En fysikkundervisning med utgangspunkt i mennesket

Kan besøk i ei bekmørk grotte en gnistrende sollys vinterdag eller oppmerksom lytting til fuglesang og imaginær kurauting være viktige aspekter av en meningsfull fysikkundervisning? I så fall, hva slags fysikkundervisning snakker vi om da? Og hva kunne det overordnede målet med en slik antroposentrisk undervisning eventuelt være? Gjennom tre glimt fra den første fysikkundervisningen gir Geir Øyen oss et innblikk i praksis og ideer som ligger til grunn for steinerskolens fysikkundervisning i 7. klasse.

Akustikk

Det er den aller første timen med fysikk i 7. klasse. Alle elevene er samlet rundt pianoet inne på musikkrommet. Stemningen er spent. En elev spiller et lite klassisk musikkstykke på pianoet (Mozart). Alle lytter og tar inn hele musikk­stykket. Den samme melodien spilles på nytt. Elevene lytter mer målrettet nå. Hva er det flest av, lyse eller dype toner? Hvilke toner klinger lengst, de lyse eller de dype? Melodien spilles en tredje gang, nå med pianolokket på vidt gap og hele pianoets indre åpenbart. Alle strengene, fra de halvannen meter lange, tykke ytterst på vens­tre side til de tynne, knapt en håndsbredd lange lengst mot høyre, sammen med en mengde filtkledde hammere, små metallbøyler og fint tilpassede trepinner er synlige. Mens melodien spilles en tredje gang, lytter vi, føler vi med hend­ene og ser: Hvordan skapes tonene? Hvorfra kommer de dype, langvarige og de lyse, korte?

Dagen etter er det tid for refleksjon og samtale: I det lille musikkstykket var det flest lyse toner, færre dype. De lyse tonene varte kort tid, de dype lenge. De kortvarige, lyse tonene kom fra de korte, tynne strengene til høyre, mens de dype tonene kom fra de lange, tunge strengene på venstre kant. Etter hvert beveger vi oss inn i en samtale om små, lette, fugler med lyse, kjappe stemmer og store, tunge kyr med mørke lange raut, store mennesker med rolige, mørke stemmer og små barn med sprudlende, lyse stemmer. Det ser ut til at vi sammen har funnet fram til en slags lovmessighet, en allmenn lov som gjelder i musikken, blant menneskene og ute i naturen. Det som er lite og lett gir fra seg lyse, kortvarige toner, og det som er stort og tungt gir fra seg dype, langvarige toner. Vi forsøker også å tenke oss en måltrost med basstemme og kyr med lyse kvitrestemmer. Det blir komisk, det stemmer ikke! «Men,» sier en elev, «hva med hvalen? Har ikke den veldig lys stemme, og den er jo kjempestor?» Vi innser at vi ikke har skjønt alt enda, og aner at hvalens stemme bærer på en stor hemmelighet.

Vi forsøker videre å finne ut hvordan musikken hadde virket på oss hvis den hadde vært motsatt. Enn om musikken hadde bestått av få, lange, lyse toner eller av en mengde hurtige, dype basstoner? Vi prøver oss fram med noen lange skjærende lyse fløytetoner og finner raskt ut at de langvarige lyse tonene trekker oss oppover, nesten så vi blir lammet i kroppen og får vondt i hodet. Med de hurtige basstonene er det motsatt, vi trekkes ned i kroppen og får lyst til å bevege oss tankeløst, kraftig og taktfast. Den fine balansen mellom mange, lyse, korte og få, dype, lange toner som vi finner i mye musikk og i naturen ser ut til å virke harmoniserende på hele mennesket.

Akustikkundervisningen går nå videre med å utforske den nøyaktige sammenhengen mellom de musikalske intervallene og deres respektive strengelengdeforhold. Stor er forundringen og gleden over å finne at matematikkens enkleste brøker kan gjenfinnes i skalaens intervaller. Oktav, kvart og kvint er nøyaktig ½, ¾ og 2/3. Med de Chladniske- klangplatene får elevene på ny oppleve at det eksisterer en sammenheng mellom kvalitetene: lys, kortvarig, differensiert og mellom dyp, lang og enkel. I tillegg blir det klart at en ren tone for øret også er en ren tone for øyet. Ting henger sammen.

    

Forsøk med Chladniske klangfigurer. En metallplate monteres på en stang med fot og med festepunkt i midten av platen. Så strør man et lettbevegelig pulver, f eks salt, på platen. Stryk kanten av platen med en fiolinbue, bruk harpiks. Det krever noen forsøk å få til en klar tone, men om du gjør det dannes vakre mønster etter tonens frekvens. Man kan se lyden! Foto: Foster, butdoesitfloat.com

Optikk

Klassen er på huletur. Det er bitende kaldt (-10 °C), gnistrende sol og kritthvit nysnø på veien. Det er et kvarters spasertur fra skolen opp til hula. Foran meg går en lang rekke elever kledd i et mylder av farger. Fargene er bleke i det sterke lyset, huleåpningen sort mot den hvite snøen. Vel inne i hula blir det fort mørkt (og varmt og kanskje litt skummelt!). Ut igjen, så roligere inn, se på fargene, hva skjer? Fra bekmørket der alle farger og former er forsvunnet, sakte ut i blendende lys og tilbake igjen. Hvilke farger tåler lyset best, og hvilke tåler mørket best? Det tar lang tid og mange runder med oppmerksom betraktning før vi finner ut av det.

Morgenen etter er vi i klasserommet. Vi deler huleerfaringer og forsøker å finne fram til noen lovmessigheter: Fargene forsvinner når det blir for mye mørke, i skumringen er alle katter grå. Når det blir mørkt nok, forsvinner også formene. Det samme skjer når det blir for mye lys. Fargene blekner og vi står igjen med en lys, grå form. Hvis lyset blir enda sterkere, viskes alle formene ut og alt blir blendende hvitt. Rød er den fargen som tåler mørket best, når den røde fargen forsvinner i mørket, da blir alt sort. Slik sett ligger den røde fargen nærmest mørket. På den motsatte enden, i huleåpningen, ser vi at den fiolette fargen holder ut lengst i lyset. Når den fiolette blekner på grunn av for mye lys, viskes også alle former ut. Fargene og formene ligger mellom lyset og mørket. For at vi mennesker skal kunne se og oppleve verdens farger og former må det være et balansert samspill mellom lys og mørke. Vi trenger både lyset og mørket. Vi aner at vi har oppdaget noe grunnleggende stort og viktig.

Optikkundervisningen fortsetter med de komplementære etterbildene. Elevene opplever hvordan øyet vårt alltid produserer et komplementærfarget etterbilde når vi har sett en farget flate. Fargen der ute og komplementærfargen utgjør til sammen en helhet. Hvis disse fargene blandes, da blir resultatet tilnærmet fargeløst. Det indre og ytre henger sammen.

Forsøk med etterbilde: Legg et hvitt ark ved siden av bladet, eller hold denne siden opp mot en hvit vegg. Se på den røde flekken mens du teller til 10. Flytt så blikket til et hvitt ark eller til veggen – hva ser du?

Varmelære

Først snakker vi litt om koking av vann. Det viser seg at det for de aller fleste er nokså uklart hvordan det skjer, til tross for at alle har en daglig kontakt med vann som kokes. Hvordan er det med boblene, lyden, dampen og temperaturøkningen? Vi bestemmer oss derfor for å følge en hel smelte/kokeprosess med oppmerksomhet. Knust, tørr, iskald (-12 °C) is i et begerglass blir tilført varme fra en propanflamme. Med et termometer følger elevene spent med på utviklingen. Temperaturen stiger jevnt og sakte opp til 0 °C, men så skjer det noe uventet. Ny varme blir stadig tilført begeret fra propanbrenneren, men temperaturen holder seg likevel konstant. Den tørre isen forsvinner imidlertid gradvis og det danner seg vann i begeret. Først når all isen har smeltet, begynner vanntemperaturen å stige. Den øker ganske jevnt oppover helt til den er i underkant av 100 °C. Vannet, som til å begynne med var rolig, stille og klart, har nå begynt å røre på seg.

Like etter smeltingen går det en svak strøm av vann og mange bitte små bobler fra bunnen av begeret opp mot overflaten. Boblene krymper, og de fleste forsvinner på veien opp mot overflata. En svak, tiltakende susing kan høres. Boblene, som dannes på bunnen av begeret, blir etter hvert færre og større. Nå når de langt opp i vannmassene før de kollapser. Susingen, som til å begynne med var knasende tørr og pistrete, blir kraftigere, fyldigere og dypere. Ved nesten 100 °C blir susingen etter et øyeblikks stillhet, avløst av en buldrende plaskelyd. Boblene fra bunnen av begeret når nå helt opp til overflata og skaper der store fossende såter av dampende vann. Vannet koker. Lufta like over den boblende vannflata er glassklar, litt lengre oppe ser vi en grålig, stigende tåke. Temperaturen i vannet holder seg konstant på omtrent 100 °C uansett hvor mye varme som tilføres (vi prøver med kraftigere flamme og flere brennere). Det blir imidlertid stadig mindre vann i begeret og mer tåke i lufta, og på de kalde vinduene i rommet legger det seg dugg.

I de etterfølgende dagene gjør vi flere erfaringer med kulde og varme: Vi risper oss i armen med passerspissen etter å ha bedøvet armen med is, vi hører på at iskaldt og kokvarmt vann blir tømt i vasken, vi tar tida på varmt og kaldt vann som renner gjennom en lang glassrørløype, vi slipper noen dråper blekk i iskaldt og kokvarmt vann og ser hva som skjer, vi varmer opp ulike metaller til de gløder og ser på fargeutviklingen, vi studerer fargespillet i en isblokk og vi smelter tinn.

Tilførsel av varme fører til bevegelse, letthet, oppløsning, utydelighet, bløte toner og farger nær mørket (rød, oransje). Tilførsel av kulde fører til stillstand, tyngde, formdannelse, tydelighet, skarpe toner og farger som i særlig grad tåler lyset (blå, fiolett). Det flytende vannet stritter i mot hvis vi forsøker å fryse det til is (fast form) eller koke det til damp (gassform). Det skal svært mye kulde eller varme til for å få vannet over i en ny form. Vi snakker om hvordan varme kan føre til at vi slapper av og glemmer oss selv. Varmen virker sosialiserende. Noen trenger mye varme (lik vannet) andre lite (lik tinn) før de kommer over i en ny form. Det er viktig å ikke være for heit i toppen hvis vi skal tenke eller handle klokt, individuell tenkning krever et aspekt av kulde. I menneskelivet trenger vi begge deler, varme og kulde.

Metoden

I det følgende vil jeg si litt om metoden med bakgrunn i noen prinsipper som ligger til grunn for fysikkundervisningen på dette alderstrinnet.

For alle de tre fagområdene starter undervisningen med å avgrense temaet til det menneskelige livsområdet, det vil si til den delen av fenomenet som angår og berører oss mennesker i dagliglivet. Musikk og naturlyder mellom dype bass- og lyse diskant-toner, farger og former mellom lys og mørke og den livgivende varmen og friske kjøligheten mellom fortærende varme og forherdende kulde. Mørket og kulden har i vår fysikk samme ontologiske status som lyset og varmen. Mørket eksisterer på samme måte som lyset, og kulden på samme måte som varmen. Det er i samvirket mellom ytterpunktene det nyanserte og mangfoldige livet utspiller seg. I undervisningssammenheng kan nettopp arbeid med polaritetene bidra til økt forståelse for de fenomenene som ligger mellom dem.

Fra hel til del (holistisk)

Hvert nytt emne eller fagområde introduseres ved at elevene får en helhetlig opplevelse. Introduksjonen, enten den skjer i form av et musikkstykke, en grottetur eller oppvarming av vann fra is til damp, gir rom for erfaringer som angår oss som mennesker, og som elevene kan kjenne seg igjen i. Opplevelsen er helhetlig i den forstand at elevene erfarer den både gjennom sansene, gjennom følelsen og ved selv å være aktivt deltagende. Den er helhetlig også i en annen forstand. I alle de tre introduksjonsopplevelsene blir fenomenet presentert i hele sin utstrekning og satt i relasjon til mennesket, hvilket er med på å gi elevene en nærhet til stoffet vi arbeider med. Vi starter så å si med å spenne opp et stort lerret som vi senere kan granske og utpensle i mer detalj. Metoden legger altså ikke opp til en løsrevet, fragmentarisk kunnskap, men legger til rette for at alle senere møter med fenomen og faktakunnskap kan plasseres inn i en meningsfull sammenheng.

Individuell og felles bearbeidelse av observasjonene

Det første møtet mellom elevene og fenomenet skjer uten for mange spørsmål (fra læreren) eller bestemte betraktningsmåter. Det som skjer i dette møtet, blir i første omgang helt individuelt, og noe som finner sted i hver enkelt elev. Det er ikke noe «rett» eller «galt» i opplevelsen, og på dette stadiet trekkes det ikke noen allmenne slutninger. I neste omgang iakttar vi mer målrettet for å finne svar på de samme konkrete spørsmålene. Å finne grundige, presise svar kan kreve flere gjentatte møter med fenomenet. I gruppesamtalen dagen etter at hver enkelt har gjort sine observasjoner, hjelper vi hverandre til å finne gode svar. Elevene får på denne måten øvet sin egen observasjonsevne samtidig som det kreves og forutsettes at de lytter til hverandre.

Sammenheng mellom flere ytringsformer, multisensorisk

Vi legger vekt på å iaktta fenomenet med flere sanser, for deretter å beskrive møtet. Dermed kan vi få etablert og bekreftet en eventuell sammenheng for eksempel mellom toner, farger og temperaturer. Slik blir det meningsfullt å snakke om varme farger og kalde toner.

Sammenheng indre og ytre, følelse og fenomen

Vi iakttar også vår egen sjelsstemning i møtet med fenomenet. Hvordan virker for eksempel det tette mørket eller den strenge kulden på oss? Når vårt indre domineres av mørke, forsvinner fargene og etter hvert også alle skyggenyansene. Vår reaksjon minner om det vi kan se der ute. Vi får styrket vår forbindelse til den ytre verden fordi vi kjenner oss igjen i den. Det vi kan oppleve i vårt indre, finnes også som et bilde og en virkelighet der ute.

Ikke-reduksjonistisk

I steinerskolens fysikkundervisning i 7. klasse søker vi ikke bak fenomenet etter forklaringer, dvs. vi bringer ikke inn parallelle fenomen på mikronivå (molekyler, atomer, bølger). Derimot holder vi oss i desimeterdimensjonen og forsøker å finne eller etablere sammenhenger innenfor dette nivået. Fysikkundervisningen blir på denne måten virkelighetsnær og kan knyttes til barnas konkrete erfaringsgrunnlag. Vi unnlater tradisjonelle reduksjonistiske «forklaringer»som for eksempel: «det som vi med et termometer kan registrere som en temperaturøkning, er egentlig bare atomer som beveger seg mer enn tidligere», eller, «det vi opplever som en livlig gul farge, er egentlig bare elektromagnetiske bølger som svinger med en frekvens på omtrent 520 terahertz/ Thz». Slike parallelle fenomen er interessante og kan være relevante, men ikke i sammenheng med den første fysikkundervisningen. For hva ønsker vi å oppnå med vår fysikkundervisning i 7. klasse?

Gjennom denne metoden forsøker vi å styrke elevenes tillit og nysgjerrighet til omverdenen. Når det sansbare og tilsynelatende selvfølgelige rundt oss bærer på store gåter og åpenbarer sammenhenger som blir elevene til del, kan en fruktbar utveksling mellom faget og elevene komme i stand. Målet vårt er at elevene skal oppleve en forbindelse med verden, og komme i en aktiv og skapende dialog med fenomenene rundt seg. I denne første fysikkundervisning skal elevene få bekreftet at de kan ha tillit til egne sanser og observasjoner, fremfor at virkeligheten presenteres gjennom abstrakte lover og ikke-sansbare atommodeller.

Kilder:

Bortoft, Henri. (1996). Wholeness of Nature: Goethes Way of Science. Edinburgh: Floris Books.

Hegge, Hjalmar. (2003). Erkjennelse og virkelighet (2.utg.). Oslo: Antropos Forlag. Særlig tillegget om reduksjonisme og atomisme i vår tids vitenskap er relevant.

Denne artikkelen er tidligere trykket i Steinerskolen #1, 2008.

Geir Øyen

Utdannet sivilingeniør og mastergrad i steiner­pedagogikk. Lærer ved Steinerskolen i Trondheim siden 1987, nå daglig leder.