Hva betyr det egentlig å 'forstå' naturvitenskap?

En sentral utfordring i naturvitenskapen er at noen temaer er spesielt vanskelige å lære – enten fordi de er komplekse i seg selv, eller fordi vi allerede har etablerte forestillinger som ikke nødvendigvis stemmer overens med hvordan naturen faktisk fungerer. Skyer er et godt eksempel. For å kunne analysere årsaker og konsekvenser av klimaendringer, må vi forstå hvordan skyer dannes og oppfører seg. Skyfysikk er et sammensatt fagfelt som kombinerer flere vitenskapelige disipliner, og skyer har en egen plass i kulturen vår. Dette gjør skyfysikk vanskelig å lære, og det reiser spørsmål om hvordan forståelse om skyer utvikler seg. Denne avhandlingen svarer på noen av disse spørsmålene gjennom tre studier.

I den første studien undersøkes hvilke begreper innen skyfysikk som de som lærer synes er spesielt vanskelige. Ved hjelp av teorier om terskelbegreper avdekkes det hvilke deler av faget som er spesielt utfordrende. Den andre studien handler om hvordan studenter ser og utvikler sammenhenger i skyfysikk etter hvert som deres forståelse øker. De strukturelle mønstrene analyseres ved å behandle over 150 begrepsnettverk som de selv har tegnet. Gjennom nettverksanalyse kan man se mønstre i hvordan kunnskap og forståelse bygges opp. Studien utvikler en ny måte å koble nettverksanalyse til teorier om læring og forståelse, noe som også kan brukes i andre naturfag. I den tredje studien brukes maskinlæring for å se hvordan personer med ulik erfaring innen skyfysikk skiller seg fra hverandre. Med avanserte ikke-styrte og styrte klyngealgoritmer blir deltakerne sortert i mer presise erfaringsnivåer, og studien finner hvilke typer nettverksmål som best avdekker hvor mye forståelse en person faktisk har.

Avhandlingen demonstrerer hvordan man kan undersøke og representere forståelse og fagkunnskap i naturfagene. Den viser hvordan nettverksanalyse – kombinert med teorier om hvordan vi lærer – kan brukes til å bedre forstå både hva vi lærer, og hvordan vi lærer det.

Personalia

Julien-Pooya Weihs (b. 1993) har en bachelorgrad i fysikk fra Universitetet i Genève (2013) og en mastergrad i anvendt fysikk fra Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (2019). Han startet som doktorgradsstipendiat ved Geofysisk institutt i 2021, som en del av iEarth – Senter for integrert geovitenskapelig utdanning, finansiert av Direktoratet for høyere utdanning og kompetanse. Veiledere har vært Prof. Helge Drange (GFI, UiB) og Dr. Vegard Gjerde (FYS, UiB).