især i grundskolen på trods af de forskellige udfordringer, det er vigtigere, at eleverne lærer videnskabelige undersøgelsesfærdigheder end blot videnskabelige fakta. Dette gøres inden for rammerne af alle videnskabelige emner, inklusive styrker.

Stadier af læring er en lang rejse

Før et barn kan lære om videnskaben om verden omkring dem, skal det først tilegne sig sprogfærdigheder gennem interaktioner med voksne, såsom boglæsning (især billedbøger).

I børnehave og børnehave, Legebaseret læring ved hjælp af læringsprincipper i de tidlige år er særlig vigtig. Tab af genstande såsom sten og fjer for at se, hvilke der falder hurtigere, eller hvad synker, kan føre til kommentarer som "tunge ting falder hurtigere" eller "tunge ting synker". Selvfølgelig, dette er "forkert", da luftmodstand ikke tages i betragtning, eller tæthed i forhold til vand, men det er "rigtigt" for fem-årige børn.

I denne alder, de lærer at foretage observationer for at give mening om verden omkring dem gennem nysgerrig leg. Børn kan mangle en fuld forståelse af komplicerede emner, indtil de er i stand til at ræsonnere proportionalt.

I ungdomsskolen, eleverne lærer om Newtons bevægelseslove gennem forskellige eksperimenter. Disse bruger typisk traditionelt udstyr såsom vogne, remskiver og vægte, samt interaktive online.

I seniorår, studerende undersøger ensartet acceleration og dens årsager. Udover at udføre førstehåndsundersøgelser, såsom at affyre bolde i luften og bruge videoanalyse, studerende har brug for højere matematiske færdigheder for at håndtere den involverede algebra. Strengt taget, de bør tage højde for friktion, men at ignorere det er normalt på dette niveau.

Online simuleringer er særligt gode til dette emne. Vores forskning har vist, at simuleringer kan have en statistisk signifikant og positiv effekt på elevernes læring, især med de elevcentrerede muligheder, de præsenterer. (De er også meget nyttige, mens du lærer hjemmefra i lockdown.)

Eleverne udvider derefter deres læring til Newtons universelle gravitationslov. Studerende skal nu anvende højere matematiske færdigheder, med yderligere algebra og potentielt calculus. Selvom denne model er ufuldstændig, og kan ikke forklare Merkurs bane (blandt andet), denne viden var nok til at få os til Månen og tilbage.

At komme ud over den newtonske fysik og dens begrænsninger, studerende lærer Einsteins generelle relativitetsteori, hvor tyngdekraften ikke opfattes som en kraft mellem to objekter, men som forvridning af rumtiden af ​​masser. For at tackle dette indhold, elever har brug for den matematiske dygtighed til at løse Einsteins ikke-lineære feltligninger.

Videnskaben er altid ufuldstændig

Så har vi endelig nået den rigtige opfattelse? Ingen, generel relativitetsteori giver ikke en fuldstændig forklaring. Teoretiske fysikere arbejder på en kvanteteori om tyngdekraften. På trods af et århundredes søgen, vi har stadig ingen måde at forene tyngdekraft og kvantemekanik. Selv dette er en ufærdig model.

Lærere er ikke "forkerte, "de er passende ufuldstændige, ligesom Einstein var ufuldstændig. Så hvordan kan vi undgå sådanne beskyldninger?

Måske ligger svaret i det sprog, vi bruger i klasseværelset. I stedet for at sige "Sådan er det..." bør vi i stedet sige "En måde at se det på er...", eller "En måde at modellere dette på er ...", ikke som en meningssag, men som et spørgsmål om kompleksitet. Dette giver læreren mulighed for at diskutere modellen eller ideen, mens de antyder en dybere virkelighed.

Er Einstein faktisk forkert? Selvfølgelig ikke, men det er vigtigt at indse, at vores modeller for kræfter og tyngdekraft er ufuldstændige, som med det meste af videnskaben, derfor den akademiske stræben efter højere viden.

Vigtigere, vores lærere forstår processen med at introducere eleverne til stadig mere sofistikerede modeller, så de bedre forstår det univers, vi lever i. Dette matcher deres kognitive udvikling gennem barndommen.

Læring er en rejse, ikke blot slutpunktet. Som aforismen tilskrevet Einstein siger, "Alt skal være så enkelt, som det kan være, men ikke nemmere."

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.