Abstract
Med innføringen av programmering i nye læreplaner for norsk skole, kommer det mange spørsmål om hvordan programmeringsaktiviteter skal planlegges og gjennomføres i fysikkfaget. Det er ennå ikke umiddelbart klart hva som er målet med programmeringsaktiviteter, hva man mener de skal tilføre faget, eller hvor stor plass de skal få i undervisningen. Problemstillingen for denne oppgaven er: «Hvordan kan en programmeringsaktivitet i fysikk 1 bidra til dybdelæring for elevene?» Utgangspunktet for oppgaven er et undervisningsopplegg for en fysikk 1-klasse, hvor elevene bruker programmering til å simulere et vertikalt kast med og uten luftmotstand. Datainnsamlingen ble gjort i to klasser, og er tredelt: Det er tatt skjerm- og lydopptak av flere elever under gjennomføringen av opplegget, elevene har sendt inn skriftlige svar på to spørsmål om læring og motivasjon, og det er gjennomført fire fokusgruppeintervjuer i etterkant av undervisningsopplegget. Det er gjort kvalitativ, tematisk analyse av datamaterialet. For å belyse problemstillingen, tar jeg utgangspunkt i fire elementer som har innvirkning på elevenes dybdelæring: Hva elevene lærer, hvilke utfordringer de har i møte med programmeringsaktiviteten, hvordan elevene arbeider med de ulike representasjonene i opplegget, og hvordan aktiviteten påvirker elevenes eierskapsfølelse. Jeg argumenterer for at programmeringsaktiviteter bør benyttes for å bidra til elevers dybdelæring av fysikkfaglige konsepter og fysikkfagets natur, heller enn omfattende programmeringsferdigheter. Resultatene indikerer at: - Programmeringsaktiviteten hjelper elevene med å se sammenhenger mellom ulike størrelser i formlene de bruker, og hvordan disse påvirker bevegelse. De lærer noe om både programmering, fysikkfaglige konsepter og hvordan fysikkforskning foregår. - For at elevene skal oppleve dybdelæring av fysikkfaglige konsepter, må særlig utfordringer knyttet til programmerings- og modelleringssyntaks reduseres. - Elevene synes det er utfordrende å se sammenhengen mellom de ulike representasjonene i opplegget. For å legge til rette for dybdelæring, trenger de omfattende støtte i å bruke representasjonene på hensiktsmessige måter. - Elevene føler på eierskap til programmeringsaktiviteten fordi problemstillingen de jobber med oppleves som virkelighetsnær og nyttig. Men det er avgjørende for eierskapsfølelsen at elevene får nok støtte i å forstå programkoden de skriver, ellers opplever de at de ikke kommer frem til svaret selv, noe som reduserer eierskapsfølelsen og potensialet for dybdelæring. I tillegg til disse resultatene, er også et revidert undervisningsopplegg lagt ved oppgaven. Dermed gir denne oppgaven to viktige bidrag til norsk skolefysikk og fysikkdidaktisk forskning. For det første gir den en enkeltstående programmeringsaktivitet som er klar til bruk. For det andre bidrar den med generelle anbefalinger for gjennomføringen av programmeringsaktiviteter i norsk skolesammenheng, basert på analyse og resultater. Oppgaven viser at programmering kan være et verdifullt bidrag til det norske fysikkfaget.
The introduction of computational programming into the new curriculum of Norwegian schools raises many questions about how programming activities should be implemented into physics instruction. It is still unclear what the goal of such programming activities is, what their contribution to the subject is perceived to be, or how big of a role they should play in the teaching of physics. The main question for this thesis is: “How can a programming activity in a physics 1 course contribute to students’ deep learning?” The thesis is based on an activity designed for a physics 1 class (year 12 in the Norwegian school system); wherein the students use programming to simulate a vertical throw with and without air resistance. Data was collected from two classrooms and consists of three elements: Recordings of students’ screens and dialogue as the activity proceeded; students’ written responses to two questions about learning and motivation; and four focus group interviews, conducted after the activity. Data was qualitatively, thematically analysed. To address the thesis question, I discuss four elements that have an effect on students’ deep learning: What the students learn, what challenges they face throughout the programming activity, how the students work with the different representations in the activity, and how the activity affects the students’ feeling of ownership. I argue that programming activities should be used to foster deep learning of physics related concepts and the nature of science, rather than extensive programming skills. The results indicate that: - The programming activity helps the students to see connections between different entities in the formulas they use, and how these entities affect motion. The students learn something about programming, physics related concepts and how physics research is done. - For the students to experience deep learning of physics related concepts, challenges with programming and modelling syntax must be reduced. - The students find it challenging to see connections between the different representations in the activity. To foster deep learning, they need extensive support in using the representations in a meaningful way. - The students feel ownership of the programming activity because the problem they work with feels realistic and useful. But it is crucial for the feeling of ownership that the students receive support in understanding the code they are writing. If not, they risk feeling that they did not find the answer themselves, which reduces the feeling of ownership and potential for deep learning. In addition to these results, a revised teaching activity is attached to the thesis. Hence, the thesis offers two important contributions to Norwegian physics education research and practice. Firstly, it yields a standalone programming activity ready for use. Secondly, it provides general recommendations for the implementation of programming activities in the Norwegian school setting, based on empirical results. The thesis shows that programming can be a valuable contribution to Norwegian physics education.