Matematik och naturvetenskap

Institutionen för biologi och miljövetenskap erbjuder en bred ämneskompetens och bedriver forskning av hög kvalitet, från molekylärbiologins minsta beståndsdelar till globala miljöperspektiv. Vårt forskningsfält täcker klassiska biologiska områden som ekologi, systematik, evolution och fysiologi, med fokus på organismvärldens alla delar. Som komplement till den ämnesspecifika forskningen bedriver vi även utbildningsvetenskaplig forskning inom områden som utomhuspedagogik, biologisk läskunnighet, alternativa lärmiljöer och betydelsen av värderingar och attityder för elevers lärande i biologi. Vi strävar dessutom efter att bredda vår utbildningsvetenskapliga forskning med nya fokusområden framöver.

Det gemensamma temat för utbildningsvetenskapliga forskningsprojekt inom biologi är ämnesdidaktik, som fungerar som en bro mellan ämnesinnehåll och pedagogik. Detta ger upphov till viktiga frågor: Vad ska undervisas? Hur ska det undervisas? Varför, och för vem planeras undervisningen? Lärares ämnesdidaktiska och ämnesteoretiska kompetens är avgörande för att besvara dessa frågor. Vår forskning inom biologins ämnesdidaktik syftar till att förbättra undervisning och lärande genom att undersöka aspekter som läromedel, styrdokument, laborativt arbete och lärares professionella utveckling. Elevers attityder och lärprocesser är också centrala i våra studier. Vid institutionen för biologi och miljövetenskap driver vi utbildningsvetenskapliga forskningsprojekt inom exempelvis CUL:s forskarskola, där vi tar upp en eller flera av dessa perspektiv.

Naturvetenskapliga fakulteten erbjuder en internationell, dynamisk och kreativ forskningsmiljö, där doktorander och handledare inom kemi- och biologididaktik samarbetar för att främja innovativ forskning.

Kontakt
· Ola Nordqvist ola.nordqvist@bioenv.gu.se
· Angela Wulff (Studierektor för forskarutbildning) angela.wulff@bioenv.gu.se

Du är välkommen att kontakta någon av oss för att diskutera teman och frågeställningar du är intresserad av eller om du vill veta mer om det vi gör inom vår grupp. Nedan finns en kortare beskrivning av vår verksamhet inom fysik kopplat mot didaktik och skola. Vi brukar använda den internationellt vedertagna förkortning PER (Physics Education Research) för att beskriva vår verksamhet.

I vår forskning använder vi kunskap från avancerad experimentell forskning inom fysik för att utveckla experiment, simuleringar och videor för användning inom framför allt gymnasieskola och ämneslärarprogrammet. Områdena fokuserar på hur visualisering av olika koncept i fysikundervisning kan stödja lärande. Syften med forskningen är att utveckla experiment och simuleringar som sätts samman i lektionssekvenser som undersöks utifrån olika kritiska aspekter. Lektionssekvenserna är tänkta att användas inom gymnasieskolor och lärarutbildning.

Här är exempel på områden som vi arbetar med idag och som kan vara en utgångspunkt för en dialog. Du får gärna kontakta oss och diskutera egna idéer till projekt:

•  Akustiska fällor, ljudfällor, byggs genom att högtalare fästs på två mot varandra stående 3D-printade sfäriska ytor. Mellan de sfäriska ytorna bildas en stående våg där millimeterstora objekt kan fångas, leviteras. Typiska objekt vi fångar är frigolitbitar, olje- och vattendroppar. Vi studerar både hur dessa akustiska fällor kan simuleras och optimeras men också hur fällorna kan användas inom gymnasieskolan för att experimentellt studera ett antal begrepp inom vågrörelselära som exempelvis stående vågor, interferens och ljudhastighetens temperaturberoende. Vi ger förslag på tillämpningar av akustiska fällor som kan utföras i ett klassrum men utför också klassrumsobservationer utifrån framtagna lektionsmoduler.

Exempel på hur en akustisk fälla kan användas inom gymnasiet:
LeviLabs: learning about sound through acoustic levitation  
 

•  Inom fysikområdet energi och särskilt kopplat till hållbar energianvändning studerar vi hur lektionsmoduler kan byggas upp för att gagna lärande och bygger upp teoretiska ramverk runt dessa moduler. Vi gör detta i nära samarbete med gymnasielärare och deras klasser men även med studenter från ämneslärarprogrammet och på science centers. Exempel på teorier och metoder vi använder för att studera vad som händer i klassrummet är variationsteori och designbaserad forskningsmetod (DBR).

Exempel på artiklar vi publicerat som belyser både teoretiska ramverk som exempel för skolan är: ·

• Rolling balls or trapping ions? How students relate models to real-world phenomena in the physics laboratory
• Sliding down an inclined plane: a new method for measuring gravitational acceleration and kinetic friction in upper-secondary school
• Escape experience Aeroseum: a classical mechanics escape room

Kontakt
Jonas Enger: Jonas.Enger@physics.gu.se
Dag Hanstorp: Dag.Hanstorp@physics.gu.se
Ingela Bursjöö: ingela.bursjoo@physics.gu.se
Caroline Adiels (Studierektor för forskarutbildning): caroline.adiels@physics.gu.se

Kunskapsutveckling inom kemi

Kemi som skolämne har ett komplext innehåll som inbegriper förståelse för multipla organisationsnivåer, allt ifrån den visuella makroskopiska nivån till, den mikroskopiska supra molekylära och till den helt abstrakta submikroskopiska nivån. Kunskapen kan även ses ur olika perspektiv såsom tid, energi och struktur och beskrivs både matematiskt, begreppsmässigt.

På grund av ämnets komplexitet så är lärande av kemi en lång bildningsresa som stäcker sig över både grundskola och gymnasium. Vår forskning inriktar sig emot kunskapsutveckling i form av begreppsutveckling och lärandevägar. Detta inbegriper även forskning om modeller och visualiseringar samt undersöker gränsytan begrepp/beräkning av ett innehåll som fram till de senaste årtionden till stor del bara varit tillgängligt via fantasi. Resultatet av vår forskning är både utveckling av teori såväl som metod. Den naturvetenskapliga fakulteten erbjuder en internationell, dynamisk och kreativ forskningsmiljö där du möter doktorander och handledare inom både kemi och biologididaktik.

Undervisning inom kemi

Att undervisa kemi inbegriper strategiska val av metoder för att skapa förståelse av ett mycket komplicerat innehåll. En kunskap som baseras både på metoder framtagna med hjälp av tidigare forskning samt beprövad erfarenhet. Centralt i undervisning ligger koppling av ett kemiinnehåll emot elever/studenters tidigare erfarenheter, en koppling som ofta kommuniceras verbalt. Många av de begrepp som används har dock redan en betydelse i det vardagliga språket eller är svåra att beskriva på grund av att våra erfarenheter inte räcker till, ett exempel är atomers storlek.

Fokus för denna del av vår forskning är att analysera erfarna lärares ämnesspecifika pedagogiska kunskap, eller ”Topic specific pedagogical content knowledge” (TSPCK). Här ses en lärares kunskaper är en kombination av ämneskunskap (CK) och den ämneskopplade praktiska undervisningserfarenheten (TSP). Denna del innehåller bland mycket annat praktiska metoder som analogier, metaforer, praktiska exempel och kunskap om nyckelbegrepp. Den naturvetenskapliga fakulteten erbjuder en internationell, dynamisk och kreativ forskningsmiljö där du möter doktorander och handledare inom både kemi och biologididaktik.

Kontakt 
Marc Pilon (Studierektor för forskarutbildningen): marc.pilon@cmb.gu.se

Karina Adbo Karina.Adbo@gu.se

Vid Matematiska vetenskaper startades våren 2024 arbetet med att ta fram webbaserat utbildningsmaterial i matematik som främst skall användas i utvecklingsländer och flyktingläger via internationella hjälporgan. Materialet skall finnas på många språk. Utgångspunkten är att materialet skall utformas baserat på forskning och modeller formade av Jerome Bruner, Ferenc Marton, John Star med flera. Målet är att materialet också skall bli en resurs för lärare att använda i sina klassrum, i Sverige och i andra länder.

Läs mer om projektet Akelius math learning lab

Vi initierar nu forskning som studerar förutsättningar för sådant material och hur dess utformning påverkar dess användning i praktiken i olika miljöer. Initialt kommer det att handla om att samverka med svenska lärare för att studera utbildningsmaterialet i svenska klassrum för att senare bredda studierna till olika internationella sammanhang.

Kontakt
Forskargruppen Teaching and Learning in Mathematics

För att klara studier i matematik efter grundskola och gymnasium är det viktigt med goda förkunskaper i matematik. Flera studier visar att nybörjarstudenter har stora svårigheter med universitetsmatematiken på grund av bristande förkunskaper framför allt inom algebra. Internationella studier visar även att algebrakunskaper hos elever i den svenska skolan ligger under genomsnittet.

Vid matematiska vetenskaper intresserar vi oss för forskning inom algebradidaktik ur flera olika perspektiv. Bland annat studeras i ett pågående doktorandprojekt gymnasieelevers kunskaper om och svårigheter kring ekvationslösning, avseende struktur, koefficienter och variabler. I en studie har vi även undersökt och jämfört elever från Sverige, Finland och Spanien med syfte att studera deras förmåga att lösa ekvationer samt vilka olika strategier de använder sig av. Utöver detta har vi undersökt lärarstudenters utveckling av matematisk kunskap som är nödvändig vid deras framtida yrkesutövning.

Kontakt
Kontaktinformation till forskargruppen Teaching and Learning in Mathematics

Lärarutbildning skall förbereda blivande lärare för att kunna undervisa. Vad är det då man behöver utveckla för att bli framgångsrik i undervisning? Som ett tänkbart sätt att närma sig detta har vi på Matematiska vetenskaper utvecklat en modell för undervisningskompetenser som nu ligger till grund för utveckling av Chalmers lärarutbildning.

Vi står nu i begrepp att utforska modellens relevans och användbarhet vetenskapligt. Här finns flera tänkbara kontexter att studera. Dels finns lärarutbildningar och deras mål och genomförande. Vad får modellen för konsekvenser på lärarutbildning? Hur påverkar den lärarstudenternas förståelse av yrket och sin egen utveckling? Modellen kan också studeras i samband med matematikundervisning i skolmiljöer. Till exempel kan man fråga sig om man, med modellens som analysverktyg, kan synliggöra kompetensbehov och hur dessa är kopplade till klassrummets specifika förutsättningar. En tredje kontext är lärares livslånga lärande, och det kommande nationella professionsprogrammet. Vad för förståelse ger modellen för lärares utvecklingsbehov? I detta arbete finns också möjlighet att utveckla modellen vidare så att det fångar det väsentliga i verklig undervisningsskicklighet.

Kontakt
Kontaktinformation till forskargruppen Teaching and Learning in Mathematics

Matematiska vetenskaper har aktiv roll i flera olika ämneslärarprogram i matematik, både 5-åriga utbildningar och kompletterande pedagogiska program.

Genom alumnenkäten har vi samlat in information om alumners syn på sin egen utveckling. En initial studie om läraralumnernas syn på vad som varit mest värdefullt och vad de saknat under sin utbildning är genomförd. Ur detta har flera frågor väckts kring hur lärarutbildning bör utvecklas för att bättre förbereda studenterna för yrket.

Det finns behov att studera alumners utveckling under de första åren i yrket.

• Vilka former av stöd till utveckling har de fått och hur har de påverkats av detta?
• Vilka utmaningar finns under introduktionstiden på första arbetet som matematiklärare och under de första arbetsåren?
• Hur hanteras detta av arbetsgivarna?
• Vad får det för konsekvenser för alumnens kompetensutveckling, förmågor och syn på yrket?
• Hur utvecklas alumnens syn på matematik under de första åren i yrket?

Kontakt
Kontaktinformation till forskargruppen Teaching and Learning in Mathematics 

Vid institutionen pågår forskning inom matematikens historia; dels studeras den tidiga svenska matematikhistorian (1600- och 1700-tal), dels studeras den svenska skolmatematikens historia med fokus på algebraundervisning sedan grundskolans införande fram till idag.

Internationellt pågår det inom det matematikdidaktiska forskningsområdet en diskussion om integrering av matematikens historia i undervisningen. Det finns en mängd argument för varför och hur matematikens historia kan användas i undervisning: till exempel anses matematikens historia vara en motivationsfaktor för elever och matematikhistoria kan dessutom användas för att stödja elevers lärande genom att erbjuda andra perspektiv på matematiska begrepp.

Kunskap om matematikens historia kan leda till en bättre förståelse för olika delar av matematiken och ge oss en djupare medvetenhet om vad matematik som disciplin kan vara.

Vi är nu intresserade av att dels fördjupa kunskapen om den svenska skolmatematikens historia (tex med fokus på något specifikt begrepp eller område), dels bidra till forskningen om integrering av matematikens historia i undervisningen. I det senare fallet kan gärna undervisningsexempel hämtas från den svenska matematikhistorian.

Kontakt
Kontaktinformation till forskargruppen Teaching and Learning in Mathematics