Kjemi i skolegården: 
Hvordan utvide et klassisk laboratoriefag

Hver morgen åpner du den rustne porten til skolegården, går forbi det nye lekestativet av aluminium og ser den irrgrønne bronsestatuen foran hovedinngangen. Senere på dagen skal du som lærer ut i naturen sammen med en 9. klasse for at de skal lære om ulike økosystemer. Men først har du en time i laboratoriet, der avgangselevene skal gjøre forsøk med kjemiske reaksjoner. 

Slik var hverdagen vår som naturfaglærere − før vi begynte å ta med klassene våre ut av klasserommet for å lære om kjemi i skolegården i tillegg til i laboratoriet.

Uteundervisning har fått større oppmerksomhet de siste årene, fordi det kan bidra til variasjon i undervisningen, mestring og relevante læringsopplevelser (Frøyland & Remmen, 2019). Det finnes flere store prosjekter som skal hjelpe lærerne til å bruke nærområdet rundt skolen, blant annet ved Naturfagsenteret og Friluftsrådenes Landsforbund. 

Samtidig finner vi lite forskning rundt kjemi utenfor klasserommet (Ayotte-Beaudet mfl., 2017; Feille, 2017), selv om kjemikunnskaper er avgjørende når vi skal forklare fenomenene rundt oss og i naturen (jf. læreplanen i naturfag (Kunnskapsdepartementet, 2019)).

I denne artikkelen presenterer vi funn fra et forskningsprosjekt ved lærerutdanningene i Oslo og Tromsø som handler om korrosjon i nærområdet.

Mange elever oppfatter kjemi som lite relevant for sitt liv (Broman mfl., 2011; Stuckey mfl., 2013). En slik oppfatning kan forklares med at kjemiundervisning først og fremst har lagt vekt på fagbegrep og kjemiske symboler, uten å integrere dette med elevenes tidligere kunnskap og erfaringer. En slik form for undervisning fører til at mange elever ikke ser hvordan de kan koble det de lærer i kjemiundervisningen, til den verdenen de kjenner utenfor klasserommet. Dette gjelder spesielt forskjellen mellom makronivået, det vil si stoffer og reaksjoner vi kan observere, de teoretiske forklaringene knyttet til blant annet atomer på mikronivået, samt symbolnivået, det fagspesifikke symbolspråket som formler og ligninger (Talanquer, 2011).

For å få en bedre forståelse av hvilke muligheter og utfordringer uteundervisning kan ha, valgte vi å lage et undervisningsopplegg innenfor et tema med stor hverdagsrelevans, redokskjemi. Redokskjemi omfatter både synlige og usynlige reaksjoner, for eksempel forbrenningsreaksjoner og reaksjoner i forbindelse med stoffskiftet. Ifølge Goes mfl. (2020) er det flere utfordringer med læring av redokskjemi, blant annet å kunne identifisere ulike reaksjoner, skille mellom makro- og mikronivå og koble kjemiske reaksjoner til hverdagskontekster. Som lærerutdannere i naturfag har vi erfart at dette også er utfordringer som lærerstudenter møter på.

Gjennomføringen av prosjektet

Forskningsprosjekt vårt ble gjennomført ved to norske grunnskolelærerutdanninger (UiT Norges arktiske universitet og OsloMet – storbyuniversitetet). Undervisningsopplegget ble gjennomført i form av aktiviteter på universitetets campus (som fungerte som «skolegård»). Videodata ble samlet fra studentgrupper som samtykket til å delta, ved at én student per gruppe ble utstyrt med GoPro-kamera.

Lærerstudentene som deltok, hadde blitt introdusert for redoksreaksjoner i et tidligere innføringsemne i naturfag. Før vi startet undervisningsopplegget, ga vi dem beskjed om å repetere grunnleggende definisjoner, begreper og reaksjoner. Selve undervisningsopplegget hadde to mål: Studentene skulle 1) få en dypere forståelse av redokskjemi og en introduksjon til korrosjon i hverdagen, og 2) få erfaring med å være elev i uteundervisning i kjemi, slik at de kunne reflektere over uteundervisning fra et læringsperspektiv. Tabell 1 gir en oversikt over det tredelte opplegget som besto av en introduksjon, et oppdrag og en refleksjon. Detaljene er beskrevet i forskningsartikler som tar for seg de tre fasene i opplegget (Höper mfl., 2022; Jegstad mfl., 2022; Remmen mfl., 2020).

I den første delen fikk studentene i oppgave å se etter og dokumentere redoksreaksjoner i nærområdet i smågrupper. Studentene skulle bruke smarttelefonen sin til å dokumentere redoksreaksjonene i skolegården, og deretter bruke bildene til å gi en kort presentasjon for klassen i klasserommet. Dette skulle få dem til å koble på forkunnskaper og samtidig gjøre dem bevisste på mangfoldet av redoksreaksjoner i nærområdet.

Hovedfokuset i den andre delen lå på problembasert læring, hvor «problemet» kom i form av et fiktivt oppdrag fra driftsavdelingen ved universitetet, som vi formulerte slik:

«Universitetet sliter med korrosjon på Campus. Velg ut et tilfelle, gjør nødvendige analyser og gi driftsavdelingen et begrunnet forslag til hvordan dette problemet kunne løses.»

Oppdraget ble spesifisert med flere delmål. Først skulle studentene velge seg et tilfelle av korrosjon og finne ut hvilket metall som korroderte. Til dette ble det brukt mobile testsett eller teststrimler, der hensikten var å la studentene øve på praktiske ferdigheter. Deretter skulle de lage en presentasjon til driftssentralen om hvordan dette korrosjonstilfellet kunne reduseres. Dette inkluderte også å forklare den kjemiske prosessen.

I den tredje delen reflekterte studentene over erfaringene fra undervisningsopplegget. For å støtte studentene i å reflektere rundt faktorer som har betydning for uteundervisning og læring i kjemi, ga vi dem to sett med spørsmål. Det første settet handlet om deres egne erfaringer med uteundervisning, altså egen reaksjon og opplevelse rundt egen læring. Det andre handlet om studentenes fremtidige undervisningspraksis som lærer, og refleksjon over undervisningspraksiser i naturfag.

Hva vi fant ut

Basert på datamaterialet og de tidligere detaljanalysene (Höper mfl., 2022; Jegstad mfl., 2022; Remmen mfl., 2020), ser vi tre overordnete funn. Studentnavn i sitatene er fiktive.

Funn 1:
Bruk av skolegården som undervisningsarena gir studentene muligheter til å anvende kjemikunnskap, samtidig som det utfordrer dem.

I begge de praktiske oppgavene (del 1 og del 2) skulle studentene knytte fagkunnskap til observasjoner av objekter eller fenomener i skolegården. Utdraget nedenfor viser hvordan samtalen gikk i ei gruppe som jobbet med å finne redoksreaksjoner utendørs i del 1 – finne og dokumentere redoksreaksjoner:

Espen: Bil, der er jo en bil. Det er jo forbrenning.

William: Ja.

Espen: Er ikke det sånn, eh …

William: Fullstendig forbrenning?

William: Kanskje eksospotta, da?

[…; gruppa går videre]

William: Ehhh, sånt som snøsmelting?

Espen: Det er en fysisk endring, ikke en kjemisk reaksjon.

William: Ja, at det kun går fra vann, altså is til gass?

Espen: Ja.

William: Altså vann.

Espen: Ja, en aggregattilstand, ikke en redoksreaksjon. [...]

William: Ja, stemmer det, stemmer.

I dette utdraget ser vi at studentene søkte etter noe i omgivelsene – både naturlige og menneskeskapte elementer – som de kunne koble til kjemikunnskapene de allerede hadde. Da William foreslo snøsmelting, ble han korrigert av Espen. Denne utvekslingen ledet til at de to fikk diskutert forskjellen på kjemisk reaksjon og fysisk forandring. Bredden av studentenes observasjoner omfattet klassiske forbrenningsreaksjoner, eksplosjoner og langsomme redoksreaksjoner som korrosjon, celleånding og fotosyntese (Jegstad mfl., 2022). Tilsvarende diskuterte studentene i del 2 ulike måter å beskytte metallene på, slik som maling, galvanisering og bruk av offeranode (Höper mfl., 2022).

Betydningen av uterommet ble tydelig i diskusjoner blant lærerstudentene. Følgende utdrag er fra en av gruppenes etterarbeid i klasserommet i del 1 av undervisningsopplegget:

Irene: Se det, liksom, ja. På min skolevei, da. Som jeg går hver dag − aldri tenkt over at det er redoksreaksjoner der, liksom.

Randi: Og nå kanskje du gjør det … Og ja − der ja!

Irene: Ikke sant … Og tenke mer, ja, selvfølgelig skjer det i fotosyntesen, liksom. Og det er jo at man blir mer bevisst på det, da.

Samtidig som oppgavene i del 1 og 2 ble en øyeåpner, ga flere studenter uttrykk for at aktivitetene var utfordrende. I grupperefleksjonen i etterkant (del 3 i tabell 1), så vi at noen studenter erfarte ubehag i møte med oppdagelsen av egne kunnskapshull.

Ellen: Jeg har hatt kjemi 1 og kjemi 2 fra videregående, så jeg hadde om redoksreaksjoner da. Og vi snakket så vidt om det i fjor da vi hadde sånne oksidasjonstall, og så vidt om det i begynnelsen av dette året. Men merka når vi ble sendt «Finn redoksreaksjoner», så ble jeg sånn … [Hjelp-grimase]

Sandra: For vi kan det bare litt sånn mekanisk, liksom.

Ellen: Ja, så på en måte så syntes jeg at det var litt fint også, å bare bli sendt ut sånn. Og bare «finn redoksreaksjoner», men jeg opplevde at shit, men jeg vet ikke hva en redoksreaksjon er, følte jeg. […] Okey, jeg kan godt gjøre dette med likninger, men skjønner jeg egentlig hva det er, liksom.

Ellen i utdraget var i utgangspunktet ganske komfortabel med sin teoretiske kunnskap om redoksreaksjoner, men ble satt på prøve når hun måtte anvende den i skolegården. Vi kan relatere studentenes diskusjoner til en studie av Parker mfl. (2013), som viste at opptil 90 prosent av elever kan balansere reaksjonslikninger uten å forstå det sentrale prinsippet av massebevaring. Å få slike utfordringer utenfor klasserommet er derfor viktig for å få en dypere forståelse av teoretiske konsepter.

Funn 2:
Det er viktig å integrere skolegården og klasserommet, både faglig og fysisk.

I tillegg til den faglige koblingen mellom klasserommet og utearealene var et premiss i undervisningsopplegget vårt at det skulle være kort avstand mellom skolegården og klasserommet. I dataene så vi at spesielt studenter med lite forkunnskaper i kjemi var avhengige av å bytte mellom uterommet, der de observerte fenomenene, og klasserommet, som de brukte for å diskutere utfordringene og lete etter svar ved hjelp av læreboka. På denne måten fikk studentene innsikt i det faglige problemet, samtidig som de opplevde at det ikke trengs mye forkunnskaper før det er mulig å gjøre undersøkelser utenfor klasserommet. Dette er viktig, fordi mange lærere dropper uteundervisning fordi de er usikre på sin egen kompetanse (Killengreen mfl., 2023).

Kort vei mellom skolegården og klasserommet gjorde det lettere for studentene å diskutere sammenhengene mellom teori og praksis og ga muligheten til spontane undersøkelser, slik vi ser i det neste eksempelet. En gruppe diskuterte i klasserommet, da en student plutselig ble bevisst på sammenhengen mellom test-mulighetene og teorien i boka:

William: Det hadde vært sykt, hvis vi fant ut at det var sink! [entusiastisk stemme]

Simon: Du tenkte rundt nøkkelhullet?

William: Ja, og at det beskyttet det. Skal ikke vi finne ut?

Simon: Da må vi gå ned igjen.

William [til en annen gruppe]: Dere som testet sink − var det komplisert?

[Gr. 1 forklarer – akustisk uforståelig, siden William gikk bort fra mikrofonen.]

Roger: Vi har jo ikke gjort det eksperimentet som støtter vårt forslag.

Espen: Nei, men det skal vi gjøre.

Williams interesse, gruppens respons og det faktum at gruppa gikk ut igjen for å gjennomføre eksperimentet, tolker vi som et samspill mellom flere faktorer. Den første er den erfaringsbaserte opplevelsen av fenomenene utenfor klasserommet, som blir ansett som nøkkel for både interessen og den faglige forståelsen (Thorsheim, 2016). Den andre er den fysiske nærheten til skolegården (Ayotte-Beaudet mfl., 2017; Mygind mfl., 2019), som i det valgte eksempelet bidro til fleksibilitet med hensyn til å kunne tillate slike egeninitiativ. Den tredje er friheten til å kunne velge det konkrete eksempelet selv.

Funn 3:
Studentene har ulik oppfatning av hva skolegården kan bidra med som læringsarena.

Selv om alle grupper deltok aktivt ute, så vi i refleksjonsøkta (del 3, tabell 1) at studentene vurderte uteundervisning i skolegården ganske ulikt (Remmen mfl., 2020). I utdraget nedenfor reflekterer Ellen over hvordan det var å gjøre praktiske undersøkelser i skolegården:

Ellen: Og så er det jo litt kjekt, for det er jo på en måte et «reelt» oppdrag. Eller litt sånn.. . Det er jo et reelt problem, og du blir på en måte sendt ut, og du skal være forsker, og du skal ta noen prøver og bare gå rundt på plassen og ha med saltsyre og ta Q-tips der.

Ellens uttalelse om «et reelt problem» tolker vi som at studenten oppfattet oppdraget som realistisk. Ved å samtidig vurdere oppdraget som «kjekt» viser hun at hun opplever dette som personlig meningsfullt. Å vekke nysgjerrighet og interesse i det øyeblikket undervisningen skjer, beskriver Stuckey mfl. (2013) som viktig for at naturfag skal oppleves relevant for den enkelte.

Andre studenter fokuserte på rammefaktorer for uteundervisning og bekymringer knyttet til tid og lokasjon som ikke helt harmonerte med det de nettopp hadde gjort i elevrollen, slik som i dette eksempelet:

Adrian: […] men det er mange skoler i byen […] som kanskje ikke har så mange gode uteområder å utforske, da. Men hvis du er rett ved en skog og.. . Hvis du har en skole som er ved fjell, f.eks. Så du har skog, og så har du en annen type skog, og så har du kanskje en myr i nærheten, så har du plutselig mange forskjellige biotoper som du kan gå ut i. Da har du mye variasjon, da.

Til tross for at gruppene hadde erfart kjemirelatert læring i en skolegård midt i en storby, falt Adrian her tilbake til en forståelse av uteundervisning som er fokusert på naturopplevelser og biologi (Ayotte-Beaudet mfl., 2017). Grunnsynet på læring og undervisning står så sterkt at noen få opplevelser med utekjemi ikke nødvendigvis er nok til å utvide forståelsen for hva uteundervisning kan være.

Det var også noen studenter som mente at elever måtte lære om det faglige før de gikk ut av klasserommet for å undersøke. Dette overrasket oss, ettersom de samme studentene satte pris på selv å bli utfordret til å lære og oppdage noe nytt i skolegården uten for mye teoretisk forberedelse i klasserommet.

Implikasjoner for kjemiundervisningen

Vi har i denne artikkelen sett på muligheter og utfordringer som skolegården gir for å lære kjemi og naturfagdidaktikk.

Fra et naturfagperspektiv kan utekjemi med sitt mangfold av fenomener være en tilnærming som utfordrer og utvikler egen forståelse av fagbegreper som redoksreaksjoner. Som vi har sett i denne studien, utfordres studentene til å gjøre koblinger mellom teori og de synlige fenomenene ute. Samtidig viser Kirschner mfl. (2006) til hvor viktig det er å gi tilstrekkelig støtte og struktur i åpne oppgaver, ettersom det ofte bare er de faglig sterke studentene som har den nødvendige begrepsforståelsen som skal til for å koble nytt fagstoff effektivt til teori i slike situasjoner. Det er derfor viktig å legge inn støttestrukturer som er tilpasset studentenes varierende forkunnskaper.

For lærerstudenter er den erfaringsbaserte læringen i elevrollen, sammen med muligheten til å reflektere over de didaktiske mulighetene og utfordringene, en viktig forberedelse for å kunne gjennomføre uteundervisning med elever i skolen. Rebar og Enochs (2010) argumenterer for at en slik modellering av uteaktiviteter er naturlig å integrere i naturfagdidaktiske kurs, fordi de overordnete læringsmålene er de samme i og utenfor klasserommet, samtidig som kompleksiteten ved uteundervisning blir synlig for studentene.

Selv om denne studien er gjennomført med lærerstudenter, er undervisningsopplegget overførbart til kjemiundervisning på ungdomsskole og videregående skole, slik vi ser eksempler på i Karlsen mfl. (2022). Ved å la elevene bruke nærområdet i kjemirelaterte temaer kan undervisningen bli mer variert. Kobling av hverdagsfenomener til grunnleggende kjemikunnskaper er heller ikke begrenset til metaller og korrosjon. Andre tema som elever kan utforske utendørs, kan være andre reaksjoner og stoffer, enkle blandinger og faseoverganger.

Litteratur

Ayotte-Beaudet, J.-P., Potvin, P., Lapierre, H.G. & Glackin, M. (2017). Teaching and learning science outdoors in schools’ immediate surroundings at K-12 levels: A meta-synthesis. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 13(8), 5343−5363. doi:10.12973/eurasia.2017.00833a

Broman, K., Ekborg, M. & Johnels, D. (2011). Chemistry in crisis? Perspectives on teaching and learning chemistry in Swedish upper secondary schools. NorDiNa; 1, 7(1), 43−53. doi:10.5617/nordina.245

Feille, K.K. (2017). Teaching in the field: What teacher professional life histories tell about how they learn to teach in the outdoor learning environment. Research in science education, 47(3), 603−620. doi:10.1007/s11165-016-9519-9

Frøyland, M. & Remmen, K.B. (2019). Utvidet klasserom i naturfag. Universitetsforlaget.

Gilbert, J.K., Bulte, A.M.W. & Pilot, A. (2011). Concept Development and Transfer in Context‐Based Science Education. International Journal of Science Education, 33(6), 817−837. doi:10.1080/09500693.2010.493185

Goes, L.F., Nogueira, K.S. & Fernandez, C. (2020). Limitations of Teaching and Learning Redox: A Systematic Review. Problems of Education in the 21st Century, 78(5), 698−718.

Höper, J., Jegstad, K.M. & Remmen, K.B. (2022). Student teachers’ problem-based investigations of chemical phenomena in the nearby outdoor environment. Chemistry Education Research and Practice. https://doi.org/10.1039/D1RP00127B

Jegstad, K.M., Höper, J. & Remmen, K.B. (2022). Using the Schoolyard as a Setting for Learning Chemistry: A Sociocultural Analysis of Pre-service Teachers’ Talk about Redox Chemistry. Journal of Chemical Education, 99(2), 629−638. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c00581

Karlsen, S., Olufsen, M., Höper, J. & Kvivesen, M. (2022). Innføring i kjemi for lærere: Bind 2. Universitetsforlaget.

Kirschner, P.A., Sweller, J. & Clark, R.E. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching. Educational Psychologist, 41(2), 75−86. doi:10.1207/s15326985ep4102_1

Killengreen, S., Lundberg, H., Jensvoll, I. & Höper, J. (2023). Naturfag utenfor klasserommet fra et Nordnorsk perspektiv. Nordic Studies in Science Education, 19(1), 78−96. https://doi.org/10.5617/nordina.9295

Kunnskapsdepartementet. (2019). Læreplan i naturfag. https://www.udir.no/lk20/nat01-04

Mygind, E., Bølling, M. & Seierøe Barfod, K. (2019). Primary teachers’ experiences with weekly education outside the classroom during a year. Education 3-13, 47(5), 599−611. doi:10.1080/03004279.2018.1513544

Parchmann, I., Gräsel, C., Baer, A., Nentwig, P., Demuth, R. & Ralle, B. (2006). “Chemie im Kontext”: A symbiotic implementation of a context‐based teaching and learning approach. International Journal of Science Education, 28(9), 1041−1062. doi:10.1080/09500690600702512

Parker, J.M., de los Santos, E.X. & Anderson, C.W. (2013). What learning progressions on carbon-transforming processes tell us about how students learn to use the laws of conservation of matter and energy. Educación Química, 24(4), 399−406. doi:10.1016/S0187-893X(13)72493-5

Rebar, B.M. & Enochs, L.G. (2010). Integrating environmental education field trip pedagogy into science teacher preparation. The inclusion of environmental education in science teacher education, 111−126.

Remmen, K.B., Jegstad, K.M. & Höper, J. (2020). Preservice Teachers’ Reflections on Outdoor Science Activities Following an Outdoor Chemistry Unit. Journal of Science Teacher Education, 1−19. https://doi.org/10.1080/1046560X.2020.1847967

Soudani, M., Sivade, A., Cros, D. & Medimagh, M.S. (2000). Transferring Knowledge from the Classroom to the Real World: Redox Concepts. School Science Review, 82(298), 65−72.

Stuckey, M., Hofstein, A., Mamlok-Naaman, R. & Eilks, I. (2013). The meaning of ‘relevance’ in science education and its implications for the science curriculum. Studies in Science Education, 49(1), 1–34. doi:10.1080/03057267.2013.802463

Talanquer, V. (2011). Macro, submicro, and symbolic: the many faces of the chemistry “triplet”. International Journal of Science Education, 33(2), 179−195. doi:10.1080/09500690903386435

Thorsheim, F. (2016). Erfaringsbasert undervisning. I: F. Thorsheim, S.D. Kolstø & M.U. Andresen (red.), Erfaringsbasert læring: naturfagdidaktikk.

Om forfatterne 

Jan Höper er førstelektor i naturfag- og naturfagdidaktikk ved UiT Norges arktiske universitet, der han underviser og veileder lærerstudenter for 1.–7. og 5.–10. trinn, og etter- og videreutdanner grunnskolelærere. Han har tidligere jobbet som lektor i naturfag, biologi og kjemi på ungdomstrinnet og i videregående skole i Norge, Tyskland og Italia, samt undervist barn i alle aldrer som museumspedagog.

 Kirsti Marie Jegstad er professor i naturfagdidaktikk ved OsloMet – storbyuniversitetet, der hun underviser og veileder nåværende og kommende naturfaglærere i kjemi- og naturfagdidaktikk. Jegstad har bakgrunn som lærer i videregående skole, der hun hovedsakelig har undervist i matematikk og naturfag på studieforberedende og yrkesfaglige studieprogram, samt kjemi på studieforberedende og International Baccalaureate (IB).

Kari Beate Remmen er første-amanuensis ved Institutt for lærerutdanning og skoleforskning ved Universitetet i Oslo, med geofagdidaktikk som forsknings- og undervisningsfelt. Hun har publisert bok og flere artikler om uteundervisning i naturfagene.