Forskningsprojekt Den svarta lådan inom utbildning

Svensk sammanfattning från avhandlingen: "Exploring the 'Black Box' of Science, Technology, Engineering, and Mathematics Learning: An Epistemic Network Analysis of Three STEM Activities"

 

Detta forskningsprojekt är inriktat på att förstå vad som sker inom specifika lärandeaktiviteter inom det integrerade ämnesområdet STEM, Science, Technology, Engineering och Mathematics (naturvetenskap, teknologi, ingenjörsvetenskap och matematik). Inom STEM-utbildning behandlas dessa fyra ämnen som sammanslagna, snarare än som separata discipliner. Detta integrerade tillvägagångssätt – att förena dessa fyra ämnen till ett område – kräver att kunskap inom alla fyra områden både lärs och används vid problemlösning eller vid utförandet av olika uppgifter. Dessa problem eller uppgifter speglar de frågor och utmaningar som elever kan möta utanför klassrummet, där det inte finns någon tydlig uppdelning mellan de fyra ämnena. Undervisning och lärande inom STEM utgår från uppfattningen att verkliga problem kräver integrerad kunskap från samtliga ämnesområden.

I stället för att utgå från ett systemteoretiskt synsätt – där man identifierar ingångsvärden i en STEM-lärandekontext och sedan utvärderar resultat för att bedöma aktivitetens effektivitet (Bhaskar & Lajwanti, 2019) – fokuserar denna forskning på de processer som sker inom aktiviteten. Dessa sammanlänkade processer kan ge förståelse för hur lärande sker genom att identifiera möjligheter att tillägna sig ämneskunskaper inom STEM och att öva på färdigheter som anses viktiga för framtiden, sk. 21st century skills.

STEM-utbildning kan göras på många skilda sätt, varav en är STEMaktiviteter. Dessa förekommer både inom och utanför skolundervisningen och är utformade för att främja praktiskt, samarbetsinriktat och problembaserat lärande. Syftet är att stödja kunskapsutveckling och främja användningen av färdigheter relevanta för arbetslivet. STEM-aktiviteter bedöms ofta utifrån hur väl de uppfyller tre mål: att stimulera intresse för STEM-yrken, förbättra ämneskunskaper i alla fyra områden, samt utveckla sociala och arbetsrelaterade färdigheter (Devrani et al., 2024). Detta forskningsprojekt fokuserar dock inte på att mäta effektivitet. I stället undersöks de olika typer av interaktionsprocesser och samtal som äger rum under aktiviteten. Syftet är att förstå hur olika komponenter samverkar och hur dessa relationer bidrar till vår förståelse av STEM-lärande och resultat av STEM-aktiviteter.

Fokus ligger särskilt på fyra specifika färdigheter för det 21:a århundradet: samarbete, kommunikation, kreativitet och kritiskt tänkande (collabora204 tion, communication, creativity, and critical thinking; the 4C’s). Dessa färdigheter nämns ofta i litteraturen om STEM-lärande, men det är ovanligt att alla fyra undersöks samtidigt och i relation till både varandra och till ämneskunskaper inom de fyra STEM-ämnena. Studien strävar efter att identifiera mönster i hur dessa kunskaper och färdigheter används och utvecklas under en STEM-aktivitet.

Även om tidigare forskning visar att STEM-utbildning kan leda till positiva läranderesultat, saknas ofta detaljerade beskrivningar av själva lärandeprocessen. Denna studie använder en metod som tar hänsyn till samtliga variabler i STEM-lärande som ett sammanhängande nätverk, i stället för att betrakta dem isolerat. Detta gör det möjligt att få en mer heltäckande förståelse för hur integrerad ämneskunskap och 4C-färdigheter samverkar.

Projektet bygger på videoinspelningar av handlingar och samtal i tre grupper som deltog i tre olika STEM-aktiviteter. En rapport från 2022 beskriver hur Sverige genomfört initiativ för att förbättra undervisningen i matematik och naturvetenskap genom STEM-aktiviteter, både inom och utanför den formella skolan (Hartell & Buckley, 2022). De fall som undersöks här är hämtade från den icke-formella utbildningssektorn, där aktiviteterna genomförts i samverkan med formella utbildningsinstitutioner.

Urvalet gjordes utifrån tillgänglighet, då det finns få praktiskt orienterade STEM-aktiviteter i icke-formella miljöer. Den första och tredje gruppen hade fem deltagare vardera, medan den andra bestod av två. I varje aktivitet samarbetade deltagarna för att designa, bygga och programmera en elektrisk leksaksbil. Videomaterialet analyserades för att identifiera både verbala och icke-verbala uttryck för användning av ämneskunskaper och utövande av 4C-färdigheter.

Forskningsmetoden som användes var kvantitativ etnografi (QE), som syftar till att förstå lärande genom att analysera hur kopplingar uppstår mellan olika epistemologiska begrepp inom en lärandekultur (Shaffer, 2017). Metoden kombinerar epistemisk nätverksanalys (ENA) och kvalitativ dokumentanalys (QDA). Ett webbaserat analysverktyg användes för att generera nätverksmodeller som visar kopplingar mellan ämneskunskaperna och 21st century skills. Dessa modeller jämfördes mellan grupper och mellan enskilda deltagare för att identifiera signifikanta mönster. Därefter kopplades nätverksmönstren tillbaka till ursprungsdata – videomaterial och transkriptioner – för att bättre förstå hur lärandeprocesser tar form i en STEM-aktivitet.

Resultaten sammanfattas endast kortfattat här. Flera brister i STEMeffektivitet identifierades, vilket överensstämmer med tidigare forskning. Exempelvis framkom att ämnena inte alltid integrerades balanserat, och att matematik ofta var underrepresenterat. Grupparbete kunde också utgöra ett hinder för individuell tillgång till alla fyra ämnen och 4C-färdigheter.

Deltagare som arbetade med kodning uppvisade andra kopplingar mellan färdigheter och kunskaper än de som fokuserade på exempelvis elektronik eller design. 205 Samtidigt pekade studien på möjliga förbättringar av STEM-aktiviteters lärandemål. I samtliga fall identifierades starka kopplingar mellan regelbrott och kreativitet samt kritiskt tänkande. Användning av "fusk" i STEM-aktiviteter kan därför ha en pedagogisk funktion. Det framkom även att så kallad "tinkering" – att experimentera med komponenter och föremål – starkt hänger ihop med kritiskt tänkande. Detta antyder att STEM-aktiviteter bör uppmuntra till lekfull nyfikenhet, snarare än att enbart fokusera på slutförande. Slutligen visade studien att undervisningens utformning spelar en avgörande roll, då närvaron av en mentor med expertis inom området inte bara tillförde ämneskunskap till gruppen, utan också påverkade hur deltagarna använde 4Cfärdigheterna.

För en djupare redogörelse hänvisas till den formella avhandlingstexten. Förhoppningen är att detta arbete bidrar till fortsatt dialog och utveckling av STEM-utbildning för elever i alla åldrar.

Projektansvariga

Medlemmar