Kan du høre lydbølgene?
Om lydlære og bølgefenomener

Hvordan kan elevene bruke sine lytteferdigheter til å beskrive, forklare og forstå lyd som akustisk fenomen? Dette spørsmålet berører så vel elevenes bruk av ørene i naturfaget som et mer allment perspektiv på det å støtte elevenes oppmerksomhet og det å være til stede i verden. Hvordan kan en som lærer legge til rette for en undervisning om lyd og dens grunnbegreper (bølge, frekvens, lydstyrke, resonans, støy m.m.) som tar utgangspunkt i elevenes evne til presis lytting?

I et opplegg med våre naturfaglærerstudenter har vi i en årrekke arbeidet med å skape en bro mellom lydlig erfaring og akustikkens begreper og forklaringer. Studentene har lyttet til et krystallglass når det strykes på kanten med en finger. Dernest har de utledet akustiske begreper som frekvens, bølge og desibel. På spørsmålet «Hva hører dere?» når lyden av et tonende glass presenteres for dem, gir studentene hele 243 ulike svar. Disse spenner fra beskrivelser av lyden (som «ulende lyd») via assosiasjoner til andre lyder (som «sirene, alarmklokke») og til vitenskapelige begreper (som «resonans»).

Av disse siste er kun et fåtall relatert til bølger (som «bølgelengde» og «sinusbølge») (Østergaard & Dahlin, 2009). Men når studentene så skal svare på spørsmålet «Hva er lyd?», svarer et klart flertall av dem at lyd er bølger, trykkbølger eller vibrasjoner i luften (Østergaard, 2020). Det virker som om bølgemodellen overstyrer erfaringen. For er det i det hele tatt mulig å høre en lydbølge?

Allerede på 1970-tallet gjorde den tyske fysikkdidaktikeren Martin Wagenschein oppmerksom på faren ved undervisning som ikke er basert i sanseerfaringene:

«… naturfenomenene blir knapt berørt mens læreren skynder seg videre inn i det instrumentale, det abstrakte, det laboratoriet, det tekniske og det matematiske, slik at barna ikke lenger kan delta med øyne, ører og hender. Lammet i en tilstand som rene tilskuere kan de [elevene] ikke være fysisk til stede med sansene sine, og av denne grunn er de heller ikke i stand til å gjennomføre abstraksjonsoppgaven» (Wagenschein, 1983, s. 108–109; vår oversettelse fra tysk)

Det å abstrahere fra sanseerfaring til naturfaglig begrep er altså en kompetanse som elevene må få undervisning i. Men evnen til abstraksjon bygger på evnen til rik sanseerfaring. I undervisning om lyd og akustikk er det et aldri så lite paradoks at mens vår lytteevne er meget presis, er det vanskelig å anvende denne evnen til å forstå lydens bølgenatur. I Listening and Voice skriver Ihde (2007, s. 7) at lyden av en mygg, som vi ikke kan se, kan holde oss våkne om natten til tross for at den energien som lyden lager, kun er en kvadrilliondels watt. Øret vårt er ekstremt presist og burde egne seg godt i undervisning om lyd.

En sammenligning av fire læreplaner

Undervisningen om lyd og lytting har ikke blitt lettere etter innføring av fagfornyelsen. I de siste fire læreplanene i naturfag har en nyansert beskrivelse av lydlære blitt redusert til et spørsmål om å utforske sentrale bølgefenomener. I 5-timersplanen i naturfag på vg1 fra R94 heter det i mål 5 at «[e]levene skal ha kjennskap til begreper i lydlæra […]». Målet konkretiseres i to underpunkter:

· 5a kjenne grunnbegreper i forbindelse med lyd (svingninger, frekvens, bølgelengde, lydfart, desibelskalaen)

· 5b ha kjennskap til at [sic] skader som kan oppstå på grunn av lyd og støy, og hva vi kan gjøre for å redusere mulige skadevirkninger av lyd [Note 1]

I læreplanverket L97 skal elevene i 7. klasse «gjennom forsøk få kjennskap til ulike lydkjelder, tonestyrke og tonehøgd og gjere seg kjende med korleis nokre ulike musikkinstrument og menneskestemma lagar lyd.» [Note 2] I Kunnskapsløftet fra 2006 er kompetansemålet etter 4. årstrinn: «gjøre forsøk med luft og lyd og beskrive observasjonene». Kompetansemål etter 7. årstrinn er formulert som «gjennomføre forsøk med lyd, hørsel og støy, beskrive og forklare resultatene og hvordan vi kan skjerme oss mot uønsket lyd». [Note 3] I fagfornyelsens læreplan i naturfag finnes ikke begrepene lyd, lydlære eller akustikk. Etter 2. trinn skal elevene «utforske sansene gjennom lek ute og inne og samtale om hvordan sansene brukes til å samle informasjon». [Note 4] Kompetansemål etter vg1 studieforberedende studieprogram er formulert som at elevene skal kunne «utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener». [Note 5]

I læreplanverket L97 skal elevene i 7. klasse «gjennom forsøk få kjennskap til ulike lydkjelder, tonestyrke og tonehøgd og gjere seg kjende med korleis nokre ulike musikkinstrument og menneskestemma lagar lyd.» [Note 2] I Kunnskapsløftet fra 2006 er kompetansemålet etter 4. årstrinn: «gjøre forsøk med luft og lyd og beskrive observasjonene». Kompetansemål etter 7. årstrinn er formulert som «gjennomføre forsøk med lyd, hørsel og støy, beskrive og forklare resultatene og hvordan vi kan skjerme oss mot uønsket lyd». [Note 3] I fagfornyelsens læreplan i naturfag finnes ikke begrepene lyd, lydlære eller akustikk. Etter 2. trinn skal elevene «utforske sansene gjennom lek ute og inne og samtale om hvordan sansene brukes til å samle informasjon». [Note 4] Kompetansemål etter vg1 studieforberedende studieprogram er formulert som at elevene skal kunne «utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener». [Note 5]

Ved sammenligning av disse fire læreplanene er minst tre kjennetegn tydelige: For det første er det en klar utvikling fra spesifiserte mål til mer overordnede kompetansebeskrivelser. Begrunnelsen her har vært mindre detaljstyring, samt det å gi lærerne større valgfrihet i planlegging og gjennomføring av undervisningen.

For det andre viser læreplanutdragene en økende grad av abstraksjon. Mens planene fra R94 og L97 inneholder begreper som lydlære, lyd og støy, er det i gjeldende læreplan kun tale om bølgemodeller og bruk av sansene. Utover utforsking av høresansen i småskolen vil elever få undervisning om lyd kun dersom naturfagslæreren i vg1 oversetter (erfart) lyd til et (teoretisk) bølgefenomen og vurderer dette som et relevant bølgefenomen å undervise om.

For det tredje viser utviklingen at den auditive erfaringen har forsvunnet. I planene fra 1997 og fra 2006 skal elevene gjøre forsøk med lyd, mens fagfornyelsen ikke nevner verken lyd eller lytting.

Hva skyldes endringen fra lydlære til bølgemodell?

Endringen som har funnet sted de siste 25 årene, kan tolkes i lys av et endret forhold mellom erfaring og vitenskapelige begreper. Begreper og teorier har den funksjonen at de skal forklare og gi mening til iakttakelser og erfaringer vi gjør i verden. Den nøyaktige observasjonsevnen har vært, og er fortsatt, en viktig kompetanse i naturvitenskap og i naturfaget. Men når begrepene og teoriene kommer «i veien for» erfaringen, så kan det bli en utfordring.

I stedet for å utlede lovmessighetene av observasjoner, overstyrer begrepene de observasjonene vi gjør. Dette skaper en følelse av at sanseerfaringene ikke kan brukes som pålitelig kilde for å forstå verden. I vitenskapsfilosofien snakker vi i denne sammenheng om den ontologiske reversering, hvor oppfatningen av det som har (ontologisk) verdi er snudd på hodet: Abstrakt vitenskapelig kunnskap blir betraktet som mer virkelig enn virkeligheten selv, fordi abstrakte, ofte matematiske modeller blir ansett som de virkelige årsakene bak hverdagserfaringene (Harvey, 1989; Østergaard mfl., 2008). Utviklingen mot abstrakte modeller speiler seg også i læreplanens beskrivelse om lyd, hvor bølgemodellen tillegges en større verdi enn selve evnen til å lytte.

En gjennomgang av aktuell drøfting av temaet lyd og lytting i skolen viser at denne problemstillingen har vært lite tematisert. Fokus har vært på betydningen av lyd og støynivå i klasserommet og uheldige virkninger på elevenes læring (Yri & Hustvedt, 2021) eller på bevissthet om lyden i klasserommet for elever med synsvansker (Sylthe, 2023). Vi vil nå se mer konkret på undervisning som også legger til rette for elevenes lytteevne ut fra kompetansemålet om å «utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener».

Undervisning om lyd ut fra fagfornyelsen

Antakelig «vet» de aller fleste elevene lenge før naturfag vg1 at «lyd er bølger», de kommer til naturfagsklasserommet med en forforståelse som lærer må ta hensyn til. Ordet «bølger» assosieres ofte med noe man kan se, for eksempel bølger som beveger seg i vann. Det er vanskelig å kople slike bølger med erfaringer med lyd. Mange elever har da også problemer med å forklare hva som ligger i ordet «lydbølger» (Hrepic mfl., 2010).

Som våre erfaringer fra lærerutdanningen viser, forbinder man gjerne ikke den hørte lyden med de naturfaglige begrepene, men beskriver den heller med språk hentet fra hverdagen. Hvordan kan man da knytte sammen sanseerfaringer med den naturvitenskapelige beskrivelsen av lyd? En innfallsport vi har forsøkt i to ulike vg1-klasser [Note 6], er å ta utgangspunkt i ulike musikkinstrumenter og utforske hvorfor samme tone spilt på ulike instrumenter høres samtidig både «like» og «ulike» ut. Vi har latt elevene tenke litt fritt rundt dette, før de har hatt en økt i grupper som roterer mellom ulike små forsøk.

I oppsummeringen har vi kommet tilbake til spørsmålet og brukt erfaringene fra forsøkene sammen med naturfaglige forklaringer og begreper til å diskutere at tonene høres like ut på grunn av samme grunnfrekvens, men ulike ut på grunn av måten lyden produseres på. Vi har så drøftet hvordan ulike overtoner forsterkes på grunn av refleksjon, interferens og resonans i de ulike instrumentene. Basert på våre erfaringer med dette gir vi noen forslag til enkle forsøk som egner seg som utgangspunkt for å gi elevene lytteerfaringer knyttet til de naturfaglige begrepene frekvens, lydbølger, resonans, refleksjon og interferens.

For å utforske begrepet frekvens og ulike faktorer som påvirker tonehøyde, lydstyrke og klang, kan elevene lage sitt eget, enkle instrument med en strikk festet rundt en kopp (bilde 1). Ved å lage ulike dybder på hakkene og ved å endre på formen på åpningen på koppen, er det mulig å lage en overraskende stor variasjon av lyder. Vi knyttet øvelsen sammen med begrepet frekvens ved å bruke Audacity, et gratis lydmikseprogram. [Note 7] Her kan elevene ta opp lyd og se at et lydopptak består av en serie av måleverdier for lufttrykket ved mikrofonen. Ved å zoome inn på grafen som viser lufttrykket som funksjon av tid, kan vi se at for rene toner varierer trykket som i en sinusbølge. 

Elevene kan også frekvensanalysere lyden på opptaket og plukke ut grunnfrekvensen for tonen de produserte. Denne grunnfrekvensen kan så reproduseres på andre måter og slik forsterke sammenhengen mellom begrepet frekvens og opplevd tonehøyde. [Note 8]

Stemmegafler gir mange muligheter for å leke med lydbølger. En bordtennisball henger i et tynt snøre inntil en av tindene på en stemmegaffel som lager lyd; bordtennisballen vibrerer mot tinden, og disse vibrasjonene er det lett å både høre og se (bilde 2). En stemmegaffel som holdes mot en vannoverflate, gir tydelige bølger på vannoverflaten. Stemmegafler med resonanskasser gir mange muligheter for utforsking og konkretisering av både lyd som vibrasjoner og fenomenet resonans.

To stemmegafler med samme frekvens kan brukes til å høre hvordan lyden overføres fra den ene gaffelen til den andre, når resonanskassene settes nesten inntil hverandre (bilde 3). En liten vekt på en av gaffeltindene endrer frekvensen på stemmegaffelen og kan brukes til å utforske hvordan en liten frekvensendring reduserer lydoverføringen mellom stemmegaflene.

Det er morsomt å bruke lyd for å oppleve interferens og det er rimelig enkelt å lage et oppsett. Man trenger to høyttalere koblet opp til samme pc (bilde 4). Høyttalerne stilles minst halvannen meter fra hverandre langs en bordkant. En ren tone spilles på pc-en, for eksempel en 440 Hz sinusbølge. Elevene går på tvers fra den ene høyttaleren til den andre med samme avstand til bordkanten og beskriver hvordan lyden varierer mens de går. En visualisering som kan hjelpe elevene med å forstå hva som skjer, finnes i en online-simulering om lydbølger fra Phet [Note 9] med samme oppsett (bilde 5).

Elevene har som regel mye praktisk erfaring med refleksjon av lyd – bare tenk på gleden de fleste barn har av å rope i en gangveiundergang og høre hvor mye lyd de kan lage når lyden kastes tilbake fra veggene. Det er flere måter å utforske refleksjon av lyd på, for eksempel ved å lytte til ekko fra bygninger med ulik form og overflatematerialer. 

Interferens og refleksjon kan knyttes sammen ved å blåse på flasker og utforske hvordan lyden endrer tonehøyde for ulik størrelse og ulike mengder vann i flaskene (bilde 6). Når elevene blåser på flasken, oppstår en stående bølge. Den reflekterte lydbølgen fra bunnen av flasken (eller vannoverflaten) på vei oppover møter lydbølgen på vei nedover, og trykkbølgene forsterker eller utligner hverandre.

Bare en bestemt frekvens på lyden gir et stabilt interferensmønster av forsterkning og utligning på samme steder i flasken hele tiden. Denne frekvensen forsterkes mye mer enn andre frekvenser og dominerer lyden fra flasken. Forklaringen er ganske kompleks, men vi så at erfaringsgrunnlaget fra lytteøvelsen hjalp elevene når de skulle forklare hva som skjedde med lyden i flaskene.

Lytte til lyd og gi en naturvitenskapelig beskrivelse

For å gjøre lydbegrepene mer konkrete for elevene er det viktig å komme tilbake til erfaringene også etter å ha diskutert det teoretiske grunnlaget for forsøkene. I naturfagundervisningen er det en tendens til å fremstille sammenhengen mellom sanseerfaring og begreper som enveisfenomener; enten går man fra sanseerfaringer til teori eller man bruker observasjoner i etterkant til å bekrefte teori. Ved å komme tilbake til samme fenomen flere ganger med en mer utviklet forståelse gir vi elevene muligheter til selv å knytte sammen begreper og erfaringer. Vi gjorde dette konkret ved å lytte til lyd med fokus på klang og tonehøyde og ved å spille på ulike instrumenter, både som en innledende undring og som en lytteøvelse i slutten av undervisningen.

Hvordan lyd oppstår, påvirker og påvirkes av omgivelsene og oppfattes av det menneskelige øret, er temaer som angår elevenes hverdag. Lyderfaringer gir elevene rikere assosiasjoner til de abstrakte begrepene som brukes til å beskrive bølgefenomener i naturfag. Å bruke auditive erfaringer komplementerer den visuelle framstillingen av bølger og kan bidra til å konkretisere begrepene og gjøre dem mer relevante for elevene og bidra til å fremstille naturfagsteorien som mindre abstrakt.

Å undervise om lyd og lytting har også et mer langsiktig, allmenndannende formål. Opplevelser av lyd er velkjent, men det som skaper lyden, er et komplekst samspill mellom mange ulike faktorer. Forståelse av lyd som bølger gir mulighet for mer oppmerksomhet og undring rundt hvordan og hvorfor vi hører det vi hører. Elevene får mange lydinntrykk, og mer oppmerksomhet rundt egne sanseerfaringer gir en mulighet til å forebygge «oppmerksomhetsdøvhet» (Molloy mfl., 2015). Å lytte er en fundamental del av det å bygge en relasjon (Staddon mfl., 2023), og ett av skolens formål er nettopp å hjelpe elevene med å bygge gode relasjoner, både til andre mennesker og til naturen. Å utvikle evnen til deltakende lytting vil også kunne bidra til en forsterket oppmerksomhet mot verden og føle et ansvar for å ta vare på den (Østergaard, 2020).

Vi hører lyd

Kan man høre bølger? Antagelig opplever de færreste av oss lyden vi hører som bølger. Men man kan lære elevene hvordan det å erfare lyd kan bidra til å forstå og beskrive lydenes fysiske oppbygning. Og man kan gjennom lytteøvelser styrke elevenes lytteevne og oppmerksomhet.

Den nye læreplanen har ikke gjort det enklere å undervise om lyd og lytting, det er ikke uttrykkelig satt opp som mål, og det er mye annet som i stedet kan tolkes som dekkende ut fra de vage kompetansemålene. Dermed er det opp til læreren selv å vurdere hva som er «sentrale bølgefenomener». I verste fall kan det bety at elever i naturfag overhodet ikke får undervisning om lyd.

Vi mener at undervisning om lyd og lytting er viktig og bør inkluderes i naturfaget også i vg1. Faglig sett kan slik undervisning bidra til at elevene utvikler en bedre og rikere forståelse av begreper knyttet til lyd og bølger. Generelt sett kan økt bevissthet rundt auditive erfaringer gi elevene en mulighet til å øve på å være lyttende. Og det å lytte er forutsetning både for å kunne bygge meningsfulle relasjoner og for å kunne forstå og forholde seg til naturen.

Noter

1 Kan lastes ned fra https://www.udir.no/laring-og-trivsel/lareplanverket/utgatt/utgatt-lareplanverk-for-vgo-R94/

2 Teksten finnes i Nasjonalbiblioteket https://www.nb.no/items/f4ce6bf9eadeb389172d939275c038bb

3 https://www.udir.no/kl06/nat1-03 .

4 https://www.udir.no/lk20/nat01-04/kompetansemaal-og-vurdering/kv81

5 https://www.udir.no/lk20/nat01-04/kompetansemaal-og-vurdering/kv77?lang=nob (lastet ned 20. februar 2024)

6 Opplegget har blitt utprøvd for to ulike vg1-klasser i naturfag, en gang som et heldagsbesøk til NMBU og en gang hvor noe av undervisningen har foregått på skolen i forkant av et halvdagsbesøk.

7 https://www.audacityteam.org/

8 Nyttige verktøy her kan være en nettbasert lydgenerator, som for eksempel https://onlinetonegenerator.com/ eller å programmere en Micro:bit.

9 https://phet.colorado.edu/en/simulations/sound-waves/. Simuleringen er ikke oversatt til norsk, men den finnes i både engelsk og dansk utgave.

Litteratur

Harvey, C.W. (1989). Husserl’s phenomenology and the foundations of natural science. Ohio University Press.

Hrepic, Z., Zollman, D.A. & Rebello, N.S. (2010). Identifying students’ mental models of sound propagation: The role of conceptual blending in understanding conceptual change. Physical Review Special Topics – Physics Education Research, 6(2), 020114. https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.6.020114

Ihde, D. (2007). Listening and Voice. Phenomenologies of Sound. State University of New York Press.

Molloy, K., T.D. Griffiths, M. Chait & Lavie, N. (2015). Inattentional Deafness: Visual Load Leads to Time-Specific Suppression of Auditory Evoked Responses. The Journal of Neuroscience 35(49), 16046–16054.

Staddon, S., Byg, A., Chapman, M., Fish, R., Hague, A. & Horgan, K. (2023). The value of listening and listening for values in conservation. People and Nature, 5(2), 343–356. https://doi.org/10.1002/pan3.10232

Wagenschein, M. (1983). Erinnerungen für morgen. Eine pädagogische Autobiographie [Memories for tomorrow. A pedagogical autobiography]. Beltz Verlag.

Yri, U.K. & Hustvedt, E. (2021). Lydmiljø i klasserom påvirker elevenes læring. Bedre Skole, 3, 70–74.

Sylthe, M. (2022). Auditiv lytting og læring. Spesialpedagogikk, 3, 28–37.

Østergaard, E. (2020). Listening in Science Education: Fostering Students’ Lifeworld Experiences. In Burnard, P. & Colucci-Gray, L. (red.) Why Science and Art Creativities matter. (Re-) Configuring STEAM for future-making education, s. 131–147. Brill | Sense.

Østergaard, E., Dahlin, B. & Hugo, A. (2008). Doing Phenomenology in Science Education: A Research Review. Studies in Science Education, 44(2), 93–121.

Østergaard, E. & Dahlin, B. (2009). Sound and Sensibility. Pre-service Science Teacher Students Bridging Phenomena and Concepts. I: Proceedings from 2009 NARST Annual International Conference (s. 328). NARST.

Om forfatterne

Elise Bergli er universitetslektor ved Institutt for lærerutdanning og utdanningsvitenskap ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet, Ås. Hun arbeider med etter- og videreutdanning av lærere og med å tilrettelegge for besøk av elever til Fakultet for realfag og teknologi ved NMBU. I tillegg har hun en stilling som lærer i matematikk og naturfag ved Ås videregående skole.

Edvin Østergaard er professor ved Institutt for lærerutdanning og utdanningsvitenskap ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet, Ås. Han leder der fagområdet «Kunst og vitenskap i læring». Hans forskning omfatter blant annet samspillet mellom kunst og musikk og naturfag med vekt på estetisk erfaring, samt fenomenbasert naturfagundervisning.