7 - Læring i realfag – resultater fra TIMSS og PISA

7.6 Utfordringer og muligheter i naturfag

Utviklingen i norske elevers naturfagskompetanse har ikke vært like positiv som i matematikk. Dette gjelder spesielt på ungdomstrinnet, hvor det ikke har vært bedring i elevenes resultater siden første TIMSS-undersøkelse i 1995. Det var imidlertid en svak oppgang fra 2007 til 2011. I PISA, hvor naturfag var hovedtema for første gang i 2006, var det en svak positiv fremgang i perioden 2006 til 2009, mens det har vært få endringer fra 2009 til 2015.

Norge har langt færre undervisningstimer i naturfag enn andre land

Flere tidligere studier finner at antall timer har stor betydning for elevenes prestasjoner (Scheerens m.fl. 2013, Schmidt m.fl. 2015). Både på barnetrinnet og ungdomstrinnet har norske elever betydelig færre timer med naturfag sammenlignet med andre sammenlignbare land (tabell 7.1). På barnetrinnet har Norge 17 færre naturfagstimer per år enn det internasjonale snittet, og 20 eller færre timer enn Sverige, Danmark og Finland. På ungdomstrinnet har Norge 41 færre timer i naturfag per år enn i Sverige. Norge har 78 færre timer i naturfag enn det internasjonale snittet i TIMSS, og kun Italia har færre timer i naturfag per år enn Norge.

Undervisningstiden som brukes til naturfag i Norge, er blant den laveste i OECD-sammenheng og utgjør 6 prosent av samlet undervisningstid på barnetrinnet og 11 prosent på ungdomstrinnet (OECD 2013).

Tabell 7.1 Timer naturfagundervisning per år, rapportert av lærere og rektorer i TIMSS. 2015. Antall.

Barnetrinnet Ungdomstrinnet
Norge 59 81
Sverige 79 122
Internasjonalt snitt 76 159
Danmark 80
Finland 82

Kjelde: Bergem m.fl. (red.) 2016

Forskerne bak den norske TIMSS-rapporten argumenterer for at forskjellen i antall undervisningstimer trolig forklarer den manglende fremgangen i naturfag på 8. trinn (Bergem m.fl. (red.) 2016). Norge har ligget under det internasjonale snittet i hele denne perioden. Fra og med høsten 2016 er det innført én ekstra naturfagstime i uken på barnetrinnet.

Emner i fysikk utsettes til slutten av ungdomstrinnet

Elevene på 9. trinn presterer bedre enn elevene på 8. trinn i alle de fire emneområdene som oppgavene i TIMSS er hentet fra, og den innbyrdes fordelingen i prestasjonene per emneområde endrer seg mellom de to trinnene. Dette ser vi særlig i fysikk, hvor elevene på 9. trinn skårer 29 poeng bedre enn elevene på 8. trinn (figur 7.13).

Figur 7.13 Resultater i ulike emneområder i naturfag på 8. og 9. trinn. 2015. Gjennomsnittlig skår.

figur-7-13-resultater-i-ulike-emneomrader-i-naturfag-pa-8-og-9-trinn-2015-gjennomsnittlig-skar

Kilde: Bergem m.fl. (red.) 2016

Den norske læreplanen beskriver hvilke kompetanser elevene skal ha etter 7. trinn og deretter etter 10. trinn. Lærerne står dermed fritt til å velge hvilke emner de skal undervise i, innenfor en ramme på tre år. Det at norske elever får mer undervisning i alle temaer i fysikk på 9. trinn enn på 8. trinn, er en viktig forklaring på den store differansen i fysikkskår mellom disse to trinnene (Bergem m.fl. 2016).

På 8. trinn får 25 prosent av elevene undervisning i fysikktemaene som inkluderes i TIMSS-undersøkelsen, mens 46 prosent av elevene får undervisning i disse temaene på 9. trinn. Årsaken til at flere elever får undervisning i fysikk på 9. trinn, er trolig at fysikk blir oppfattet som vanskeligere og mer abstrakt enn de andre naturfaglige emnene. Undervisningen i fysikk blir dermed utsatt til høyere trinn (Bergem m.fl. (red.) 2016). Ved å se på når elevene presenteres for fysikktemaet elektrisitet, understrekes poenget ytterligere (figur 7.14).

Figur 7.14 Elever med lærere som svarer at de har undervist i temaet elektrisitet på 8. og 9. trinn. 2015. Prosent.

figur-7-14-elever-med-laerere-som-svarer-at-de-har-undervist-i-temaet-elektrisitet-pa-8-og-9-trinn-2015-prosent

Kilde: Bergem m.fl. (red.) 2016

Mens kun 4 prosent av elevene har lærere som svarer at de har undervist i elektrisitet på 8. trinn, gjelder det 67 prosent på 9. trinn. Elevene får jevnt over mer undervisning i fysikk i alle temaer på 9. trinn enn på 8. trinn, men forskjellen er størst for elektrisitet. Dette stemmer overens med tidligere forskning som indikerer at elever på 8. trinn synes elektrisitet er spesielt vanskelig, fordi de har lært lite om det (Grønmo og Nilsen, 2013Nilsen og Angell, 2014).

Mange lærere mangler fagspesialisering

Tidligere forskning har vist at det er en positiv sammenheng mellom lærernes utdanning og elevenes læringsresultater (Blömeke m.fl. 2012). Dette gjelder spesielt den delen som er knyttet til faglig og didaktisk kunnskap i undervisningsfaget. Hovedtyngden av norske elever i naturfag undervises av lærere med lærerutdanning, viser TIMSS. Samtidig viser resultatene at bare omtrent halvparten av elevene undervises av lærere som har spesialisering i naturfag. Andelen elever som undervises av lærere med spesialisering i naturfag på ungdomstrinnet er lavere enn det internasjonale gjennomsnittet. Norge skiller seg også ut i internasjonal sammenheng ved at langt færre lærere har deltatt på etter- og videreutdanning i løpet av de to siste årene. Dersom man ønsker å forbedre elevenes resultater i naturfag, er det viktig at lærerne innehar denne kompetansen. (Bergem m.fl. (red.) 2016). Det står mer om læreres fagspesialiseringer her.

Rektorene mener at skolene mangler utstyr til eksperimenter og laboratoriearbeid

Tidligere forskning har vist at det en positiv sammenheng mellom utforskende læring og elevenes prestasjoner i naturfag. Samtidig blir utforskende læring og eksperimenter lite vektlagt i Norge (Martin m.fl. 2016). Lærerne oppgir selv at de føler seg minst trygge i å undervise ved hjelp av utforskende metoder (Bergem m.fl. 2016). Ifølge rektorene mangler elever på barnetrinnet utstyr til eksperimenter og laboratorium, og de mener at dette har negative konsekvenser for undervisningen.

Hvordan kan norske elever bli bedre i naturfag

Basert på analysene i TIMSS-undersøkelsen trekker forskerne bak den norske rapporten frem følgende punkter som bør være gjenstand for videre forskning og debatt for å øke elevenes læring i naturfag (Bergem m.fl. 2016):

  • Flere timer til naturfag på ungdomstrinnet
  • Høyere naturfagdidaktisk kompetanse hos lærere
  • Mer utstyr til eksperimenter på barnetrinnet
  • En læreplan som i større grad vektlegger dybde og progresjon
  • En lærerutdanning som i større grad vektlegger støttende og klar undervisning, samt faglig/kognitivt stimulerende undervisning via utforskende metoder
  • Etterutdanningstilbud og deltakelse på etterutdanning med både pedagogisk, faglig og naturfagdidaktisk innhold