Naturgeografi, metode og undervisning

Præsentationer af emnet: "Naturgeografi, metode og undervisning"— Præsentationens transcript:

1 Naturgeografi, metode og undervisning
Philip Kruse Jakobsen Silkeborg Gymnasium Fagdidaktisk kursus. Vejle , 19/9 2011

2 Kan fysikere undervise i pladetektonik?
Historie med Naturgeograf i seng. Hvad er det vi går og gør som Naturgeografer?

3 Nogle forskelle…. Fysik Studiet af regulariteter, gentagne hændelser
Fænomener er (for det meste) ahistoriske Eksperimenter: Kontrollerede, forenklede situationer Matematik som sproget, naturens bog er skrevet i Reduktion til stadig finere skala Kausale forklaringer Naturgeografi: Fænomener er ’historiske’: Naturhistorie Studier af det ’unikke’: Ideografisk videnskab Observationer snarere end (eller i tillæg til) eksperimenter Kausale, funktionelle og intentionelle forklaringer Matematisk beskrivelse ikke altid mulig eller hensigtsmæssig Kaos, sti-afhængighed Ikke-reduktionistisk Niveau-opfattelse af virkeligheden, emergens Baseret på Kjeld Rasmussen

4 TEORI OM METODE DISKUSSION I PRAKSIS

5 Den fagdidaktiske trekant
Hvad? Hvordan? Hvorfor?

6 Min grundlæggende tese
Naturgeografis position i det nye gymnasium nødvendiggør at vi er meget bevidste og synlige omkring NG videnskabsteori og metode. Dels fordi reformen kræver det (eks. AT) men også for at positionere NG i forhold til de øvrige (NV) fag. Dette har konsekvenser for vores undervisning. Eksempelvis på den måde vi tænker praktiske undersøgelser og især ”eksperimentelt arbejde” Vi skal ikke forsøge at lege ”dårlige” fysikere.

7 De tre hjørnesten 3. Læse naturens tegn – geologisk tid
1 Regionalgeografisk tilgang 2. Kortet som kommunikationsform og analyseværktøj Syntese Klassifikation, repræsentation, Identificere af rumlige mønstre Abduktion Naturhistoriske metode

8 2. Kortet som kommunikationsform og analyseværktøj
Klassifikation, repræsentation, Identificere af rumlige mønstre Abduktion

9 Klassifikation og repræsentation
Flere GIS-øvelser er oplagte Pladetektonik Radon

10 Abduktion ”...abduktion er det at se efter et mønster i et givet fænomen og foreslå en hypotese herudfra.” C. S. Peirce

11 Abduktion abduktion, slutning til den bedste forklaring; den slutningsform, der anvendes, når man på baggrund af en række iagttagelser,…… Abduktion er en kreativ proces, der ikke er strengt logisk gyldig. Anvendes såvel i dagligdags ræsonnementer som inden for videnskaben. Fra Den store danske Encykopædi

12 Alfred Wegners originale tegning

13 Vi bruger oftest abduktion…
”…Earth science relies heavily on the abductive method of inferring unknown causes from known effects. As Peirce noted, Earth science differs significantly in this respect from experimental sciences such as physics and chemistry, where induction and deduction are the predominant methods” Theory of Earth Science, Wolf von Engelhart og Jörg Zimmerman

14 Hvad er forskellen? Deduktion.
Regel: Alle bjergarter fra Oslofeltet er Rhombeporfyrer Case: Disse sten er fra Oslofeltet. Resultat: Disse sten må være Rhombeporfyrer. Induktion. Case: Disse sten er tilfældigt udvalgt fra Oslofeltet. Resultat: Alle disse sten er Rhombeporfyrer Regl: Alle bjergarter fra Oslofeltet er Rhombeporfyrer Abduktion. Resultat: Disse sten (fundet i DK) er mærkelig nok Rhombeporfyrer. Regel: Alle bjergarter fra Oslofeltet er Rhombeporfyrer. Case: Disse sten (fundet i DK) er fra Oslofeltet.  Hidtil ukendte proceser må have flyttet stenen.

15 Induktion Case: En række eksperimenter er blevet udført hvor kul uden ilt blev udsat for forskelligt tryk, men altid ved 1000◦ C Resultat: I alle eksperimenter hvor trykket var over 55kbar, og kun i disse, blev der dannet diamant. Regel: Der dannes diamant, hvis kul uden ilt udsættes for tryk på mere end 55 kbar og ved 1000◦ C.

16 Deduktion Regel: I miljøer uden ilt vil kul omdannes til diamant ved tryk over 55kbar og en temperatur over 1000◦ C Case: I et eksperiment blev kul udsat for et tryk på 80 kbar og en temperatur på 1200 ◦ C Resultat: I dette eksperiment vil der produceres diamanter.

17 Abduktion Resultat: Diamanter er blevet fundet i en vulkansk gang tæt på overfladen i Sydafrika Regel: Diamanter dannes kun ud fra kul eller kulholdige sedimenter når temperaturen når mindst 1000◦ C og trykket er mindst 55kbar. Case: I forbindelse med dannelsen af den vulkanske gang blev materiale bragt op til overfladen fra en dybde hvor trykket var mindst 55kbar og temperaturen mindst 1000◦ C.

18 Hypotetisk-deduktive metode Abduktion
Observeret effekt eller sammenhæng Ukendte årsager kendte resultater Hypotese A Hypotese B Hypotese C Rød= hidtil ukendt årsag Kendte/ukendte Eksisterende teori (kendte årsager) Hypotetisk deduktion Foreslået effekt eller sammen-hæng Ozonhullet Arrhenius CO2-temperatur Kendte årsager Ukendt resultat af kendte årsager

19

20 Typisk beskrivelse af ”naturvidenskabelig metode”:
Ud fra eksisterende viden og observationer kan man 'inducere' et nyt bud på en regel. Derefter kan man så med deduktion udlede, hvilke følger, det vil have for virkeligheden. Hypotesen bliver derved regelforslaget samt, hvordan det vil give sig til udtryk. 'Den hypotetisk-deduktive metode' går ud på, at man på den måde opstiller hypoteser, og så empirisk går ud og tester, om man observerer det, reglen forudsiger.

21 3. Læse naturens tegn – geologisk tid
Naturhistoriske metode

22 Den naturhistoriske metode:
Det domænale Det ekstradomænale Alle naturvidenskaberne beskæftiger sig med tingenes egenskaber såsom massefylde, temperatur, farve og reaktioner, Dét man umiddelbart kan forholde sig videnskabeligt til ved hjælp af almene regler. Med naturhistorisk metode beskæftiger man sig desuden med de strukturer i naturens faste materialer, der kan fortælle om tingenes historie, dannelsesmåde og dannelsesmiljø. Dét som de geologiske strukturer viser hen til i en anden tid og/eller omverden, men som man ikke kan forholde sig videnskabeligt til uden først at danne sig en situationsbestemt hypotese om, hvad der kan være sket. Eksempel på sammenkrøllet papir

23 Forløb m. naturhistorisk metode
Formål: Forløbet har det helt overordnede formål at bevidstgøre eleverne om den naturhistoriske metode som en kilde til naturvidenskabelig erkendelse. Gennem eksemplarisk anvendelse af den naturhistoriske metode på det glacialmofologiske ”kernestof” er formålet at vise den naturhistoriske metode som en nøgle til at forstå de 99% af Jordens historie som hovedsageligt kan undersøges gennem naturhistoriske principper. Derudover er det et væsentligt mål at vise hvorledes den naturhistoriske metode benyttes aktivt og er uvurderlig den dag i dag eks. i forbindelse med ”kampen” om retten til ressourcerne i det Aktiske Ocean.

24 Den naturhistoriske metode (bl.a. efter Jens Morten Hansen)
Aktualitetsprincippet, der siger at de geologiske processer man kan iagttage i dag, også var de processer der virkede i fortiden. Superpositionsprincippet: sedimentære bjergarter aflejres vandret med nyeste øverst. Genkendelseskriterierne, hvormed man ud fra simple regler kan fastslå tings og levende arters dannelsesmæssige slægtskab eller oprindelige sammenhæng. Kronologikriterierne, hvormed man ud fra simple regler kan fastslå fortidige begivenheders rækkefølge og dermed skelne mellem forandringer og deres mulige årsager. Bevaringskriterierne, hvormed man ud fra simple regler kan fastslå, om der mangler noget i den historie, som de to øvrige kriterier fortæller. Rekonstruktionsprincipperne, hvormed man ved hjælp af de ovennævnte rent strukturelle kriterier kan ’skrælle’ gradvist ældre begivenheder af den nuværende tilstand og derved erkende forudgående tilstande. Derved kan man komme frem til forståelse af en udgangstilstand og derpå modellere (rekonstruere) begivenhederne i retvendt orden, således at det giver forståelse af udviklingen frem til den nuværende tilstand.

25 Stenos tegning fra 1667 af en kæmpehajs hoved og tænder
Stenos tegning fra 1667 af en kæmpehajs hoved og tænder. Ved sammenligning med fossile ’glossopetrae’ (’tungesten’), som mange steder kunne findes højt oppe i bjergene og langt fra havet, fastslog Steno sit første strukturelle princip (genkendelseskriteriet): ”Når et fast legeme ligner et andet fast legeme, ikke blot ved dets ydre form, men også ved de enkelte deles og smådelenes finere anordning, så er de to legemer dannet på samme måde og i samme omgivelser”. Steno var endda klar over, at ’de mindste smådele’ (atomerne) kunne være udskiftet som følge af senere kemisk omdannelse. Det afgørende er, at strukturerne er ens. Genkendelseskriteriet er altså rent strukturelt.

26 Genkendelseskriteriet.
Struktur/form til proces

27 Selv uden kemiske forskelle vidner forskelle i former om forskellige processer

28

29 Kronologikriteriet Hvad kom først? Skelne mellem forandringer og deres årsager. Eksempler på bjergarter. Eks. magmatisme_dk.swf

30

31 Dato Aktiviteter Lektier Introduktion til den naturhistoriske metode. Øvelse med tolkning ud fra form. (topografisk klassifikation) Fritekst, Udrag fra artikel om Naturhistoriske metode af Jens Morten Hansen (kernestof) EKSKURSION PÅ CYKEL til grusgrav. Øvelser med tegning/tolkning af profil Øvelse med læsning og tolkning af kort på vejen derud. Hvis tid også en øvelse med geologisk tid. Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, 28-29, 2. udg., GO-forlaget, Læs kun afsnittet "Aldersbestemmelse af fossiler og geologiske lag" samt figuren s (kernestof) Efterbehandling af ekskursion. Rentegning af profil. Undersøgelse af evt. ledeblokke fra profil. Øvelse med fluvial struktur på Mars i GIS Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Fokus på fig og 4.5

32 Opgave: Klassificer ud fra den udleverede nøgle området ud fra højdekurverne. Bemærk kortet viser udelukkende form/struktur. Vi skal således forsøge at identificere former som er ens og former som er forskellige. Dette gør vi fordi man i henhold til kriterierne opstillet i den naturhistoriske metode kan hævde: At ting som er strukturelt ens må være dannet af samme processer mens områder som er strukturelt forskellige må være dannet af forskellige processer.

33

34 Klassifikation

35 Dato Aktiviteter Lektier Introduktion til Den naturhistoriske metode. Øvelse med tolkning ud fra form. (topografisk klassifikation) Fritekst, Udrag fra artikel om Naturhistoriske metode af Jens Morten Hansen (kernestof) EKSKURSION PÅ CYKEL til grusgrav. Øvelser med tegning/tolkning af profil Øvelse med læsning og tolkning af kort på vejen derud. Hvis tid også en øvelse med geologisk tid. Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, 28-29, 2. udg., GO-forlaget, Læs kun afsnittet "Aldersbestemmelse af fossiler og geologiske lag" samt figuren s (kernestof) Efterbehandling af ekskursion. Rentegning af profil. Undersøgelse af evt. ledeblokke fra profil. Øvelse med fluvial struktur på Mars i GIS Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Fokus på fig og 4.5

36

37 Geologisk tid Cykel tidslinie 5410 m= år  1m= år

38 Geologisk tidslinie m. toiletrulle
Eleverne skal i grupper undersøge en konkret æra som de får udstukket af mig. Der skal skrives en kort tekst til en hjemmeside. Og denne tekst skal danne grundlag for en spadseretur langs Jordens udviklingshistorie. Denne udføres i uge 39. Her kunne man så tage geologiske indikationer med - eks fossiler. De skal bl.a. forholde sig til en række spørgmål: Hvor ligger DK på dette tidspunkt? Havniveau, dyr, planter, atmosfære, begivenheder,spor i dk? Hjemmesiden er for at vi kan fastholde sammenhængen mens toiletrullen er for at vi skal få en fysisk fornemmelse af at der har været rigtig lang tid! til rådighed når man skal tolke Jordens historie.

39 Dato Aktiviteter Lektier Introduktion til Den naturhistoriske metode. Øvelse med tolkning ud fra form. (topografisk klassifikation) Fritekst, Udrag fra artikel om Naturhistoriske metode af Jens Morten Hansen (kernestof) EKSKURSION PÅ CYKEL til grusgrav. Øvelser med tegning/tolkning af profil Øvelse med læsning og tolkning af kort på vejen derud. Hvis tid også en øvelse med geologisk tid. Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, 28-29, 2. udg., GO-forlaget, Læs kun afsnittet "Aldersbestemmelse af fossiler og geologiske lag" samt figuren s (kernestof) Efterbehandling af ekskursion. Rentegning af profil. Undersøgelse af evt. ledeblokke fra profil. Øvelse med fluvial struktur på Mars i GIS Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Fokus på fig og 4.5

40 Rindende vand på Mars?

41 Forberedelse ekskursion: Introduktion til glacialmorfologi Tildeling af lokalitet til de enkelte grupper. Disse er valgt som eksemplariske landskabsmorfologiske strukturer. Åbne div. Temaer i GIS fra området. Skabe overblik. Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Forberedelse ekskursion: Det glaciale landskab arbejde med område. Bla. Konstruere 3d-højdemodel i GIS Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Hav fokus på dit eget landskabselement. Bemærk samme lektie til næste gang Forberedelse ekskursion, arbejde med område. Fokus på hvad skal vi undersøge/indsamle på lokaliteten? Sluttelig en diskussion af kort over Danmarks prækvartære overflade. HELDAGSEKSKURSION Efterbehandling af ekskursion Behandling af indsamlet materiale. Rapportskrivning . 1) Skriv en dannelsesmodel for landskabselementet 2) Hvilke metoder og iagttagelser har du anvendt. (husk de fire elementer i den naturhistoriske metode) Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Animation af sidste istid.

42 HELDAGSEKSKURSION HELDAGSEKSKURSION

43 Forberedelse af ekskursion
DEL 1: LANDSKABSANALYSE (Dette punkt skal være lavet inden ekskursionen) Du skal analysere gruppens ”punkt” (landskabselement) mht. følgende punkter: Hvilken landskabsform er der grundlæggende tale om (dal, flade, bakke etc.) Hvilke processer har været ansvarlige for dannelsen Er der tegn på mere end én proces Kan du identificere flere forskellige hændelser (eks. sedimentation efterfulgt af erosion) Kan du få øje på en kronologi – altså hvad der skete før hvad Er der sket afgørende ændringer i landskabet siden istidens afslutning? (denne kan i også forsøge at undersøge på stedet) Hvilke aspekter af den naturhistoriske metode har du anvendt – og hvordan? Din besvarelse skal suppleres af et 3D-kort.

44

45 Forberedelse ekskursion: Introduktion til glacialmorfologi Tildeling af lokalitet til de enkelte grupper. Disse er valgt som eksemplariske landskabsmorfologiske strukturer. Åbne div. Temaer i GIS fra området. Skabe overblik. Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Forberedelse ekskursion: Det glaciale landskab arbejde med område. Bla. Konstruere 3d-højdemodel i GIS Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Hav fokus på dit eget landskabselement. Bemærk samme lektie til næste gang Forberedelse ekskursion, arbejde med område. Fokus på hvad skal vi undersøge/indsamle på lokaliteten? Sluttelig en diskussion af kort over Danmarks prækvartære overflade. HELDAGSEKSKURSION Efterbehandling af ekskursion Behandling af indsamlet materiale. Rapportskrivning . 1) Skriv en dannelsesmodel for landskabselementet 2) Hvilke metoder og iagttagelser har du anvendt. (husk de fire elementer i den naturhistoriske metode) Bog Naturgeografi - Jorden og mennesket, Animation af sidste istid.

46 Først tur til Dansand

47 Hvad er der sket her?

48 Profiltegning

49 DEL2: Profilet fra Grusgraven hos DANSAND
Her skal I optegne profilet fra grusgraven. Eksempel på profiltegning ses til højre (det er ikke fra den grusgrav). I kan supplere jeres tegning med et fotografi, men der skal også være en håndtegnet profiltegning.

50 Om profiltegningen: En sådan profiltegning er faktisk en tolkning. Når man inddeler profilet i en række enheder udnytter man netop genkendelseskriteriet. Dette bruges til at identificere områder som formmæssigt fremtræder ens fra områder som formmæssigt fremtræder forskelligt. Dette er en form for klassificering som vi også har prøvet det med satellitbilleder. Vi kan med genkendelseskriteriet også forsøge at sige noget om hvilke processer der er ansvarlige for de enkelte fremtrædelsesformer. Er det rindende vand? Er det is? Løb vandet hurtigt eller langsomt etc. Man skal forsøge at vælge en passende signatur for de enkelte enheder. Undersøg om der ud fra jeres optegning af profilet eller jeres fotos er spor som gør at I kan benytte bevaringskriteriet. (se efter steder hvor der er tegn på at noget er fjernet mens andet er blevet bevaret – der er eksempler på dette i profilet.) Kan I ud fra profilet sige noget om kronologien. Har der været flere uafhængige begivenheder og i givet fald hvad kom først?

51 En moderne grusgrav

52 Eleverne fremlægger på de enkelte lokaliteter

53 Elevbesvarelse:

54 Det videre forløb Den naturhistoriske metode blev inddraget i et senere forløb om olie. Mange elever har valgt at skrive AT-synopsis i NG pga. metode

55 Vær tydelig i tilgangen!
3. Læse naturens tegn – geologisk tid 1 Regionalgeografisk tilgang 2. Kortet som kommunikationsform og analyseværktøj Syntese Klassifikation, repræsentation, Identificere af rumlige mønstre Abduktion Naturhistoriske metode

56 Hvad sker der hos eleverne når man italesætter metoderne?

57 EKSTRA

58 Naturgeografi i NV: Forskellen mellem eksperiment og observation
”Feltstudie” FORM Dele af naturen undersøges i laboratoriet – reduktionisme Dele af laboratoriet tages med ud i ”naturen” grundet studiet af det unikke eller mangel på reducerbarhed. Kontrolvariabel Gennem forsøgsdesign kontroleres antallet af variable FØR eksperimentets udførelse. Hypoteser påvirker indsamling af data, men variable kontroleres i nogen grad også EFTER observationerne.

59

60 AT3: Hvordan forklares en forhistorisk katastrofisk oversvømmelse
AT3: Hvordan forklares en forhistorisk katastrofisk oversvømmelse? At-forløb i Religion og Naturgeografi med fokus på metode. Fra intropapir: Det er en nødvendig del af menneskets selvforståelse at opstille forklaringer på hvordan verden hænger sammen. Karakteristisk er vores behov for at forklare også det som går forud for vores egen tid. Hvis man skal forklare hvordan verden var forhistorisk står man overfor et valg mellem to grundlæggende syn. 1) Nøglen til fortiden er givet os fra fortiden. Verden var helt anderledes end i dag og styret af andre forhold og kræfter end nu. Det kunne eksempelvis være guddommelige kræfter som var på spil. Ifølge denne retning, giver det derfor ikke mening at studere nutidens forhold for at blive klogere på forhistoriske oversvømmelser. Her må man basere sig på myter og andre overleveringer som man tildeler en særlig vægtning. Centrale spørgsmål bliver her: Hvordan læses disse tekster på den rigtige måde. Er dette overholdet muligt og hvad er det egentlig for nogle svar man kan få fra sådanne religiøse tekster? 2) Nutiden er nøglen til fortiden. Dette princip som også kaldes aktualitetsprincippet bygger på en forestilling om at Verden i forhistorisk tid kan sammenlignes med Verden i dag. Således er de forhold, processer og kræfter, som virker i dag, de samme som i forhistorisk tid. Det bliver således muligt at sige noget om Verden i forhistorisk tid ved at studere Verden i dag. Centrale spørgsmål bliver her: Hvorledes er dette overhovedet muligt? Hvordan kan man vide at man ikke udelader vigtige spor som enten ikke er synlige for os eller som ikke er bevaret fra forhistorien? De to ovenstående strategier repræsenterer to forskellige faglige tilgange som de eksempelvis repræsenteres gennem religion og naturgeografi. I den første tilgang skal undersøgelsesmetoderne hentes idenfor humaniora mens den sidste tilgang bygger på naturvidenskabelige metoder.