STEM-learning and engagement in school making activities: Linking lesson design, psychological distance, sensory input, sympathetic activation, learning, and engagement (ph.d.-prosjekt)

Om prosjektet

Hvorfor mister elever interessen for realfag?

Mange elever mister interessen for naturfag, teknologi og matematikk (realfag) i løpet av ungdomsskolen, noe som kan føre til frafall eller at de unngår realfagsrelaterte yrkesvalg. Tradisjonell undervisning basert på abstrakte symboler og lærebøker kan føles psykologisk fjern for elevene. Denne avhandlingen undersøker om skapende aktiviteter, der elever designer og bygger fysiske gjenstander som roboter, solceller eller DNA-modeller ved hjelp av både digitale og fysiske materialer, kan motvirke manglende engasjement og forbedre læring.

Utfordringen med å måle engasjement

For å forstå om skapende aktiviteter faktisk virker, må vi måle elevers engasjement nøyaktig. Selvrapporter og spørreundersøkelser er nyttige, men fanger bare retrospektive generaliseringer. Denne avhandlingen utviklet og validerte en ny metode som kombinerer videoanalyse med fysiologiske sensorer. Ved å analysere bevegelse og lydnivå i klasseromsvideoer og sammenligne disse med elektrodermal aktivitet (EDA), et mål på aktivering av det sympatiske nervesystemet samlet inn via bærbare sensorer, bekreftet studien at observerbare atferdsindikatorer (bevegelse og lyd) i betydelig grad predikerer fysiologisk aktivering. Dette gir forskere et rimelig, objektivt verktøy for å fortløpende vurdere engasjement uten å forstyrre undervisningen.

Den sensoriske læringsmodellen: Hvorfor skapende aktiviteter fungerer

Hjertet i avhandlingen er den sensoriske læringsmodellen, som bygger bro mellom nevrovitenskap og pedagogisk praksis. Modellen foreslår en årsakskjede: undervisningsdesign påvirker sanseinntrykk, som påvirker psykologisk avstand og fysiologisk aktivering, som til slutt påvirker læring og engasjement.

Psykologisk avstand refererer til hvor langt unna eller abstrakt et konsept føles. Når elever arbeider med fysiske materialer de kan ta på og manipulere, krymper avstanden. Dette aktiverer flere sanser (multimodalitet), øker sympatisk aktivering mot optimale nivåer, og forsterker danning av minner (læring) gjennom perseptuelle læringsbaner.

3M-modellen: Praktiske designretningslinjer

Gjennom fire iterative studier (design-basert forskning), inkludert en randomisert kontrollert studie (RCT) og to kvasieksperimenter, testet avhandlingen spesifikke variabler for undervisningsdesign og destillerte dem til Multi-Modal Maker-modellen (3M-modellen). De overordnede nøkkelfunnene for lærere er:

Undervisning av realfagsbegreper før de skapende aktivitetene: Undervis de relevante realfagsbegrepene før elevene begynner å bygge. Når elevene mangler dette grunnlaget, blir skapende aktiviteter til håndverk uten læring.

• Halvåpne materialer: Unngå rigide steg-for-steg-instruksjoner (for begrensende) og unngå helt åpne prosjekter (for vanskelige). Bruk i stedet undervisningsmaterialer som gir struktur, som syv faser (undersøking, planlegging, laging, testing, evaluering, forbedring og rapportering) kombinert med refleksjonsspørsmål.
• Materialbord: Tilby et bord med rikelig utvalg av materialer for elevene å velge fra, framfor å gi hver gruppe identiske forhåndspakkede materialer. Denne valgfriheten øker eierskap og reduserer psykologisk avstand.
• Fjernundervisning: Unngå digital undervisning av skapende aktiviteter når fysisk undervisning er mulig. Dette utnytter i større grad engasjements- og læringsfordelene ved de skapende aktivitetene.

Disse prinsippene ble validert i ulike kontekster, inkludert fjernundervisning under COVID-19 (der det digitale formatet økte psykologisk avstand og reduserte engasjement), og en stor skala-studie med 509 elever fra ordinær skole, som viste at retningslinjene fungerer ut over bare realfagsinteressert ungdom.

Individuelle forskjeller: Realfagsskalaen

Ikke alle elever har likt nytte av de samme aktivitetene. Avhandlingen utviklet en Realfagsskala som kombinerer romlig evne (evnen til å mental manipulere objekter) med engasjementsnivåer for å identifisere elever som trenger differensiert støtte. Romlig evne er en sterk prediktor for realfagssuksess, og skapende aktiviteter ser særlig ut til å være gunstige for elever med høy romlig evne, men lavere akademisk engasjement, og gir dem en vei tilbake til læring.

Konklusjon: En bro mellom hjerne og klasserom

Denne avhandlingen viser at hvordan du designer praktiske aktiviteter betyr like mye som hvorvidt du inkluderer dem. Ved å redusere psykologisk avstand, gjøre realfagsbegreper håndfaste, konkrete og umiddelbare, kan lærere optimalisere elevenes fysiologiske aktivering og oppmerksomhet, noe som fører til dybdelæring. Den sensoriske læringsmodellen gir et teoretisk fundament for hvorfor praktisk, multimodal læring fungerer, mens 3M-modellen tilbyr konkrete, evidensbaserte retningslinjer for undervisningsplanlegging. For beslutningstakere og lærere som ønsker å redusere frafall og forbedre realfagslæring er budskapet klart: La elevene bygge, men design undervisningsoppleggene nøye.

Verktøy

Kobling – se, gjør og forstå — en digital læringsressurs i naturfag og matematikk hvor målet er å koble sammen realfagene med programmering og skapende aktiviteter i musikk og kunst & håndverk.

Bakgrunn

• Prosjektets varighet er fire år, med sluttdato mars 2026
• Hovedveileder: Imac Maria Zambrana, ONH
• Biveileder: Thormod Idsøe, Institutt for spesialpedagogikk, UiO

Finansiering

Dette prosjektet er finansiert av Forskningsrådets program for offentlig PhD og Akershus fylkeskommune.

(Alle fotografier er tatt av Ellen Egeland Flø)